DE3920435A1

DE3920435A1 - Verfahren zur herstellung einer elastischen reifenfuellung fuer fahrzeugreifen sowie fahrzeugreifen, insbesondere fuer erdbewegungsmaschinen od. dgl.

Info

Publication number: DE3920435A1
Application number: DE19893920435
Authority: DE
Inventors: Gregorz Gomulka
Original assignee: Zeus GmbH and Co KG
Current assignee: Zeus GmbH and Co KG
Priority date: 1989-06-22
Filing date: 1989-06-22
Publication date: 1991-01-10

Description

Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer elastischen Reifenfüllung für Fahrzeugreifen, insbesondere für hochbelastete Reifen von Erdbewegungsmaschinen od. dgl., wobei der Luftraum des Fahrzeugreifens mit einer elastomeren Polyurethanmasse gefüllt wird, sowie einen entsprechenden Fahrzeugreifen.

Derartige, sogenannte pannenfreie Reifen sind bekannt, so beispielsweise aus der DE-24 48 663-C3 oder die US-44 16 844.

Insbesondere bei hochbelasteten Reifen, wie diese die Reifen von Erdbewegungsmaschinen darstellen, ist man bemüht, die Lebensdauer zu verlängern und Pannen vorzubeugen, da diese Reifen hohen Beanspruchungen, z. B. auf Schrottplätzen, Steinbrüchen, in Über- und Unter-Tage-Bau u. dgl., unterworfen sind. Dabei ist es bekannt, elastomere PUR-Kunststoffe als Reifenfüllungen einzusetzen, da sich derartige Reifenfüllungen durch eine homogene, blasenfreie Struktur auszeichnen. In der oben genannten deutschen Patentschrift ist erstmalig eine hohlraumfreie Struktur des den Reifen ausfüllenden Elastomeres beschrieben, wobei in der US-Patentschrift ebenfalls ein homogenes Elastomer mit besonders günstigen physikalisch-chemischen Eigenschaften beschrieben ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Lösung, mit der die durchaus guten Eigenschaften bei den Lösungen nach dem Stand der Technik noch verbessert werden, wobei insbesondere Wasser als die PUR-Polymerstruktur vernetzender Bestandteil vermieden wird, und wobei insbesondere Materialien eingesetzt werden können, deren Rohstoffpreise geringer sind als bei den bekannten Lösungen. Ein weiterer Nachteil des Standes der Technik, der im hohem CO₂-Gehalt in der Elastomer-Struktur liegt und mit einer großen Gefahr der Strukturzerstörung bei steigenden Temperaturen einhergeht, soll mit der Erfindung ebenfalls vermieden werden.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung mit einem Verfahren der eingangs bezeichneten Art dadurch gelöst, daß die Polyurethanmasse aus zwei getrennt bevorrateten Anteilen (A und B) gebildet wird, wobei der eine Anteil (A) einen Polyol-Anteil darstellt, während der andere Anteil (B) einen Isocyanat-Anteil darstellt und wobei durch Zusammenmischung ein räumlich vernetzter Elastomer entsteht, der im Inneren des Fahrzeugreifens aushärtet.

Dabei ist es besonders zweckmäßig, wenn ein Polyol-Anteil eingesetzt wird mit Polyol oder Polyolen, Polyamin oder einer Aminmischung, Prozeßöl und einem Katalysator und ein Isocyanat-Anteil eingesetzt wird mit Polyisocyanat oder einer Polyisocyanat-Mischung und einem Prozeßöl.

Zum Ausgleich der Zähigkeit beider Komponenten kann vorgesehen sein, daß zusätzlich im Isocyanat-Anteil Polyol eingesetzt wird.

Das Einsetzen von Prozeßöl in der reagierenden Mischung von bis zu 60% führt zu einer extremen Kostenminderung, wobei dieser Anteil in Abhängigkeit der gewünschten Endhärte des Materiales eingestellt wird.

In weiterer Ausgestaltung ist vorgesehen, daß zusätzlich ein Mittel zur Verhinderung der Schaumbildung, wie beispielsweise Silikon, eingesetzt wird, wobei auch vorgesehen sein kann, daß zur Bildung von Harnstoffbindungen während der Reaktion mit dem Isocyanat Polyamine oder eine Mischung von Polyaminen mit Alkanolaminen als Vernetzungsmittel eingesetzt werden.

Zweckmäßig ist es, wenn Polyether-Polyole mit Molmassen zwischen 400 und 6500, etwa Diole, Triole oder Tetrole eingesetzt werden, wie dies die Erfindung ebenfalls vorsieht, wobei als Katalysator beispielsweise Zinnoktanat, Butylzinnmerkaptiol, Dibutzylzinndilaurat od. dgl. eingesetzt wird. Schließlich sieht die Erfindung verfahrensmäßig auch vor, daß als Extender aromatisches Prozeßöl eingesetzt wird.

Einige Vorteile der erfindungsgemäßen Vorgehensweise bestehen darin, daß eine Mischung von Polyaminen und eine Mischung von Polyaminen mit Alkanolaminen als Vernetzungsmittel während der Reaktion mit dem Isocyanat Harnstoffbindungen erzeugt, die die Polymerstruktur verstärken und versteifen. Die Verdünnung eines solchen Polymers mit Öl, selbst wenn Mischungen von bis zu 60% erzeugt werden, ergeben keine Härteverminderung und auch keine Abnahme der mechanischen Festigkeit. Der besondere Vorteil liegt dabei darin, daß die Polyamine, die mit dem Isocyanat reagieren, Harnstoffbindungen ergeben, wobei jedoch, anders als beim Stand der Technik, kein CO₂ ausgeschieden wird, so daß sich ein Produkt mit entsprechender Festigkeit des Elastomers selbst bei höheren Temperaturen ergibt.

Die erfindungsgemäße Verfahrensweise vereinfacht auch den Produktionsprozeß und senkt dadurch die damit verbundenen Herstellkosten durch die Anwendung von Mischungen von Polyaminen bzw. Polyamin mit Alkanolaminen. Die vorteilhafte Verarbeitungsweise besteht u. a. darin, daß die entsprechenden Mischungen bei Umgebungstemperatur als Flüssigkeiten vorliegen, während die einzelnen Amine ungemischt in festerer Substanz vorliegen. Die entsprechenden Mischungen können daher in größeren Mengen in flüssiger Form getrennt bevorratet werden.

Das Polyol, das einer der Hauptbestandteile der System-Komponenten ist, die den Gegenstand der vorliegenden Erfindung ausmachen, ist ein Polyether, das durch Polymerisierung von Alkylenoxid/oxiden mit wenigstens zwei Hydroxylgruppen erzeugt wird, die mit Isocyanat eine Reaktion eingehen. Rohstoffe für die Produktion von solchen Polyethern können die folgenden Oxide sein: Äthylenoxid, Propylenoxid, Butylenoxid und Tetrahydrofuran. Als das Anfangssegment der Polyetherkette kommen in Frage: Ethylenglykole, Propylenglykole, Butylenglykole, Neopentylglykole, Hexamethylglykole und höher funktionisierte Glyzerin, Trimethylolopropan und Penthaerythrit.

Am brauchbarsten für die gegenständliche Erfindung sind Polyetherpolyole von hohen Molmassen zwischen 400-6500 mit der Funktionalität von 2 bis 4, d. h Diole, Triole und Tetrole. Gleichzeitig mit dem Molmassenanstieg des Polyethers steigt auch seine Kompatibilität mit dem Prozeßöl an, deswegen soll das Polyether mit der Molmasse von min. 3000 über alle anderen Polyolbestandteile dominieren. Gleichzeitig mit der Zunahme des Ölgehaltes steigt die Gefahr seiner Ausschwitzung aus der Elastomerstruktur sogar bei normaler Temperatur und die Materialhärte sinkt.

Zu den Prozeßölen gehören Derivate des Erdöls mit folgenden Eigenschaften: Polare Verbindungen, mind. 3%; aromatische Verbindungen, mind. 80%; Anilinpunkt bei ca. 9°C. Typische Kohlenstoffverteilung von Prozeßöl ist:
C/A 35-40%, C/N 28-35%, C/P 25-35%.

Die Anwendung von Polyamin oder einer Mischung aus Polyaminen und Alkanolaminen erlaubt, die mechanischen Eigenschaften auf dem gewünschten Niveau trotz der Verdünnung der Elastomerstruktur mit Prozeßöl aufrechtzuerhalten.

Unter Polyamin sollen hierbei aromatische oder alifatische oder zykloalifatische Di- oder Triamine verstanden werden, wie:
Methylendianillin, Ortochlordianillin, Methaphenylendiamin, Paraphenylendiamin, Diethylentoluendiamin, 3,5-dimethyltio-2,4-toluendiamin, 3,5-dimethylthio-2,6-toluendiamin, 2-methyl-1,3-phenyldiamin, 4-methyl-1,3-phenylendiamin, 1,12-dodekandiamin, 1,6-hexamethylendiamin, Isophorondiamin oder Triazetatdiamin. Unter den Alkanolaminen und ihren Derivaten können Verwendung finden:
Monoäthanolamin, Diäthanolamin, Triäthanolamin, Moniosopropanolamin, Diisopropanolamin, Triisopropanolamin, Monoäthanoldisiopropanolamin, Monoisopropanoliäthanolamin, N-phenyldiisopropanolamin, N-phenyldiäthanolamin und andere Aminoalkohole.

Als Isocyanat können verwendet werden: TDI, MDI, HMDI, NDI, PDI, IPDI, zu den brauchbarsten gehören TDI, MDI und seine Polymerabarten.

Zwecks Erreichung des maximalen Reaktionsgrades von Komponenten empfiehlt es sich, als Katalysatoren Zinnoktanat, DBTDL, Kosmos 21, Dabco 120, Fomrez UL-22 zu verwenden.

Die Stöchiometrie der PUR-Elastomer-Bildung setzt die Reaktion jeder freien Isocyanatgruppe mit der Hydroxyl- oder Amingruppe oder mit Wasser voraus.

Das Verhältnis der Reagenten soll als Verhältnis der Menge von NCO-Gruppen zu der Gesamtzahl der OH-, NH₂-, H₂O- Gruppen angesehen werden. In der gegenständlichen Erfindung kann dieses Verhältnis zwischen 0,9 : 1 und 1,1 : 1 liegen.

Von besonderer Wichtigkeit für die Härte und mechanische Festigkeit des Elastomers ist das Verhältnis der OH-Gruppen, die dem Polyol entstammen zu den NH₂-Gruppen und Wasser. Es ist im Endergebnis das Verhältnis der harten zu den weichen Segmenten in der Polymerkette. Die Länge der Polyetherkette, d. h. seine Molmasse, beeinflußt die Dichte des Auftritts von nicht elastischen Segmenten im Elastomer und dadurch die mechanischen Eigenschaften. Generell: Je mehr in der Struktur Harnstoffbindungen enthalten sind, aus der Reaktion des Isocyanats mit Amin oder Wasser, desto härter und beständiger das Elastomer und desto höher die Reaktionsfähigkeit des Systems, je länger die Polymerkette, desto weicher und elastischer aber auch schwächer der Kunststoff.

Entsprechend abgestimmte Mengen und Charakteristika von Reagenten - in der vorliegenden Erfindung - verursachen, daß dieses System auch im Falle einer verhältnismäßig großen Erschütterung der Proportionen von Wasser und Aminen ein effektives Elastomer ergibt. Dies geschieht infolge der miteinander konkurrierenden Reaktionen von Isocyanat mit Wasser und von Isocyanat mit Alkanolaminen. Im Falle des Überschusses des in Reaktion eingehenden Wassers nehmen die Alkanolamine daran nicht teil, im Falle einer kleineren als angenommenen Wassermenge im System reagieren die Alkanolamine mit Isocyanat. Dadurch werden verhältnismäßig stabile Eigenschaften des Kunststoffes erreicht, auch wenn der Wassergehalt zwischen 0,01-0,1% schwankt.

Die erfindungsgemäße Verfahrensweise führt zu einem Fahrzeugreifen, der ebenfalls den Gegenstand der vorliegenden Erfindung darstellt und sich dadurch auszeichnet, daß die Polyurethan-Masse aus zwei getrennt bevorrateten Anteilen (A und B) gebildet wird, wobei der eine Anteil (A) einen Polyol-Anteil darstellt, während der andere Anteil (B) einen Isocyanat-Anteil darstellt und wobei durch Zusammenmischung ein räumlich vernetzter Elastomer, der im Inneren des Fahrzeugreifens aushärtet, entstanden ist. Weitere Merkmale des Fahrzeugreifens ergeben sich aus der vorangegangenen beschriebenen Verfahrensweise und den damit verbundenen Parametern seines Füllstoffes.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung sowie anhand von Beispielen näher erläutert, wobei in der einzigen Figur ein vereinfacht wiedergegebener Schnitt durch einen Fahrzeugreifen dargestellt ist.

Im dargestellten Beispiel ist auf einer Felge 1 ein allgemein mit 2 bezeichneter Fahrzeugreifen aufgezogen mit einer herkömmlichen Reifendecke 3 mit einer Lauffläche 4, wobei das Innere mit einer Füllung 5 aus wenigstens zwei Hauptkomponenten A und B gefüllt ist. In der Praxis liegt kein Spalt zwischen Innenfläche der Fahrzeugdecke 3 und der Füllung 5 vor. Dies ist in der Figur aus Darstellungsgründen so gewählt worden. Die Zusammensetzung der Füllung ergibt sich aus der vorangegangenen Beschreibung sowie aus den nachfolgenden Beispielen:

Beispiel 1

Polyol Triol - Polyether Polyol 6000 MG (Molekulargewicht)
Polyamin 1 - 3,5 Dimethyltio-2,4 Toluylendiamin
Polyamin 2 - 3,5 Dimethyltio-2,6 Tolylendiam
Extender - Aromatisches Prozeßöl
Katalysator - Butylzinnmerkaptiol

Isocyanat - Diphenylmethandiisocyanat CD, 30% freies NCO
Extender - Aromatisches Prozeßöl
Entschäumer - 100% Silikon

Beispiel 2

Polyol Triol - Polyether Polyol 6000 MG
Polyol Diol - Polyether Polyol 400 MG
Polyamin 1 - m-Phenylendiamin
Aminoalkohol - n-Phenyldiisopropanolamin
Extender - Aromatisches Prozeßöl
Katalysator - Butylzinnmerkaptiol

Isocyanat - 4,4′-Diphenylmethandiisocyanat
Extender - Aromatisches Prozeßöl
Entschäumer - 100% Silikon

Beispiel 3

Beispiel 4

Polyol Triol - Polyether Polyol 4800 MG
Polyamin 1 - m-Phenylendiamin
Aminoalkohol - Diethanolamin
Extender - Aromatisches Prozeßöl
Katalysator - Butylzinnmerkaptiol

Polyol Triol - Polyetherpolyol 4800 MG
Isocyanat - Toluylendiisocyanat Typ 80
Extender - Aromatisches Prozeßöl
Entschäumer - 100% Silikon

Beispiel 5

Polyol Triol - Polyether Polyol 6000 MG
Polyamin 1 - m-Phenylendiamin
Aminoalkohol - Diisopropanolamin
Extender - Aromatisches Prozeßöl
Katalysator - Butylzinnmerkaptiol

Polyol Triol - Polyether Polyol 4800 MG
Isocyanat - Toluylendiisocyanat Typ 80
Extender - Aromatisches Prozeßöl
Entschäumer - 100% Silikon

Beispiel 6

Polyol Triol - Polyether Polyol 6500 MG
Polyether Diol - Polyether Polyol 400 MG
Polyamin 1 - m-Phenylendiamin
Aminoalkohol - Monoisopropanoldiethanolamin
Extender - Aromatisches Prozeßöl

Katalysator - Dibutylzinndilaurat/Butylzinnmerkaptiol Verhältnis 2 : 1 Gewichtsanteile
Polyol Triol - Polyether Polyol 6500 MG
Isocyanat - Toluylendiisocyanat Typ 80
Extender - Aromatisches Prozeßöl
Entschäumer - 100% Silikon

Beispiel 7

Polyol Triol - Polyether Polyol 6500 MG
Polyether Diol - Polyether Polyol 400 MG
Polyamin 1 - m-Phenylendiamin
Aminoalkohol - n-Phenyldiisopropanolamin
Extender - Aromatisches Prozeßöl
Katalysator - Dibutylzinndilaurat/Butylzinnmerkaptiol Verhältnis 2 : 1 Gewichtsanteile

Polyol Triol - Polyether Polyol 6500 MG
Isocyanat - Toluylendiisocyanat Typ 80
Extender - Aromatisches Prozeßöl
Entschäumer - 100% Silikon

Tabelle

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer elastischen Reifenfüllung für Fahrzeugreifen, insbesondere für hochbelastete Reifen von Erdbewegungsmaschinen od. dgl., wobei der Luftraum des Fahrzeugreifens mit einer elastomeren Polyurethanmasse gefüllt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Polyurethanmasse aus zwei getrennt bevorrateten Anteilen (A und B) gebildet wird, wobei der eine Anteil (A) einen Polyol-Anteil darstellt, während der andere Anteil (B) einen Isocyanat-Anteil darstellt und wobei durch Zusammenmischung ein räumlich vernetzter Elastomer entsteht, der im Inneren des Fahrzeugreifens aushärtet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Polyol-Anteil (A) eingesetzt wird mit Polyol oder Polyolen, Polyamin oder einer Aminmischung, Prozeßöl und einem Katalysator und ein Isocyanat-Anteil (B) eingesetzt wird mit Polyisocyanat oder einer Polyisocyanat-Mischung und einem Prozeßöl.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich im Isocyanat-Anteil (B) Polyol eingesetzt wird.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich ein Mittel zur Verhinderung der Schaumbildung, wie beispielsweise Silikon, eingesetzt wird.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung von Harnstoffbindungen während der Reaktion mit dem Isocyanat Polyamine oder eine Mischung von Polyaminen mit Alkanolaminen als Vernetzungsmittel eingesetzt werden.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Polyether-Polyole mit Molmassen zwischen 400 und 6500, etwa Diole, Triole oder Tetrole eingesetzt werden.

7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Katalysator beispielsweise Zinnoktanat, Butylzinnmerkaptiol, Dibutylzinndilaurat od. dgl. eingesetzt wird.

8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Extender aromatisches Prozeßöl eingesetzt wird.

9. Fahrzeugreifen mit einer elastischen Reifenfüllung, insbesondere für Erdbewegungsmaschinen od. dgl., dessen Luftraum mit einer elastomeren Polyurethan-Masse gefüllt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Polyurethanmasse (5) aus zwei getrennt bevorrateten Anteilen (A und B) gebildet wird, wobei der eine Anteil (A) einen Polyol-Anteil darstellt, während der andere Anteil (B) einen Isocyanat-Anteil darstellt und wobei durch Zusammenmischung ein räumlich vernetzter Elastomer, der im Inneren des Fahrzeugreifens aushärtet, entstanden ist.