DE602006000285T2

DE602006000285T2 - Luftreifen mit einer Kautschukkomponente enthaltend Blähgraphit

Info

Publication number: DE602006000285T2
Application number: DE602006000285T
Authority: DE
Inventors: Annette Lechtenboehmer
Original assignee: Goodyear Tire and Rubber Co
Current assignee: Goodyear Tire and Rubber Co
Priority date: 2005-04-07
Filing date: 2006-03-31
Publication date: 2008-11-27
Anticipated expiration: 2026-04-01
Also published as: EP1710274B1; BRPI0601139A; US20060229404A1; EP1710274A1; US20090170991A1; DE602006000285D1

Description

Hintergrund der Erfindung
Luftreifen werden herkömmlich mit mindestens einem Bauteil hergestellt, wie beispielsweise einer Kautschuklauffläche, die oft ein Gemisch aus verschiedenen Kautschuken und mit herkömmlichem, granuliertem Carbon Black verstärkt ist.
Die Merkmale von Carbon Black sind ein signifikanter Faktor bei der Festlegung verschiedener Eigenschaften einer Kautschukzusammensetzung, womit das Carbon Black vermischt ist. Herkömmlich wenden Reifenlaufflächen-Kautschukzusammensetzungen zur Kautschukverstärkung elastomere verstärkende granulierte Carbon Black-Arten mit hohem Oberflächengebiet zum Zweck der Bereitstellung von Laufflächenkautschukzusammensetzungen mit guter Traktion und Abriebfestigkeit an. Andererseits ist zur Verbesserung der Kraftstoffeffizienz eines Kraftfahrzeugs eine Verminderung des Rollwiderstands des Reifenprofilteils wünschenswert. Es gibt einige Anzeichen, dass dies beispielsweise durch Erhöhen der Flexibilität des Kautschuks durch Verwendung von Carbon Black-Arten mit einem großen Partikeldurchmesser und einem kleinen Oberflächengebiet oder von granulierten Carbon Black-Arten mit einem breiten Bereich der Aggregatgrößenverteilung per gegebenem Partikeldurchmesser erzielt wurde.
Es wird für die gängige Meinung gehalten, dass eine zur Verbesserung der Laufflächentraktion auf der Fahrbahn gestaltete Reifenlaufflächenzusammensetzung üblicherweise zu einem erhöhten Reifenrollwiderstand des Reifens führt. Gleichermaßen führt das Modifizieren einer Reifenlaufflächenzusammensetzung zur Verbesserung (Reduzierung) des Rollwiderstands eines Reifens üblicherweise zu einer Verringerung der Reifenlaufflächentraktion und/oder der Profilabnutzungsbeständigkeit. Üblicherweise ist es schwierig, dem Kautschuk gleichzeitig sowohl eine hohe Abriebfestigkeit als auch eine hohe Flexibilität zu verleihen, da man dachte, dass die Anforderungen aus der Perspektive der Eigenschaften des granulierten Carbon Blacks in dem Kautschuk einigermaßen widersprüchlich zueinander waren. Diese Aspekte, die einen Kompromiss bei den Reifen- oder Reifenlaufflächen-Eigenschaften (Traktion, Rollwiderstand und Profilabnutzung) einbeziehen, sind den Fachleuten in der Technik geläufig. Somit neigt die Auswahl verschiedener Verstärkungs-Carbon Blacks dazu, eine Rolle bei den letztendlichen Eigenschaften der Kautschukzusammensetzung zu spielen.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Luftreifen mit einem Bauteil, das mit einem Elastomer interkalierten Blähgraphit, und mindestens ein zusätzliches dienbasiertes Elastomer umfasst, nach Anspruch 1.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Offenbart wird ein Luftreifen mit einem Bauteil, das mit einem Elastomer interkalierten Blähgraphit und mindestens ein zusätzliches dienbasiertes Elstomer umfasst.
Wie in US-B 6 802 784 offenbart, besteht Graphit aus einer Vielzahl lagenförmig geschichteter Flächen sechseckiger Anordnungen oder Netzwerke von Kohlenstoffatomen. Die lagenförmig geschichteten Flächen sechseckig angeordneter Kohlenstoffatome sind im Wesentlichen flach und sind im Wesentlichen parallel zueinander orientiert. Die Kohlenstoffatome auf einer einzigen lagenförmig geschichteten Fläche sind kovalent aneinander gebunden und die lagenförmig geschichteten Flächen sind durch im Wesentlichen schwächere van der Waalssche Kräfte gebunden. Graphit ist auch eine anisotrope Struktur und weist viele Eigenschaften auf, die stark gerichtet sind. Graphit weist auch einen hohen Grad an Orientierung auf. Graphit umfasst natürlichen Graphit, Garschaumgraphit und synthetischen Graphit. Natürlicher Graphit findet sich in der Natur. Garschaumgraphit ist der überschüssige Kohlenstoff, der beim Schmelzen von Eisen kristallisiert. Synthetischer Graphit wird durch Pyrolyse oder thermische Zerlegung eines kohlenstoffhaltigen Gases bei erhöhten Temperaturen über 2500°C produziert.
Mit Graphit werden üblicherweise zwei Achsen oder Richtungen assoziiert. Die „c"-Achse ist generell die Richtung senkrecht zu den lagenförmig geschichteten Flächen. Die „a"-Achse ist generell die Richtung zu der lagenförmig geschichteten Fläche, oder die Richtung senkrecht zur „c"-Richtung. Da die Größe der einzelnen Graphitfeststoffe in Mikrometern (Mikron), Nanometern oder Angström gemessen wird, bezeichnen die Begriffe Nanostruktur(en) und Nanoplatten die Struktur von Graphit in seiner unveränderten, natürlichen, interkalierten, expandierten, Bläh- oder nach dem Expandieren komprimierten Form. Der Begriff Nanoplatten bezeichnet weiter lagenförmig geschichtete Flächen von Graphit.
Graphitfüllstoffe sind in Pulverform von Asbury Graphite, Inc. in Asbury, New Jersey und Poco Graphite Inc. in Decatur, Texas in den Vereinigten Staaten oder von Shandong Qingdao Company kommerziell erhältlich.
In einer Ausführungsform wird Graphit in seiner unveränderten Form interkaliert, um Atome oder Moleküle in die zwischen den Flächen befindlichen Räume zwischen den lagenförmig geschichteten Flächen einzufügen. Der interkalierte Graphit wird dann durch plötzliches großer Hitze Aussetzen expandiert oder gebläht, um den zwischen den Flächen befindlichen Zwischenraum zwischen den lagenförmig geschichteten Flächen zu expandieren. Der Blähgraphit wird dann mit geeigneten Monomeren und anderen Zusatzstoffen gemischt, vor in situ-Polymerisation, um Nanoplatten von Graphit, die in einer Elastomermatrix dispergiert sind, zu bilden. Die Elastomermatrix mit darin dispergierten Graphit-Nanoplatten kann zu einem oder mehreren Bauteilen eines Reifens geformt werden, oder sie kann mit anderen Elastomeren gemischt werden, um ein oder mehrere Bauteile eines Reifens zu formen.
Die schwachen van der Waalsschen Bindungskräfte zwischen den Flächen gestatten das Interkalieren der lagenförmig geschichteten Flächen. Mit anderen Worten, die schwächeren van der Waalsschen Kräfte gestatten es gewissen Atomen oder Molekülen, in die zwischen den Flächen befindlichen Räume zwischen den lagenförmig geschichteten Flächen einzudringen und dort zu bleiben. Ein bevorzugtes Verfahren zum Interkalieren von Graphit ist Untertauchen des Graphits in einer ein oxidierendes Mittel enthaltenden Lösung. Geeignete oxidierende Mittel umfassen Lösungen, die Salpetersäure, Kaliumchlorat, Chromsäure, Kaliumpermanganat, Kaliumchromat, Kaliumdichromat, Perchlorsäure und dergleichen, oder Mischungen, wie etwa konzentrierte Salpetersäure und Chlorat, Chromsäure und Phosphorsäure, Schwefelsäure und Salpetersäure, oder Mischungen einer starken organischen Säure, z. B. Trifluoressigsäure, und ein in der organischen Säure lösliches starkes oxidierendes Mittel enthalten.
Bevorzugt ist das interkalierende Mittel eine Lösung, die eine Mischung von X/Y enthält, wobei X Schwefelsäure oder Schwefelsäure und Phosphorsäure sein kann und Y ein oxidierendes Mittel, wie etwa Salpetersäure, Perchlorsäure, Chromsäure, Kaliumpermanganat, Natriumnitrat, Wasserstoffperoxid, Iod- oder Periodsäuren ist. Bevorzugter ist das Interkalationsmittel eine Lösung, die 80 Volumen-% Schwefelsäure und 20 Volumen-% Salpetersäure umfasst. Bevorzugt wird der Graphit bis zu 24 Stunden oder mehr in der Lösung aus Schwefel- und Salpetersäure untergetaucht. Das resultierende Material, auch als interkalierte Graphitverbindung bekannt, umfasst lagenförmig geschichtete Flächen von Kohlenstoff und interkalierte Lagen, die auf regelmäßig wiederkehrende Weise übereinandergestapelt sind. Typischerweise können ein bis fünf Lagen Kohlenstoff zwischen benachbarten Interkalatlagen vorhanden sein. Die bevorzugte Menge interkalierter Lösung beträgt 10 Teile bis 150 Teile Lösung zu 100 Teilen Graphit, bevorzugter 50 Teile bis 120 Teile zu 100 Teilen Graphit.
Alternativ kann der Interkalationsvorgang durch andere chemische Behandlungen erzielt werden. Beispielsweise können die Interkalationsmittel ein Halogen, wie etwa Brom, oder ein Metallhalid, wie etwa Eisenchlorid, Aluminiumchlorid oder dergleichen umfassen. Ein Halogen, insbesondere Brom, kann durch Inkontaktbringen von Graphit mit Bromdämpfen oder mit einer Lösung von Brom in Schwefelsäure oder mit in einem geeigneten organischen Lösungsmittel gelöstem Brom interkaliert werden. Metallhalide können durch Inkontaktbringen des Graphits mit einer geeigneten Metallhalidlösung interkaliert werden. Beispielsweise kann Eisenchlorid durch Inkontaktbringen von Graphit mit einer wässrigen Lösung von Eisenchlorid oder mit einer Mischung von Eisenchlorid und Schwefelsäure interkaliert werden.
Andere geeignete Interkalationsmittel umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf, Chromylchlorid, Schwefeltrioxid, Antimontrichlorid, Chrom(III)chlorid, Iodchlorid, Chrom(IV)oxid, Gold(III)chlorid, Indiumchlorid, Platin(IV)chlorid, Chromylfluorid, Tantal(V)chlorid, Samariumchlorid, Zirkonium(IV)chlorid, Uranchlorid und Yttriumchlorid.
Der interkalierte Graphit wird dann mit Wasser gewaschen, bis überschüssiges Interkalationsmittel aus dem Graphit ausgewaschen ist, oder, wenn Säure verwendet wird, bis der pH-Wert des Waschwassers neutral ist. Der Graphit wird dann bevorzugt bis über den Siedepunkt der gewaschenen Lösung erhitzt, um die gewaschene Lösung zu verdampfen. Alternativ kann zur Eliminierung des Nach-Interkalations-Waschschritts die Menge interkalierter Lösung auf 10 Teile bis 50 Teile pro 100 Teile Graphit reduziert werden, wie in US-B 4 895 713 offenbart.
Zum Expandieren oder Blähen des zwischen den Flächen befindlichen Zwischenraums zwischen den lagenförmig geschichteten Flächen wird der interkalierte Graphit in einem relativ kurzen Zeitraum sehr hoher Hitze ausgesetzt. Ohne durch eine bestimmte Theorie gebunden zu sein, ist der Blähmechanismus die Zerlegung des eingeschlossenen Interkalationsmittels, wie etwa Schwefel- und Salpetersäure (H₂SO₄ und HNO₃), zwischen den hochorientierten lagenförmig geschichteten Flächen, wenn sie Hitze ausgesetzt werden.
Geeignete Blähverfahren umfassen das Erhitzen des interkalierten Graphits für einige Sekunden auf Temperaturen von mindestens höher als 500°C, bevorzugter höher als 700°C, und typischer 1000°C oder mehr. Der behandelte Graphit expandiert typischerweise in der „c"-Richtung auf 100 bis mehr als 300 Mal die Dicke vor der Behandlung. In einem bevorzugten Blähverfahren wird der interkalierte Graphit 15 Sekunden lang einer Temperatur von 1050°C ausgesetzt, um eine Dicke in der „c"-Richtung von 300 Mal der des Graphits vor dem Blähen zu erzielen. Für natürlichen Graphit mit einer ursprünglichen Dicke von 0,4 μm bis 60 μm kann die Dicke von Blähgraphit im Bereich von 2 μm bis 20.000 μm liegen.
Der Blähgraphit ist eine lockere und poröse Form von Graphit. Er hat auch ein wurmartiges oder wurmförmiges Aussehen. Der Blähgraphit umfasst parallele Lagen, die unregelmäßig kollabiert sind und sich verformt haben, wobei sie Poren unterschiedlicher Größe auf den Lagen bilden. In Übereinstimmung mit einer Studie mit dem Titel „Dispersion of Graphite Nanosheets in a Polymeric Matrix and the Conducting Property of the Nanocomposites" von G. H. Chen, D. J. Wu, W. G. Weng und W. L. Yan, veröffentlicht in Polymer Engineering and Science, Band 41, Nr. 12 (Dezember 2001) hat eine einzelne Graphitplatte oder -lage eine Dicke im Bereich von 100 nm bis 400 nm. Diese Studie berichtet, dass Blähgraphit Kohlenstofflagen und Graphit-Nanoplatten umfasst, die dünne parallele Platten mit einer Dicke von weniger als 5 nm umfassen, und dass der Galeriezwischenraum zwischen Nanoplatten 10 nm beträgt.
Der Blähgraphit kann mit einem oder mehreren Monomeren in einem geeigneten Polymerisationsmedium gemischt und geeigneten Polymerisations- oder Vulkanisationsbedingungen unterzogen werden, um ein Elastomer mit darin dispergierten Nanoplatten von Blähgraphit zu bilden; dies wird hierin auch als mit Elastomer interkalierter Blähgraphit bezeichnet. Der Blähgraphit kann auch mit dem Monomer oder den Monomeren reagieren, um ein Teil der Struktur des Elastomers zu werden. Die Nanoplatten können ihre Struktur in der Elastomermatrix behalten, und das Monomer oder Elastomer kann in den Galeriezwischenraum zwischen den Nanoplatten eindringen. Die Dispersion von Nanoplatten von Blähgraphit in der Elastomermatrix kann die Zugfestigkeit des Polymers verbessern. Diese verbesserte Zugfestigkeit des Elastomer-Graphit-Verbundmaterials kann seine Schlagfestigkeit verbessern.
Geeignete Monomere zur Polymerisation zu Elastomermatrix in Gegenwart des Blähgraphits umfassen jegliche typischerweise bei der Synthese von Elastomeren, die zur Verwendung in Reifen geeignet sind, angewendeten. Geeignete Monomere umfassen die bei der Synthese von Homopolymerisationsprodukten von Butadien und dessen Homologen und Derivaten verwendeten, beispielsweise Methylbutadien, Dimethylbutadien und Pentadien, sowie Monomere, die Copolymere ergeben, wie etwa die aus Butadien oder seinen Homologen oder Derivaten mit anderen ungesättigten Monomeren gebildeten. Unter den letzteren sind Acetylene, beispielsweise Vinylacetylen; Olefine, beispielsweise Isobutylen, das mit Isopren copolymerisiert, um Butylkautschuk zu bilden; Vinylverbindungen, beispielsweise Acrylsäure, Acrylnitril (die mit Butadien polymerisieren, um NBR zu bilden), Methacrylsäure und Styrol, wobei die letztgenannte Verbindung mit Butadien polymerisiert, um SBR zu bilden, sowie Vinylester und verschiedene ungesättigte Aldehyde, Ketone und Ether, z. B. Acrolein, Methylisopropenylketon und Vinylethylether. Spezifische Beispiele für in den Blähgraphit interkalierte Synthesekautschuke können Neopren (Polychloropren), Polybutadien (einschließlich cis-1,4-Polybutadien), Polyisopren (einschließlich cis-1,4-Polyisopren), Butylkautschuk, Halobutylkautschuk, wie etwa Chlorbutylkautschuk oder Brombutylkautschuk, Styrol-Isopren-Butadien-Kautschuk, Copolymere von 1,3-Butadien oder Isopren mit Monomeren, wie etwa Styrol, Acrylnitril und Methylmethacrylat umfassen. Zusätzliche Beispiele von Kautschuken, die in Blähgraphit interkaliert werden können, umfassen einen carboxylierten Kautschuk, siliziumgekoppelte und zinngekoppelte sternförmige Polymere. Der zum Interkalieren in Blähgraphit bevorzugte Kautschuk bzw. Elastomere sind Polybutadien, SBR und synthetisches und natürliches Polyisopren.
In den Blähgraphit interkaliertes geeignetes SBR kann Lösungs- oder Emulsionspolymerisationstechniken, wie sie in der Technik bekannt sind, nutzen. Geeignete lösungspolymerisierte Styrol-Butadien-Kautschuke können beispielsweise durch Organolithiumkatalysation in Gegenwart eines organischen Lösungsmittels hergestellt werden. Mit durch Emulsionspolymerisation hergestelltem E-SBR ist gemeint, dass Styrol und 1,3-Butadien als eine wässrige Emulsion copolymerisiert werden. Solche sind den Fachleuten in der Technik geläufig. Geeignete Polybutadienkautschuke können beispielsweise durch organische Lösungspolymerisation von 1,3-Butadien hergestellt werden. Das BR kann praktischerweise zum Beispiel dadurch gekennzeichnet sein, dass es einen cis-1,4-Gehalt von mindestens 90 Prozent aufweist.
In einer Ausführungsform umfassen die in den Blähgraphit interkalierten Elastomermatrixmaterialien Styrol-Butadien-Kautschuk, Polyisopren, Polybutadien, Copolymere, die Ethylen oder Propylen umfassen, wie etwa Ethylen-Propylen-Kautschuk (EPR) oder Ethylen-Propylen-Dienmonomer(EPDM)-Elastomer.
In einer Ausführungsform sind 10 bis 100 ThK mit Elstomer interkalierter Blähgraphit in dem Kautschukbauteil des Reifens vorhanden. In einer anderen Ausführungsform sind 20 bis 60 THK mit Elastomer interkalierter Blähgraphit in dem Kautschukbauteil des Reifens vorhanden.
Zusätzlich zu dem mit Elastomer interkalierten Blähgraphit enthält das Kautschukbauteil mindestens einen zusätzlichen Kautschuk, der olefinische Ungesättigtheit enthält. Der Ausdruck „olefinische Ungesättigtheit enthaltender Kautschuk bzw. Elastomer" soll sowohl Naturkautschuk und seine verschiedenen unvulkanisierten und Regeneratformen sowie verschiedene Synthesekautschuke umfassen. In der Beschreibung dieser Erfindung können die Begriffe "Kautschuk", "Gummi" und "Elastomer", falls hierin verwendet, austauschbar verwendet werden, wenn nicht anderweitig vorgeschrieben. Die Begriffe „Kautschukzusammensetzung", „gemischter Kautschuk" und „Gummimischung" werden austauschbar verwendet, um auf Kautschuk, der mit verschiedenen Inhaltsstoffen und Materialien vermischt oder gemischt worden ist, zu verweisen, und solche Begriffe sind den Fachleuten in der Gummimisch- oder Gummiverbindungstechnik geläufig. Repräsentative synthetische Polymere sind die Homopolymerisationsprodukte von Butadien und seine Homologe und Derivate, beispielsweise Methylbutadien, Dimethylbutadien und Pentadien, sowie Copolymere, wie etwa die aus Butadien oder seinen Homologen oder Derivaten mit anderen ungesättigten Monomeren gebildeten. Unter den letzteren sind Acetylene, beispielsweise Vinylacetylen; Olefine, beispielsweise Isobutylen, das mit Isopren copolymerisiert, um Butylkautschuk zu bilden; Vinylverbindungen, beispielsweise Acrylsäure, Acrylnitril (die mit Butadien polymerisieren, um NBR zu bilden), Methacrylsäure und Styrol, wobei die letztgenannte Verbindung mit Butadien polymerisiert, um SBR zu bilden, sowie Vinylester und verschiedene ungesättigte Aldehyde, Ketone und Ether, z. B. Acrolein, Methylisopropenylketon und Vinylethylether. Spezifische Beispiele für Synthesekautschuke umfassen Neopren (Polychloropren), Polybutadien (einschließlich cis-1,4-Polybutadien), Polyisopren (einschließlich cis-1,4-Polyisopren), Butylkautschuk, Halobutylkautschuk, wie etwa Chlorbutylkautschuk oder Brombutylkautschuk, Styrol-Isopren-Butadien-Kautschuk, Copolymere von 1,3-Butadien oder Isopren mit Monomeren, wie etwa Styrol, Acrylnitril und Methylmethacrylat. Zusätzliche Beispiele von Kautschuken, die verwendet werden können, umfassen einen carboxylierten Kautschuk, siliziumgekoppelte und zinngekoppelte sternförmige Polymere. Der bevorzugte Kautschuk bzw. Elastomere sind Polybutadien, SBR und synthetisches und natürliches Polyisopren.
In einem Aspekt kann der mit dem interkalierten Blähgraphit zu kombinierende Kautschuk ein Gemisch von mindestens zwei dienbasierten Kautschuken sein. Beispielsweise wird ein Gemisch von zwei oder mehr Kautschuken bevorzugt, wie etwa cis-1,4-Polyisoprenkautschuk (natürlich oder synthetisch, obwohl natürlich bevorzugt wird), 3,4-Polyisoprenkautschuk, Styrol-Isopren-Butadien-Kautschuk, durch Emulsions- und Lösungspolymerisation gewonnene Styrol-Butadien-Kautschuke, cis-1,4-Polybutadienkautschuke und durch Emulsionspolymerisation hergestellte Butadien-Acrylnitril-Copolymere.
In einem Aspekt könnte ein durch Emulsionspolymerisation gewonnenes Styrol-Butadien(E-SBR) verwendet werden, das einen relativ konventionellen Styrolgehalt von 20 bis 28 Prozent gebundenem Styrol hat, oder, für manche Anwendungen, ein E-SBR mit einem mittleren bis relativ hohen Gehalt an gebundenem Styrol, nämlich einem Gehalt an gebundenem Styrol von 30 bis 45 Prozent.
Bei Verwendung in der Reifenlauffläche kann der relativ hohe Styrolgehalt von 30 bis 45 für das E-SBR als günstig zum Zweck der Verbesserung der Traktion oder Rutschfestigkeit erachtet werden. Das Vorhandensein des E-SBR selbst wird als nützlich für einen Zweck der Verbesserung der Verarbeitbarkeit des unvulkanisierten Elastomerzusammensetzungsgemischs erachtet, insbesondere im Vergleich zu einer Anwendung eines durch Lösungspolymerisation hergestellten SBR (S-SBR).
Mit durch Emulsionspolymerisation hergestelltem E-SBR ist gemeint, dass Styrol und 1,3-Butadien als wässrige Lösung copolymerisiert werden. Der Gehalt an gebundenem Styrol kann beispielsweise von 5 bis 50 Prozent variieren. In einem Aspekt kann das E-SBR auch Acrylnitril enthalten, um einen Terpolymerkautschuk, wie E-SBAR, in Mengen von beispielsweise 2 bis 30 Gewichtsprozent gebundenem Acrylnitril in dem Terpolymer zu bilden.
Durch Emulsionspolymerisation hergestellte Styrol-Butadien-Acrylnitril-Copolymerkautschuke, die 2 bis 40 Gewichtsprozent gebundenes Acrylnitril in dem Copolymer enthalten, werden ebenfalls als dienbasierte Kautschuke zur Verwendung in dieser Erfindung erwogen.
Das durch Lösungspolymerisation hergestellte SBR (S-SBR) hat typischerweise einen Gehalt an gebundenem Styrol in einem Bereich von 5 bis 50, bevorzugt 9 bis 36, Prozent. Das S-SBR kann praktischerweise zum Beispiel durch Organolithiumkatalysation in Gegenwart eines organischen Kohlenwasserstoff-Lösungsmittels hergestellt werden.
Ein Zweck der Verwendung von S-SBR ist die Verbesserung des Reifen-Rollwiderstands als Ergebnis niedrigerer Hysterese, wenn es in einer Reifenlaufflächenzusammensetzung verwendet wird.
Der 3,4-Polyisoprenkautschuk (3,4-PI) wird als günstig für einen Zweck der Verbesserung der Traktion des Reifens erachtet, wenn er in einer Reifenlaufflächenzusammensetzung verwendet wird. Das 3,4-PI und dessen Verwendung sind in US-B 5 087 668 umfassender beschrieben.
Der cis-1,4-Polybutadienkautschuk (BR) wird als günstig zum Zweck der Verbesserung der Abnutzung des Reifenprofils oder Profilabnutzung angesehen. Solches BR kann beispielsweise durch organische Lösungspolymerisation von 1,3-Butadien hergestellt werden. Das BR kann praktischerweise zum Beispiel dadurch gekennzeichnet sein, dass es einen cis-1,4-Gehalt von mindestens 90 Prozent aufweist.
Der Begriff „ThK", wie hierin verwendet, und gemäß herkömmlicher Praxis, bezieht sich auf „Gewichtsteile eines jeweiligen Materials pro 100 Gewichtsteile Kautschuk oder Elastomer".
Zusätzlich zu dem mit Elastomer interkalierten Blähgraphit und zusätzlichen Kautschuk in dem gummierten Bauteil des Reifens können auch herkömmliche Füllstoffe vorhanden sein. Die Menge solcher herkömmlicher Füllstoffe kann sich auf 10 bis 250 ThK belaufen, Bevorzugt ist der Füllstoff in einer sich auf 20 bis 100 ThK belaufenden Menge vorhanden.
Die gemeinsam eingesetzten siliziumhaltigen Pigmente, die in der Kautschukmischung verwendet werden können, umfassen herkömmliche pyrogene und ausgefällte siliziumhaltige Pigmente (Silika), obwohl ausgefällte Silikas bevorzugt werden. Die bevorzugt in dieser Erfindung eingesetzten siliziumhaltigen Pigmente sind ausgefällte Silikas, wie beispielsweise die durch die Säuerung eines löslichen Silikats, z. B. Natriumsilikat, erhaltenen.
Solche herkömmlichen Silikas könnten beispielsweise dadurch gekennzeichnet sein, dass sie ein BET-Oberflächengebiet, gemessen unter Verwendung von Stickstoffgas, bevorzugt im Bereich von 40 bis 600 Quadratmetern pro Gramm haben. Das BET-Verfahren zum Messen von Oberflächengebiet ist in dem Journal of the American Chemical Society, Band 60, Seite 304 (1930) beschrieben.
Das herkömmliche Silika kann typischerweise auch dadurch gekennzeichnet sein, dass es einen Dibutylphthalat(DBP)-Absorptionswert in einem Bereich von 100 bis 400, und üblicher 150 bis 300 hat.
Von dem herkömmlichen Silika wäre zu erwarten, dass es eine durchschnittliche Höchst-Partikelgröße beispielsweise im Bereich von 0,01 bis 0,05 Mikron aufweist, ermittelt durch das Elektronenmikroskop, obwohl die Silikapartikel von der Größe her sogar kleiner oder eventuell größer sein können.
Verschiedene kommerziell erhältliche Silikas können verwendet werden, beispielsweise von PPG Industries unter dem Markennamen Hi-Sil kommerziell erhältliche Silikas mit den Bezeichnungen 210, 243, usw.; von Rhone-Poulenc erhältliche Silikas mit beispielsweise den Bezeichnungen Z1165MP und Z165GR, und von der Degussa AG erhältliche Silikas mit beispielsweise den Bezeichnungen VN2 und VN3, usw.
Üblicherweise eingesetzte Carbon Blacks können als konventioneller Füllstoff eingesetzt werden. Repräsentative Beispiele für solche Carbon Blacks umfassen N110, N115, N121, N134, N220, N231, N234, N242, N293, N299, S315, N326, N330, M332, N339, N343, N347, N351, N358, N375, N539, N550, N582, N630, N642, N650, N660, N683, N754, N762, N765, N774, N787, N907, N90, N990 und N991. Diese Carbon Blacks haben Iodabsorptionen, die sich auf 9 bis 170 g/kg belaufen, und DBP-Zahlen, die sich von 34 bis auf 150 cm³/100 g belaufen.
Andere herkömmliche Füllstoffe können in der Kautschukzusammensetzung verwendet werden, einschließlich partikelförmiger Füllstoffe einschließlich Polyethylen mit ultrahoher Molmasse (UHMWPE), partikelförmigen Polymergelen, wie die in US-B 6 242 534 ; US-B 6 207 757 ; US-B 6 133 364 ; US-B 6 372 857 ; US-B 5 395 891 oder US-B 6 127 488 offenbarten, und plastiziertem Stärke-Kompositfüllstoff, wie der in US-B 5 672 639 offenbarte.
Es kann bevorzugt sein, dass die Kautschukzusammensetzung zur Verwendung in dem Reifenbauteil zusätzlich eine konventionelle schwefelhaltige Organosiliziumverbindung enthält. Beispiele geeigneter schwefelhaltiger Organosiliziumverbindungen haben die Formel: Z-Alk-S_n-Alk-Z wobei Z aus der Gruppe gewählt ist, bestehend aus
wobei R⁵ eine Alkylgruppe von 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, Cyclohexyl oder Phenyl ist; R⁶ Alkoxy von 1 bis 8 Kohlenstoffatomen, oder Cycloalkoxy von 5 bis 8 Kohlenstoffatomen ist; Alk ein zweiwertiger Kohlenwasserstoff von 1 bis 18 Kohlenstoffatomen und n eine ganze Zahl von 2 bis 8 ist.
Die bevorzugten schwefelhaltigen Organosiliziumverbindungen sind die 3,3'-bis(Trimethoxy- oder Triethoxysilylpropyl)sulfide. Die meistbevorzugten Verbindungen sind 3,3'-bis(Triethoxysilylpropyl)disulfid und 3,3'-bis(Triethoxysilylpropyl)tetrasulfid. Daher ist, in Bezug auf die obige Formel, Z bevorzugt
wobei R⁶ ein Alkoxy von 2 bis 4 Kohlenstoffatomen ist, wobei 2 Kohlenstoffatome besonders bevorzugt werden; Alk ein zweiwertiger Kohlenwasserstoff von 2 bis 4 Kohlenstoffatomen ist, wobei 3 Kohlenstoffatome besonders bevorzugt werden; und n eine ganze Zahl von 2 bis 5 ist, wobei 2 und 4 besonders bevorzugt werden.
Die Menge der schwefelhaltigen Organosiliziumverbindung der obigen Formel in einer Kautschukzusammensetzung wird abhängig von dem Gehalt anderer Zusatzstoffe, die verwendet werden, schwanken. Allgemein gesprochen beläuft sich die Menge der Verbindung der obigen Formel auf 0,5 bis 20 ThK. Bevorzugt beläuft die Menge sich auf 1 bis 10 ThK.
Den Fachleuten ist es leicht verständlich, dass die Kautschukzusammensetzung durch allgemein in der Kautschukmischtechnik bekannte Verfahren gemischt würde, wie etwa Mischen der verschiedenen schwefelvulkanisierbaren bestandteilbildenden Kautschuke mit verschiedenen üblicherweise verwendeten Additivmaterialien, wie beispielsweise Schwefelspendern, Vulkanisationshilfsmitteln, wie etwa Aktivatoren und Hemmmitteln, und Verarbeitungszusätzen, wie etwa Ölen, Harzen einschließlich Haftverbessererharzen und Weichmachern, Füllstoffen, Pigmenten, Fettsäure, Zinkoxid, Wachsen, Antioxidantien und Ozonschutzmitteln und Peptisatoren. Wie den Fachleuten bekannt ist, werden die vorangehend erwähnten Zusatzstoffe abhängig von der beabsichtigten Verwendung des schwefelvulkanisierbaren und schwefelvulkanisierten Materials (Kautschuke) ausgewählt und gemeinsam in herkömmlichen Mengen verwendet.
Das Mischen der Kautschukzusammensetzung kann mittels den Fachleuten in der Kautschukmischtechnik bekannter Verfahren vollzogen werden.
Die Kautschukzusammensetzung kann in eine Vielfalt von Kautschukbauteilen des Reifens integriert werden. Beispielsweise kann das Kautschukbauteil eine Lauffläche (einschließlich Laufstreifenoberteil und Laufstreifenunterteil), eine Seitenwand, ein Kernprofil, ein Wulstschutzstreifen, ein Seitenwandeinsatz, ein Drahtüberzug, eine Innenisolierung und ein Lagenüberzug sein. In einer Ausführungsform ist die Verbindung ein Seitenwandeinsatz.
Der Luftreifen der vorliegenden Erfindung kann ein Personenwagenreifen, Motorradreifen, Flugzeugreifen, Landwirtschaftsfahrzeug-, Erdbewegungsmaschinen-, Gelände-, Lastkraftwagenreifen und dergleichen sein. Vorzugsweise ist der Reifen ein Personenwagen- oder Lastkraftwagenreifen. Der Reifen kann auch ein Radial- oder Diagonalreifen sein, wobei ein Radialreifen bevorzugt wird.

Claims

Luftreifen mit einem Bauteil, umfassend: mit einem Elastomer interkalierten Blähgraphit; und mindestens ein zusätzliches dienbasiertes Elastomer.
Luftreifen nach Anspruch 1, wobei 10 bis 100 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile Kautschuk des mit einem Elastomer interkalierten Blähgraphits vorliegen.
Luftreifen nach Anspruch 1 oder 2, wobei 20 bis 60 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile Kautschuk des mit einem Elastomer interkalierten Blähgraphits vorliegen.
Luftreifen nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Blähgraphit mit einem Elastomer interkaliert ist, ausgewählt aus der aus Polychloropren, Polybutadien, Polyisopren, Butylkautschuk, Chlorbutylkautschuk, Brombutylkautschuk, Styrol-Isopren-Butadien-Kautschuk, und Copolymeren von 1,3-Butadien mit Styrol, Copolymeren von 1,3-Butadien mit Acrylnitril, Copolymeren von 1,3-Butadien mit Methylmethacrylat, Copolymeren von Isopren mit Styrol, Copolymeren von Isopren mit Acrylnitril und Copolymeren von Isopren mit Methylmethacrylat bestehenden Gruppe.
Luftreifen nach Anspruch 4, wobei der Blähgraphit mit einem Elastomer interkaliert ist, ausgewählt aus der aus Polybutadien, Styrol-Butadien-Kautschuk und Polyisopren bestehenden Gruppe.
Luftreifen nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine zusätzliche dienbasierte Elastomer aus der aus Polychloropren, Polybutadien, Polyisopren, Butylkautschuk, Chlorbutylkautschuk, Brombutylkautschuk, Styrol-Isopren-Butadien-Kautschuk, und Copolymeren von 1,3-Butadien mit Styrol, Copolymeren von 1,3-Butadien mit Acrylnitril, Copolymeren von 1,3-Butadien mit Methylmethacrylat, Copolymeren von Isopren mit Styrol, Copolymeren von Isopren mit Acrylnitril und Copolymeren von Isopren mit Methylmethacrylat bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
Luftreifen nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Blähgraphit als dispergierte Nanoplatten mit einer Dicke von 100 nm bis 400 nm vorhanden ist.
Luftreifen nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bauteil weiter 10 bis 250 ThK eines aus Carbon Black und Silika ausgewählten Füllstoffs umfasst.
Luftreifen nach Anspruch 8, wobei der Füllstoff Silika umfasst.
Luftreifen nach Anspruch 8, wobei der Füllstoff Carbon Black umfasst.