DE69605976T2 - Reifen mit Kieselsäure verstärkter Laufflächenmischung - Google Patents

Reifen mit Kieselsäure verstärkter Laufflächenmischung

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Description

    Gebiet
  • Diese Erfindung betrifft einen Reifen mit einer Gummilauffläche, welche aus drei mit einer quantitativen Menge einer Kombination von Kieselsäure und Ruß verstärkten Grund-Elastomeren aufgebaut ist. In einem Aspekt muß der Laufflächenkautschuk aus drei Grund-Elastomeren zusammengesetzt sein, die aus durch Emulsionspolymerisation hergestelltem Styrol/Butadien-Copolymerkautschuk, cis- 1,4-Polybutadien-Kautschuk und Polybutadien-Kautschuk mit hohem Vinylgehalt zusammengesetzt sind. Gegebenenfalls kann die Grund-Elastomerzusammensetzung eine geringere Menge an cis-1,4-Polyisopren-Naturkautschuk enthalten. EP-A-0 747 427 ist die gleichzeitig anhängige Patentanmeldung und offenbart eine ähnliche Erfindung, worin Lösungs-SBR anstelle von Emulsions-SBR verwendet wird.
  • Hintergrund
  • Kautschuk-Luftreifen werden herkömmlicherweise mit einer Kautschuklauffläche hergestellt, bei der es sich um eine Mischung von verschiedenen Kautschuken handeln kann, die typischerweise mit Ruß verstärkt ist.
  • In einem Aspekt werden Kautschuke zum Zweck des Erzielens gewünschter Reifenlaufflächen-Eigenschaften und insbesondere einer Ausgewogenheit charakteristischer Reifenlaufflächen-Eigenschaften, in erster Linie Rollwiderstand, Griffigkeit und Verschleiß, beurteilt, ausgewählt und gemischt.
  • Für verschiedene Anwendungen unter Verwendung von Kautschuk einschließlich Anwendungen wie Reifen und insbesondere Reifenlaufflächen wird Schwefelvulkanisierter Kautschuk verwendet, welcher erhebliche Mengen eines oder mehrerer verstärkender Füllstoffe enthält. Ruß wird gewöhnlich für einen derartigen Zweck verwendet und stellt normalerweise gute physikalische Eigenschaften für den Schwefelvulkanisierten Kautschuk bereit bzw. verbessert diese. Teilchenförmige Kieselsäure wird ebenfalls manchmal für einen derartigen Zweck verwendet, insbesondere wenn die Kieselsäure in Verbindung mit einem Kupplungsmittel verwendet wird. In einigen Fällen wird eine Kombination von Kieselsäure und Ruß für verstärkende Füllstoffe für verschiedene Kautschukprodukte einschließlich Laufflächen für Reifen verwendet.
  • Vielfältige Kautschukzusammensetzungen wurden für verschiedene Zwecke hergestellt, von denen einige Reifenlaufflächen beinhalteten, die ein Polybutadien enthalten, welches einen gewissen Grad an 1,2-Konfiguration, manchmal als Vinylgehalt bezeichnet, enthält. Repräsentative Beispiele für derartige vielfältige Zusammensetzungen beinhalten jene, die z. B. in verschiedenen Patentschriften gelehrt werden, wie z. B. US-A-3 937 681, welche eine Reifenlauffläche aus Polybutadien betrifft, welches 25 bis 50% seiner Monomer-Einheiten in 1,2-Stellung enthält. GB-A-1 166 832 betrifft eine Reifenlauffläche aus Butadienkautschuk "mit hohem Vinylgehalt", welcher mindestens 50% seiner Monomer-Einheiten in 1,2- Stellung enthält. US-A-4 192 366 betrifft eine Zusammensetzung aus Polybutadien "mit mittlerem Vinylgehalt" und Mischungen davon mit Naturkautschuk, worin eine derartige Zusammensetzung einen bestimmten Ruß enthalten muß. US-A-3 978 165 betrifft eine Zusammensetzung, über die gelehrt wird, daß sie für Reifenlaufflächen, die aus (a) Polybutadien "mit mittlerem Vinylgehalt", (b) Polybutadien und (c) Butadien/Styrol-Kautschuken zusammengesetzt sind, von Nutzen ist. DE-A-22 02 936 betrifft Mischungen von Polybutadien, das 35-70% 1,2-Einheiten enthält, in Mischung mit Polyisopren-Kautschuk und gegebenenfalls mit cis- Polybutadien oder Styrol/Butadien-Kautschuk für Reifen. US-A-3 827 991; 4 220 564 und 4 224 197 (entspricht FR-A-2430960) betreffen Kombinationen von Polybutadien, welches mindestens 70% 1,2-Konfiguration enthält, mit verschiedenen anderen Kautschuken. US-A-4 192 366 betrifft einen Reifen mit einer Lauffläche aus einer Mischung von cis-Polyisopren-Kautschuk und einem Polybutadien-Kautschuk mit mittlerem Vinylgehalt, die mit einem Überschuß an Schwefel vulkanisiert wird.
  • US-A-4 530 959 betrifft einen Reifen mit einer aus Polybutadien mit mittlerem Vinylgehalt, cis-1,4-Polyisopren-Kautschuk und Styrol/Butadien-Copolymerkautschuk zugesammengesetzten Lauffläche, worin der Polybutadien-Kautschuk mit mittlerem Vinylgehalt hergestellt werden kann durch Polymerisation von Butadien in Gegenwart eines polaren Modifikators und von Divinylbenzol gemäß den Lehren von US-A-4 230 841.
  • Es ist wichtig, sich dessen bewußt zu sein, daß Ruß herkömmlicherweise als wirksamerer verstärkender Füllstoff für Kautschuk-Reifenlaufflächen erachtet wird als Kieselsäure, wenn die Kieselsäure ohne ein Kupplungsmittel verwendet wird.
  • In der Tat besteht, zumindest verglichen mit Ruß, in der Regel ein Mangel oder zumindest ein unzureichender Grad an physikalischer und/oder chemischer Bindung zwischen den Kieselsäure-Teilchen und den Kautschuk-Elastomeren, um zu ermöglichen, daß die Kieselsäure für die meisten Zwecke einschließlich Reifenlaufflächen ein verstärkender Füllstoff für den Kautschuk wird, wenn die Kieselsäure ohne Kuppler verwendet wird. Obwohl vielfältige Behandlungen und Verfahren entwickelt wurden, um derartige Nachteile zu überwinden, werden oft Verbindungen, die in der Lage sind, sowohl mit der Kieselsäure-Oberfläche als auch dem Kautschukelastomer-Molekül zu reagieren, welche Fachleuten auf diesem Gebiet allgemein als Kupplungsmittel, oder Kuppler, bekannt sind, verwendet. Derartige Kupplungsmittel können z. B. mit den Kieselsäure-Teilchen vorgemischt oder vorumgesetzt werden oder der Kautschukmischung während der Kautschuk/Kieselsäure-Verarbeitungs- oder -Mischstufe zugegeben werden. Wenn das Kupplungsmittel und Kieselsäure der Kautschukmischung während der Kautschuk/Kieselsäure-Misch- oder -Verarbeitungsstufe getrennt zugegeben werden, nimmt man an, daß sich das Kupplungsmittel dann in situ mit der Kieselsäure vereinigt.
  • Insbesondere sind derartige Kupplungsmittel im allgemeinen aus einem Silan zusammengesetzt, welches eine konstituierende Komponente, oder Einheit (den Silan-Anteil), welche in der Lage ist, mit der Kieselsäure-Oberfläche zu reagieren, und auch eine konstituierende Komponente, oder Einheit, welche in der Lage ist, mit dem Kautschuk, insbesondere einem Schwefel-vulkanisierbaren Kautschuk, der Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen oder Nicht-Sättigung enthält, zu reagieren, aufweist. Auf diese Weise dient der Kuppler dann als Verbindungsbrücke zwischen der Kieselsäure und dem Kautschuk und fördert dadurch den Kautschuk- Verstärkungsaspekt der Kieselsäure.
  • In einem Aspekt geht das Silan des Kupplungsmittels anscheinend, möglicherweise durch Hydrolyse, eine Bindung mit der Kieselsäure-Oberfläche ein, und die Kautschuk-reaktive Komponente des Kupplungsmittels vereinigt sich mit dem Kautschuk selbst. Gewöhnlich ist die Kautschuk-reaktive Komponente des Kupplers temperaturempfindlich und neigt dazu, sich während der letzten und bei höherer Temperatur durchgeführten Schwefel-Vulkanisationsstufe und somit im Anschluß an die Kautschuk/Kieselsäüre/Küppler-Mischstufe, und deshalb nach der Vereinigung der Silangruppe des Kupplers mit der Kieselsäure, mit dem Kautschuk zu vereinigen. Teilweise aufgrund der typischen Temperaturempfindlichkeit des Kupplers kann es jedoch zu einem gewissen Grad an Vereinigung, oder Bindung, zwischen der Kautschuk-reaktiven Komponente des Kupplers und dem Kautschuk während anfänglichen Kautschuk/Kieselsäure/Kuppler-Mischstufen und somit vor einer anschließenden Vulkanisationsstufe kommen.
  • Bei der Komponente des Kupplers, die die Kautschuk-reaktive Gruppe ist, kann es sich z. B. um eine oder mehrere Gruppen wie Mercapto-, Amino-, Vinyl-, Epoxy- und Schwefelgruppen, vorzugsweise eine Schwefel- oder Mercapto-Einheit und noch mehr bevorzugt Schwefel, handeln.
  • Zahlreiche Kupplungsmittel werden zur Verwendung bei der Vereinigung von Kieselsäure und Kautschuk gelehrt, wie z. B. Silan-Kupplungsmittel, die eine Polysulfid-Komponente oder -Struktur enthalten, wie z. B. Bis(3-triethoxysilylpropyl)tetrasulfid (z. B. US-A-3 873 489).
  • Für Kieselsäure-verstärkte Reifenlaufflächen offenbart US-A-4 519 430 eine Kieselsäure-reiche Reifenlauffläche, welche Lösungs- oder Emulsions-SBR, gegebenenfalls mit Polybutadien-Kautschuk und/oder Polyisopren-Kautschuk, zusammen mit einer Mischung von Kieselsäure und Ruß enthält, wobei Kieselsäure ein Hauptbestandteil des Kieselsäure/Ruß-Verstärkungsfüllstoffes sein muß.
  • EP-A-447 066 offenbart eine Kautschukzusammensetzung für eine aus Kieselsäure und Silan-Kupplungsmittel zusammengesetzte Reifenlauffläche mit aus Polybutadien oder Styrol/Butadien-Copolymer zusammengesetzten Kautschuken, die mit einem organischen Alkalimetall-Initiator hergestellt wird und auch andere im einzelnen genannte Kautschuke enthalten kann.
  • EP-A-641 823 offenbart einen Reifen mit einer aus cis-1,4-Polybutadien-Kautschuk, einem Polybutadien-Kautschuk mit hohem Vinylgehalt und gegebenenfalls einem Polybutadien-Kautschuk mitmittlerem Vinylgehalt zusammengesetzten Lauffläche.
  • US-A-3,938,574 beschreibt eine vulkanisierbare Kautschukmischung, welche einen Polybutadien-Kautschuk, einen von Polybutadien verschiedenen synthetischen Kautschuk oder Naturkautschuk und einen Kieselsäure-Füllstoff, Weichmacheröl, ein Schwefelhaltiges Organosilan, Schwefel und einen ein oder zwei Polybutadien- Kautschuke umfassenden Beschleuniger umfaßt.
  • Der hierin und gemäß herkömmlicher Praxis verwendete Ausdruck "ThK" bezieht sich auf "Teile eines jeweiligen Materials pro 100 Gewichtsteile Kautschuk".
  • Die Ausdrücke wie "compoundierter Kautschuk", "Kautschukcompound" und "Kautschukzusammensetzung" betreffen allgemein Kautschuk, der mit verschiedenen Kautschuk-Compoundierbestandteilen gemischt wurde. Derartige Ausdrücke sind Fachleuten auf dem Gebiet des Kautschukmischens, insbesondere für Reifen, wohlbekannt.
  • Die Ausdrücke "vulkanisiert", "vulkanisieren", "gehärtet" und "härten", falls hierin verwendet, sind austauschbar und bezeichnen die Vulkanisation von Kautschuk und derartige Ausdrücke sind Fachleuten auf dem Gebiet des Kautschuk-Vulkanisierens wohlbekannt.
  • Zusammenfassung und Durchführung der Erfindung
  • Gemäß dieser Erfindung wird ein wie in den Ansprüchen definierter Luftreifen bereitgestellt. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.
  • Die Tatsache, daß die Kautschukmischungen die oben genannte hohe Kieselsäure- Beladung, das Kieselsäure-Kupplungsmittel einschließend, in Kombination mit den definierten Kautschuken, die Polybutadien-Kautschuke mit hohem Vinylgehalt beinhalten müssen, enthalten, ist ein wichtiges Merkmal der Erfindung, das dazu bestimmt ist, die Eigenschaften einer Reifenlauffläche, die eine beträchtliche Menge an Kieselsäure-Verstärkung enthält, zu verbessern.
  • In einem Aspekt wird der Polybutadien-Kautschuk mit hohem Vinylgehalt (HVBD) hierin als vorteilhaft erachtet, um den Laufflächenverschleiß und den Rollwiderstand ohne nennenswerten Verlust der Griffigkeit erheblich zu verbessern.
  • Das Polybutadien mit hohem Vinylgehalt kann zur leichten Verarbeitung vor dem Mischen mit verschiedenen Kautschuk-Compoundiermaterialien gegebenenfalls ölverstreckt werden. Wenn eine Ölverstreckung verwendet wird, werden gewöhnlich 15 bis 35 ThK Kautschuk-Verarbeitungsöl, gewöhnlich vom aromatischen oder aromatisch/paraffinischen Öl-Typ, verwendet, um eine ML-4(100ºC)-Viskosität für das Elastomer im Bereich von 40 bis 80 bereitzustellen.
  • We zuvor erläutert, kann der Grund-Elastomerzusammensetzung eine geringere Menge an Polybutadien-Kautschuk mit mittlerem Vinylgehalt zugegeben werden.
  • Derartiges Polybutadien mit mittlerem Vinylgehalt kann geeigneterweise mit Hilfe verschiedener Verfahren, wie z. B. jener, die in der Technik bereits bekannt sind, hergestellt werden.
  • Hierin wird jedoch davon ausgegangen, daß manchmal eine spezielle Art von Polybutadien mit mittlerem Vinylgehalt verwendet wird. Derartiges Polybutadien mit mittlerem Vinylgehalt kann von der Art sein, wie sie durch Polymerisation von 1,3- Butadien mit einer sehr geringen Menge an Divinylbenzol in einem im wesentlichen polaren aromatischen Lösungsmittel mit einem Alkyllithium-Katalysator und mindestens einem polaren Katalysator-Modifikator hergestellt wird, wie in US-A-4,230,841 beschrieben.
  • Der cis-1,4-Polybutadien-Kautschuk wird hierin zur Verbesserung der Abnutzung der Reifenlauffläche, oder des Laufflächenverschleißes, als vorteilhaft erachtet.
  • Ein derartiger cis-1,4-Polybutadien-Kautschuk kann z. B. durch organische Lösungspolymerisation von 1,3-Butadien hergestellt werden.
  • Der cis-1,4-Polybutadien-Kautschuk kann herkömmlicherweise z. B. dadurch gekennzeichnet sein, daß er einen cis-1,4-Gehalt von mindestens 90% aufweist. Der cis-1,4-Polyisopren-Naturkautschuk ist Fachleuten auf dem Gebiet von Kautschuk wohlbekannt.
  • Das durch Emulsionspolymerisation hergestellte Styrol/Butadien-Copolymer kann geeigneterweise durch Copolymerisation von Styrol und 1,3-Butadien in einem wässrigen Polymerisationsmedium zusammen mit einem geeigneten Katalysator und Emulgator(en) hergestellt werden. Die Herstellung eines derartigen Styrol/Butadien- Copolymerelastomers ist Fachleuten auf diesem Gebiet wohlbekannt.
  • Hierin wird angenommen, daß es Fachleuten auf diesem repräsentativen Gebiet wohlbekannt ist, daß durch Emulsionspolymerisation hergestellte Styrol/Butadien- Copolymerelastomere und durch Lösungspolymerisation hergestellte Styrol/Butadien-Copolymerelastomere für verschiedene Elastomer-Anwendungen unterschiedliche Eigenschaften besitzen.
  • Bei der Durchführung dieser Erfindung wird eine ausgewogene Kautschukmischung aus durch Emulsionspolymerisation hergestelltem Styrol/Butadien- Copolymerelastomer zusammen mit mindestens zwei Kautschuken auf Butadien- Basis, nämlich cis-1,4-Polybutadien-Kautschuk und Polybutadien-Kautschuk mit hohem Vinylgehalt, bereitgestellt, die auf einer quantitativen Kieselsäure- Verstärkung beruht, welche wiederum bezüglich der Verstärkungswirkung der Kieselsäure auf die Kautschukmischung auf einem Kieselsäure-Kuppler beruht.
  • Die Schwefel-vulkanisierte Kautschuklauffläche enthält außerdem Ruß in einem Gewichtsverhältnis von Kieselsäure zu Ruß von mindestens 2/1, vorzugsweise mindestens 4/1 und für einige Anwendungen mindestens 10/1.
  • Die gewöhnlich eingesetzten, in Kautschuk-Compoundieranwendungen verwendeten Kieselsäure-haltigen Pigmente, einschließlich pyrogener und gefällter Kieselsäurehaltiger Pigmente (Siliciumdioxid) können als Kieselsäure in dieser Erfindung verwendet werden.
  • Die in dieser Erfindung verwendeten Kieselsäure-haltigen Pigmente sind gefällte Kieselsäuren, wie z. B. jene, die durch Ansäuerung eines löslichen Silicats erhalten werden, z. B. Natriumsilicat.
  • Die BET-Oberfläche der Kieselsäure, unter Verwendung von Stickstoffgas gemessen, liegt vorzugsweise im Bereich von 100 bis 250, vorzugsweise 120 bis 180, m²/g. Das BET-Verfahren zur Messung der Oberfläche ist im Journal of the American Chemical Society, Band 60, Seite 304 (1930) beschrieben.
  • Die Kieselsäure weist außerdem typischerweise einen Dibutylphthalat(DBP)- Absorptionswert im Bereich von 200 bis 400 und gewöhnlich 220 bis 300 auf.
  • Verschiedene handelsübliche Kieselsäuren können zur Verwendung in dieser Erfindung in Betracht gezogen werden, wie z. B. im Handel von PPG Industries unter dem Warenzeichen Hi-Sil® erhältliche Kieselsäuren mit den Bezeichnungen 210, 243; von Rhone-Poulenc erhältliche Kieselsäuren mit der Bezeichnung Zeosil® 1165MP, von Degussa AG erhältliche Kieselsäuren mit den Bezeichnungen VN2® und VN3® und BV3370GR, und von J.M. Huber als z. B. Zeopol® 8745 erhältliche Kieselsäuren.
  • Für Fachleute auf dem Gebiet ist leicht ersichtlich, daß die Kautschukzusammensetzung des Laufflächenkautschuks mit Hilfe von auf dem Gebiet des Kautschukcompoundierens allgemein bekannten Verfahren, wie z. B. Mischen der verschiedenen Schwefel-vulkanisierbaren Kautschuk-Bestandteile mit verschiedenen herkömmlicherweise verwendeten Additiv-Materialien, wie z. B. Vulkanisations- Hilfsmitteln wie Schwefel, Aktivatoren, Verzögerern und Beschleunigern, Verarbeitungs-Hilfsmitteln wie Ölen, Harzen einschließlich klebrigmachender Harze, Kieselsäuren und Weichmachern, Füllstoffen, Pigmenten, Fettsäure, Zinkoxid, Wachsen, Antioxidationsmitteln und Ozonschutzmitteln, Peptisiermitteln und Verstärkungsmaterialien, wie z. B. Ruß, compoundiert werden würde. Wie Fachleuten auf dem Gebiet bekannt ist, werden die oben genannten Additive je nach dem beabsichtigten Verwendungszweck des Schwefel-vulkanisierbaren bzw. Schwefelvulkanisierten Materials (Kautschuke) gewählt und gewöhnlich in herkömmlichen Mengen verwendet.
  • Typische Zugabemengen an Ruß für diese Erfindung, falls verwendet, sind vorstehend erläutert. Typische Mengen an klebrigmachenden Harzen, falls verwendet, umfassen 0,5 bis 10 ThK, gewöhnlich 1 bis 5 ThK. Typische Mengen an Verarbeitungs-Hilfsmitteln umfassen 1 bis 50 ThK. Derartige Verarbeitungs- Hilfsmittel können z. B. aromatische, naphthenische und/oder paraffinische Verarbeitungsöle beinhalten. Typische Mengen an Antioxidationsmitteln umfassen 1 bis 5 ThK. Repräsentative Antioxidationsmittel können z. B. Diphenyl-p- phenylendiamin und andere, wie z. B. jene, die in dem Vanderbilt Rubber Handbook (1978), Seiten 344-346 offenbart sind, sein. Typische Mengen an Ozonschutzmitteln umfassen 1 bis 5 ThK. Typische Mengen an Fettsäuren, falls verwendet, welche Stearinsäure einschließen können, umfassen 0,5 bis 3 ThK. Typische Mengen an Zinkoxid umfassen 2 bis 5 ThK. Typische Mengen an Wachsen umfassen 1 bis 5 ThK. Oft werden mikrokristalline Wachse verwendet. Typische Mengen an Peptisiermitteln umfassen 0,1 bis 1 ThK. Typische Peptisiermittel können z. B. Pentachlorthiophenol und Dibenzamidodiphenyldisulfid sein.
  • Die Vulkanisation erfolgt in Gegenwart eines Schwefel-Vulkanisationsmittels. Beispiele für geeignete Schwefel-Vulkanisationsmittel beinhalten elementaren Schwefel (freien Schwefel) oder Schwefel-abgebende Vulkanisationsmittel, z. B. ein Amindisulfid, polymeres Polysulfid oder Schwefel-Olefin-Addukte. Vorzugsweise ist das Schwefel-Vulkanisationsmittel elementarer Schwefel. Wie Fachleuten auf dem Gebiet bekannt ist, werden Schwefel-Vulkanisationsmittel in einer Menge im Bereich von 0,5 bis 4 ThK verwendet, wobei ein Bereich von 0,5 bis 2,5 manchmal bevorzugt ist.
  • Beschleuniger werden verwendet, um die für die Vulkanisation erforderliche Zeit und/oder Temperatur zu steuern und die Eigenschaften des Vulkanisats zu verbessern. Verzögerer werden ebenfalls verwendet, um die Vulkanisationsgeschwindigkeit zu steuern. In einer Ausführungsform kann ein einziges Beschleunigersystem, d. h. ein Primärbeschleuniger, verwendet werden. Herkömmlicherweise und vorzugsweise wird/werden ein oder mehrere Primärbeschleuniger in Gesamtmengen im Bereich von 0,5 bis 4, alternativ 1,2 bis 2,0, ThK verwendet. In einer anderen Ausführungsform könnten Kombinationen eines Primär- und eines Sekundärbeschleunigers verwendet werden, wobei der Sekundärbeschleuniger in Mengen von z. B. 0,05 bis 3 ThK verwendet wird, um die Eigenschaften des Vulkanisats zu aktivieren und zu verbessern. Man könnte erwarten, daß Kombinationen dieser Beschleuniger eine synergistische Wirkung auf die End-Eigenschaften ausüben und sie etwas besser sind als jene, die durch Verwendung jedes Beschleunigers allein erzielt werden. Außerdem können Beschleuniger mit verzögerter Wirkung verwendet werden, die von normalen Verarbeitungstemperaturen nicht beeinflußt werden, jedoch bei gewöhnlichen Vulkanisationstemperaturen eine zufriedenstellende Vulkanisation bereitstellen. Geeignete Arten von Beschleunigern, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, sind Amine, Disulfide, Guanidine, Thioharnstoffe, Thiazole, Thiurame, Sulfenamide, Dithiocarbamate und Xanthate. Vorzugsweise ist der Primärbeschleuniger ein Sulfenamid. Wenn ein zweiter Beschleuniger verwendet wird, ist der Sekundärbeschleuniger vorzugsweise eine Guanidin-, Dithiocarbamat- oder Thiuram-Verbindung. Das Vorhandensein und die relativen Mengen an Schwefel-Vulkanisationsmittel und Beschleuniger(n) werden nicht als Aspekt dieser Erfindung erachtet, welche in erster Linie auf die Verwendung von Kieselsäure als verstärkender Füllstoff in Verbindung mit einem Kupplungsmittel gerichtet ist.
  • Das Vorhandensein und die relativen Mengen der obigen Additive werden nicht als Aspekt der vorliegenden Erfindung erachtet, welche in erster Linie auf die Verwendung spezieller Mischungen von Kautschuken in Reifenlaufflächen in Verbindung mit Kieselsäure und Kieselsäure-Kuppler gerichtet ist.
  • Der Reifen kann mit Hilfe vielfältiger Verfahren, die für Fachleute auf einem derartigen Gebiet leicht ersichtlich sind, gebaut, geformt, gepreßt und vulkanisiert werden.
  • Die Erfindung ist mit Bezug auf die folgenden Beispiele, in denen sich die Teile und Prozentsätze, soweit nicht anders angegeben, auf das Gewicht beziehen, besser zu verstehen.
  • BEISPIEL 1
  • Eine Kautschukzusammensetzung (compoundierter Kautschuk) wurde aus einer Mischung von durch Emulsionspolymerisation hergestelltem Styrol/Butadien- Copolymerkautschuk zusammen mit cis-1,4-Polybutadien-Kautschuk und Polybutadien mit hohem Vinylgehalt hergestellt und hierin als Probe B bezeichnet.
  • Eine aus durch Emulsionspolymerisation hergestelltem Styrol/Butadien- Copolymerkautschuk, cis-1,4-Polybutadien-Kautschuk, Isopren/Butadien-Copolymerkautschuk und cis-1,4-Polyisopren-Kautschuk zusammengesetzte Kontroll- Kautschukzusammensetzung wurde hergestellt und hierin als Probe A bezeichnet.
  • Die Kautschukzusammensetzungen wurden durch Mischen der Bestandteile in mehreren Stufen, nämlich vier aufeinanderfolgenden nicht-produktiven Stufen (ohne Vulkanisationsmittel) und einer letzten produktiven Stufe (im wesentlichen für die Vulkanisationsmittel) hergestellt, dann wurde die resultierende Zusammensetzung unter Bedingungen erhöhter Temperatur und erhöhten Drucks vulkanisiert.
  • Was die nicht-produktiven Mischstufen betrifft, wurden für Probe A alle Bestandteile unter Ausschluß des bzw. der Beschleuniger, der Schwefel-Vulkanisationsmittel, des Zinkoxids und des Antioxidationsmittels, welche in der letzten, produktiven Mischstufe eingemischt (zugegeben) werden, mit Ausnahme von 20 bis 50% der verstärkenden Füllstoffe (Kieselsäure oder Ruß) mit proportionalen Mengen (bezogen auf die verstärkenden Füllstoffe) an Kupplungsmittel und Verarbeitungsöl, die in der zweiten nicht-produktiven Mischstufe zugegeben wurden, in der ersten nicht-produktiven Stufe zugegeben, und für Probe B wurden alle nicht-produktiven Bestandteile in der ersten Mischstufe zugegeben.
  • Die Bestandteile wurden in jeder der nicht-produktiven Mischstufen, jeweils in einem Banbury-Mischer, fünf Minuten lang gemischt, bis eine Temperatur von 165ºC erreicht war, mit Ausnahme der vierten Mischstufe, in der drei Minuten lang gemischt wurde, bis eine Temperatur von 145ºC erreicht war. Der resultierenden Kautschukzusammensetzung (Mischung) wurden dann die restlichen Bestandteile in der produktiven Mischstufe in einem Banbury-Mischer über einen Zeitraum von zwei Minuten zugegeben, bis eine Temperatur von 110ºC erreicht war. Dann wurde der Kautschuk 18 Minuten lang bei einer Temperatur von 150ºC vulkanisiert.
  • Die Kautschukzusammensetzungen umfaßten die in Tabelle 1 angegebenen Bestandteile. Tabelle 2 gibt die Eigenschaften der vulkanisierten Kautschukzusammensetzungen an. Tabelle 1
  • 1) durch Emulsionspolymerisation hergestellter Styrol/Butadien-Copolymerkautschuk mit 40% gebundenem Styrol, einer Tg von -31ºC, erhalten von The Goodyear Tire & Rubber Company.
  • 2) cis-1,4-Polybutadien-Kautschuk mit einem cis-1,4-Gehalt von 96%, erhalten als Budene® 1207 von The Goodyear Tire & Rubber Company.
  • 3) Polybutadien-Kautschuk mit einem hohen Vinylgehalt von 65 Gew.-% und einem cis-1,4-Gehalt von 16%, erhalten von The Goodyear Tire & Rubber Company.
  • 4) cis-1,4-Polyisopren-Naturkautschuk.
  • 5) Isopren/Butadien-Copolymerelastomer mit einem Isopren-Gehalt von 50% und einer Tg von -44ºC, erhalten von The Goodyear Tire & Rubber Company.
  • 6) afs Zeopol(R) 8745 von J. M. Huber Company erhaltene Kieselsäure.
  • 7) erhalten als Bis-(3-triethoxysilylpropyl)tetrasulfid (Aktivstoffgehalt 50%), welches im Handel als X50S von Degussa als 50/50-Mischung des Tetrasulfids mit N330-Ruß (daher Aktivstoffgehalt 50%) erhältlich ist.
  • 8&9) vom Diarylparaphenylendiamin- bzw. Dihydrotrimethylchinolin-Typ. Tabelle 2
  • Hierin wird davon ausgegangen, daß die Eigenschaften der Kautschukzusammensetzungen für die Probe B, welche eine Laufflächenzusammensetzung dieser Erfindung darstellt, auf einen guten Rollwiderstand der Reifenlauffläche und guten Laufflächenverschleiß hindeuten.
  • Probe B zeigte verglichen mit Kontroll-Probe A sowohl bei Raumtemperatur (23ºC) als auch bei 100ºC einen wesentlich höheren Rückprall, was auf besseren (geringeren) Rollwiderstand für einen Reifen mit einer derartigen Laufflächenzusammensetzung hindeutet.
  • Probe B zeigte verglichen mit Kontroll-Probe A einen wesentlich niedrigeren DIN- Abriebwert, was auf eine Reifen-Lauffläche mit besserem (geringerem) Laufflächenverschleiß hindeutet.
  • Reifen der Größe 205/60R15 mit Laufflächen aus einer Kautschukzusammensetzung der Probe A und der Probe B wurden hergestellt. Die Reifen wurden auf Rollwiderstand, Griffigkeit und Laufflächenverschleiß getestet. Die Werte für Kontroll-Reifen A, der einem Reifen mit einer Lauffläche aus einer Kautschukzusammensetzung der Probe A entspricht, wurden auf einen Wert 100 genormt und die Werte für Reifen B, der einem Reifen mit einer Lauffläche aus einer Kautschukzusammensetzung der Probe B entspricht, wurden damit verglichen. Die Werte sind in der folgenden Tabelle 3 gezeigt. Tabelle 3
  • Diese Reifentests zeigen, daß der Rollwiderstand für Reifen B erheblich verbessert war (ein höherer Wert stellt einen geringeren Rollwiderstand dar), daß die Griffigkeit auf trockener Fahrbahn erheblich verbessert war (ein höherer Wert bedeutet höhere Griffigkeit) und daß der Laufflächenverschleiß stark verbessert war (ein höherer Wert steht für besseren Laufflächenverschleiß).
  • Der Rollwiderstand wurde bestimmt, indem man den (auf eine Felge montierten und aufgepumpten) Reifen unter Belastung durch ein Dynamometer gegen ein Rad mit 67 Zoll (170 cm) Durchmesser rotieren ließ. Es wird davon ausgegangen, daß ein derartiges Verfahren Fachleuten auf diesem Gebiet bekannt ist.
  • Die Griffigkeit wurde mit Hilfe des SAE J-345A-Verfahrens (mit Makadam für die nasse Oberfläche und die trockenen Oberflächen) bestimmt. Es wird davon ausgegangen, daß ein derartiges Verfahren Fachleuten auf diesem Gebiet bekannt ist.
  • Der Laufflächenverschleiß wurde bestimmt, indem man die verbleibenden Laufflächentiefen maß, nachdem die an Fahrzeuge montierten Reifen eine Strecke von 28000 Meilen (44800 km) zurückgelegt hatten, und den Laufflächenverschleiß aus derartigen Messungen berechnete. Es wird davon ausgegangen, daß ein derartiges Verfahren Fachleuten auf diesem Gebiet bekannt ist.

Claims (7)

1. Luftreifen, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Lauffläche aufweist, welche, bezogen auf 100 Gewichtsteile Kautschuk, umfaßt (A) Elastomere, welche zusammengesetzt sind aus (i) 15 bis 40 ThK durch Emulsionspolymerisation erhältlichen Styrol/Butadien-Copolymerkautschuks, (ii) 85 bis 60 ThK zweier Elastomere auf Dien-Basis, die im wesentlichen bestehen aus (a) 10 bis 30 ThK cis-1,4-Polybutadien-Kautschuk und (b) 30 bis 60 ThK Polybutadien- Kautschuk mit einem hohen Vinylgehalt im Bereich von 50 bis 90%; (B) 55 bis 90 ThK teilchenförmige, gefällte Kieselsäure; (C) mindestens einen Kieselsäure-Kuppler mit einer mit der Oberfläche der Kieselsäure reaktiven Silan-Einheit und einer mit dem Elastomer interaktiven Schwefel-Einheit in einem Gewichtsverhältnis von Kieselsäure zu Kuppler von 7/1 bis 15/1, und (D) 5 bis 50 ThK Ruß, worin das Gewichtsverhältnis von Kieselsäure zu Ruß mindestens 2/l beträgt, wobei die Gesamtmenge an Kieselsäure und Ruß 40 bis 110 ThK beträgt.
2. Reifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Lauffläche aufweist, welche, bezogen auf 100 Gewichtsteile Kautschuk, umfaßt (A) Elastomere, welche zusammengesetzt sind aus (i) 15 bis 30 ThK durch Emulsionspolymerisation erhältlichen Styrol/Butadien-Copolymerkautschuks, (ii) 85 bis 70 ThK zweier Elastomere auf Dien-Basis, die im wesentlichen bestehen aus (a) 15 bis 25 ThK cis-1,4-Polybutadien-Kautschuk und (b) 40 bis 60 ThK Polybutadien-Kautschuk mit einem hohen Vinylgehalt im Bereich von 55 bis 75%; (13) 55 bis 90 ThK teilchenförmige Kieselsäure; (C) mindestens einen Kieselsäure-Kuppler mit einer mit der Oberfläche der Kieselsäure reaktiven Silan-Einheit und einer mit dem Elastomer interaktiven Schwefel-Einheit in einem Gewichtsverhältnis von Kieselsäure zu Kuppler von 7/1 bis 15/1, und (D) 5 bis 25 ThK Ruß, worin das Gewichtsverhältnis von Kieselsäure zu Ruß mindestens 2/1 beträgt, wobei die Gesamtmenge an Kieselsäure und Ruß 60 bis 110 ThK beträgt.
3. Reifen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kieselsäure eine BET-Oberfläche, unter Verwendung von Stickstoffgas gemessen, im Bereich von 100 bis 250 m²/g und einen Dibutylphthalat(DBP)-Absorptionswert im Bereich von 200 bis 400 aufweist.
4. Reifen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewichtsverhältnis von Kieselsäure zu Ruß mindestens 10/1 beträgt.
5. Reifen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kuppler ein Bis-(3-triethoxysilylpropyl)tetrasulfid ist.
6. Reifen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lauffläche auch 5 bis 20 ThK cis-1,4-Polyisopren-Naturkautschuk enthält.
7. Reifen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lauffläche auch 5 bis 20 ThK mindestens eines Elastomers enthält, welches ausgewählt ist aus cis-1,4-Polyisopren-Naturkautschuk, 3,4-Polyisopren-Kautschuk, Isopren/Butadien-Copolymerelastomer, Styrol/Isopren-Copolymerelastomer, Styrol/Isopren/Butadien-Terpolymerelastomer und Polybutadien-Kautschuk mit einem mittleren Vinylgehalt von 40 bis 50%.
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