Gebiet
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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
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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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.
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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.
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Der hierin und gemäß herkömmlicher Praxis verwendete Ausdruck "ThK" bezieht
sich auf "Teile eines jeweiligen Materials pro 100 Gewichtsteile Kautschuk".
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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.
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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
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Gemäß dieser Erfindung wird ein wie in den Ansprüchen definierter Luftreifen
bereitgestellt. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den
Unteransprüchen definiert.
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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.
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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.
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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.
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We zuvor erläutert, kann der Grund-Elastomerzusammensetzung eine geringere
Menge an Polybutadien-Kautschuk mit mittlerem Vinylgehalt zugegeben werden.
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Derartiges Polybutadien mit mittlerem Vinylgehalt kann geeigneterweise mit Hilfe
verschiedener Verfahren, wie z. B. jener, die in der Technik bereits bekannt sind,
hergestellt werden.
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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.
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Der cis-1,4-Polybutadien-Kautschuk wird hierin zur Verbesserung der Abnutzung der
Reifenlauffläche, oder des Laufflächenverschleißes, als vorteilhaft erachtet.
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Ein derartiger cis-1,4-Polybutadien-Kautschuk kann z. B. durch organische
Lösungspolymerisation von 1,3-Butadien hergestellt werden.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die Kieselsäure weist außerdem typischerweise einen Dibutylphthalat(DBP)-
Absorptionswert im Bereich von 200 bis 400 und gewöhnlich 220 bis 300 auf.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Der Reifen kann mit Hilfe vielfältiger Verfahren, die für Fachleute auf einem
derartigen Gebiet leicht ersichtlich sind, gebaut, geformt, gepreßt und vulkanisiert
werden.
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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
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die Kautschukzusammensetzungen umfaßten die in Tabelle 1 angegebenen
Bestandteile. Tabelle 2 gibt die Eigenschaften der vulkanisierten
Kautschukzusammensetzungen an.
Tabelle 1
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1) durch Emulsionspolymerisation hergestellter
Styrol/Butadien-Copolymerkautschuk mit 40% gebundenem Styrol, einer Tg von -31ºC, erhalten von The
Goodyear Tire & Rubber Company.
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2) cis-1,4-Polybutadien-Kautschuk mit einem cis-1,4-Gehalt von 96%, erhalten als
Budene® 1207 von The Goodyear Tire & Rubber Company.
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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.
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4) cis-1,4-Polyisopren-Naturkautschuk.
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5) Isopren/Butadien-Copolymerelastomer mit einem Isopren-Gehalt von 50% und
einer Tg von -44ºC, erhalten von The Goodyear Tire & Rubber Company.
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6) afs Zeopol(R) 8745 von J. M. Huber Company erhaltene Kieselsäure.
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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.
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8&9) vom Diarylparaphenylendiamin- bzw. Dihydrotrimethylchinolin-Typ.
Tabelle 2
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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.
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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.
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Probe B zeigte verglichen mit Kontroll-Probe A einen wesentlich niedrigeren DIN-
Abriebwert, was auf eine Reifen-Lauffläche mit besserem (geringerem)
Laufflächenverschleiß hindeutet.
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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
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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).
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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.
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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.
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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.