Gebit
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Diese Erfindung betrifft einen Gummi-Luftreifen mit einer äußeren
Umfangs-Lauffläche, die aus ausgewählten Elastomeren, verstärkendem Füllstoff und Öl
zusammengesetzt ist.
Hintergrund
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Gummi-Luftreifen werden herkömmlich mit einer Gummilauffläche hergestellt, die
typisch aus einer Mischung von Elastomeren, verstärkendem Füllstoff und Öl
zusammengesetzt ist.
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Diese Erfindung richtet sich hauptsächlich auf Personenkraftfahrzeugreifen, wo es
erwünscht ist, daß die Reifenlaufflächen-Gummizusammensetzung eine gute
Ausgewogenheit von Abriebbeständigkeit und Hysterese-Eigenschaften aufweist.
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Gummizusammensetzungen, die so ausgelegt sind, daß sie speziell eine sehr gute
Griffigkeit für eine Reifenlauffläche betonen, weisen typisch eine relativ geringe
Abriebbeständigkeit und einen damit verbundenen relativ schlechten
Laufflächenverschleiß auf und weisen typisch eine relativ hohe, einzige
Glasübergangstemperatur (Tg) von mehr als -50ºC und gewöhnlich im Bereich von 0
bis -50ºC auf und weisen gewöhnlich auch einen relativ hohen Gehalt an Kautschuk-
Verarbeitungsöl auf, wie beispielsweise innerhalb eines Bereichs von 40 bis 100 phr.
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In diesem Bestreben, nämlich eine Laufflächen-Gummizusammensetzung mit relativ
hoher Abriebbeständigkeit bereitzustellen, ist es erwünscht, eine derartige
Reifenlaufflächen-Gummizusammensetzung mit Materialien, hauptsächlich
bekannten Materialien, bereitzustellen, die in einer neuen Kombination
zusammengebracht sind.
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Es ist bekannt, daß verschiedene Elastomere auf Dien-Basis, einschließlich
einzelner Polymere von Isopren und von Butadien sowie Copolymeren von Isopren
und/oder Butadien, entweder miteinander oder mit vinylaromatischen Materialien,
zum Beispiel Styrol, häufig gelehrt wurden und in vielfältigen Reifenlaufflächen-
Zusammensetzungen verwendet werden.
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Zum Beispiel sind cis-1,4-Polyisopren-, sowohl natürlich als auch synthetisch, 3,4-
Polyisopren-, cis-1,4-Polybutadien-, Styrol/Butadien-Copolymer- und
Isopren/Butadien-Copolymer-Elastomere in verschiedenen Kombinationen in Reifenlaufflächen-
Zusammensetzungen verwendet oder zur Verwendung vorgeschlagen worden. Es
kann auf die US-A-5082901 als Erläuterung für derartige Zusammensetzungen
hinwiesen werden.
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Ausdrücke wie "compoundierter Kautschuk", "Kautschuk-Compound" und
"Compound" bezeichnen, wenn sie hierin verwendet werden,
Kautschuk-Zusammensetzungen, die aus einem oder mehreren Elastomeren, gemischt mit vielfältigen
Bestandteilen, einschließlich Vulkanisationsmitteln wie Schwefel und
Vulkanisationsbeschleunigern, zusammengesetzt sind. Die Ausdrücke "Elastomer" und
"Kautschuk/Gummi" können hierin austauschbar verwendet werden. Es wird angenommen, daß
alle derartigen Ausdrücke dem Fachmann wohlbekannt sind.
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Eine Bezugnahme auf die Glasübergangstemperatur oder Tg eines Elastomers oder
einer Elastomer-Zusammensetzung, wo sie hierin angesprochen wird, stellt die
Glasübergangstemperatur(en) des jeweiligen Elastomers oder der jeweiligen Elastomer-
Zusammensetzung in ihrem nicht-vulkanisierten Zustand oder möglicherweise in
einem vulkanisierten Zustand im Fall einer Elastomer-Zusammensetzung dar. Eine
Tg kann geeignet mittels eines Differentialscanning-Kalorimeters (DSC) bei einer
Temperaturerhöhungsgeschwindigkeit von 10ºC pro Minute bestimmt werden.
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Die Existenz von mehr als einer Glasübergangstemperatur einer vulkanisierten
Gummizusammensetzung kann durch dynamische mechanische Tests bestimmt
werden und beispielsweise als graphische Darstellung oder Zeichnung von Tangens
delta oder von niedrigem Modul (d. h. E") als Funktion der Temperatur demonstriert
werden. Die Existenz von mehr als einer Glasübergangstemperatur bei der
Gummizusammensetzung wird belegt, wenn mindestens zwei Buckel oder Maxima
zwischen den Temperaturen von -90ºC und 10ºC in der aufgezeichneten Kurve
anwesend sind.
Offenbarung und Durchführung der Erfindung
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Gemäß dieser Erfindung wird ein Gummi-Luftreifen mit einer um den Umfang
angeordneten Gummi-Lauffläche bereitgestellt, wobei die Lauffläche eine
Gummizusammensetzung ist, die, bezogen auf 100 Gewichtsteile des Laufflächengummis,
zusammengesetzt ist aus (Ä) Elastomeren, die (i) 20 bis 60, alternativ 25 bis 40 phr
eines durch Emulsionspolymerisation hergestellten oder durch organische
Lösungspolymerisation hergestellten Styrol/Butadiens mit einem Styrol-Gehalt im Bereich von
30 bis 55, alternativ 30 bis 50 Prozent und einer Tg in einem Bereich von -15ºC bis -
45ºC, (ii) 5 bis 40, alternativ 15 bis 30 phr eines mittleren Vinyl-Polybutadiens mit
einem Vinyl-Gehalt im Bereich von 40 bis 65 Prozent und einer Tg im Bereich von
.45ºC bis -65ºC, (iii) 20 bis 40, alternativ 20 bis 30 phr von cis-1,4-Polybutadien mit
einer Tg im Bereich -95ºC bis -105ºC und (iv) 5 bis 30, alternativ 10 bis 30 phr cis-
1,4-Polyisopren mit einer Tg im Bereich von -65ºC bis -70ºC umfassen, (B) 60 bis
110, alternativ 65 bis 90 phr verstärkendem Hochstrukturruß-Füllstoff, der dadurch
gekennzeichnet ist, daß er eine Iod-Adsorptionszahl größer 110, vorzugsweise
größer 115 und alternativ im Bereich von 116 bis 135 glkg zusammen mit einer DBP-
Zahl von mehr als 110, vorzugsweise mehr als 115 und alternativ im Bereich von
125 bis 140 cm³/100 g aufweist, und (C) 2 bis 30, vorzugsweise im Bereich von 5 bis
25 phr eines aromatischen Verarbeitungsöls mit einem Aromatizitäts-Gehalt von
mindestens 35 und vorzugsweise im Bereich von 35 bis 50 Prozent gemäß ASTM
D2140; wobei die Tg des Elastomers mit der niedrigsten Tg mindestens 50ºC
niedriger ist als die Tg des Elastomers mit der höchsten Tg.
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Es ist ein wichtiger Aspekt dieser Erfindung, daß die Tg des Elastomers mit der
niedrigsten Tg, nämlich des cis-1,4-Polybutadien-Kautschuks, mindestens 50ºC
niedriger ist als die Tg des Elastomers mit der höchsten Tg, nämlich des
Styrol/Butadien-Copolymer-Kautschuks. Vorzugsweise weisen in einem Aspekt der Erfindung
mindestens 20, alternativ mindestens 25 Gewichtsprozent der Elastomere eine Tg
von weniger als -95ºC auf, nämlich das cis-1,4-Polybutadien, und weisen
mindestens 20 Gewichtsprozent der Elastomere eine Tg von mehr als -45ºC auf,
nämlich das Styrol/Butadien-Copolymer.
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Dieser Unterschied in räumlich definierten Tg's der einzelnen Elastomere von
mindestens 50ºC wird als wichtig und in der Tät als einer der kritischen Aspekte der
Erfindung angesehen, um für eine Gummizusammensetzung zu sorgen, die eine
gute Ausgewogenheit von relativ niedriger Abriebbeständigkeit und relativ hoher
Hysterese bei niedrigen Temperaturen im Bereich von -35ºC bis 0ºC bei der
Hysterese aufweisen.
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Auf diese Weise wird hierin angenommen, daß das cis-1,4-Polybutadien-Elastomer
mit relativ niedriger Tg mit dem Styrol/Butadien-Copolymer-Elastomer mit der hohen
Tg relativ inkompatibel ist, wie es durch ihre individuellen tan delta-Maxima in einer
graphischen Darstellung oder Auftragung von tan delta gegen die Temperatur der
Gummizusammensetzung innerhalb eines Temperaturbereichs von -90ºC bis 10ºC
belegt wird.
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Insbesondere und als ein Aspekt der Erfindung liefert eine graphische Darstellung
der Kurve von tan delta gegen die Temperatur innerhalb eines Bereichs von -90ºC
bis 10ºC bei der Gummizusammensetzung dieser Erfindung zwei Maxima in der
Kurve, wobei ein Maximum seinen Scheitelpunkt innerhalb eines
Temperaturbereichs von -90ºC bis -50ºC aufweist und ein zweites Maximum seinen
Scheitelpunkt innerhalb eines Temperaturbereichs von -30ºC bis 10ºC.
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Demgemäß ist ein Beleg für die Elastomer-Inkompatibilitäten die Anwesenheit von
zwei tan delta-Maxima der Schwefel-vulkanisierten Elastomer-Zusammensetzung.
Die tan delta-Werte mit den in ihren Kurven eingeschlossenen Maxima können durch
dynamische mechanische Tests des vulkanisierten Compounds anhand von dem
Fachmann wohlbekannten Verfahren bestimmt werden.
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Demgemäß ist es erforderlich, daß die vulkanisierte compoundierte
Gummizusammensetzung mindestens zwei tan delta-Maxima innerhalb des obengenannten
Temperaturbereichs aufweist. Dies wird als signifikant angesehen, da hierin für den
vulkanisierten compoundierten Gummi angenommen wird, daß eine Kombination
des tan delta-Maximums bei der niedrigeren Temperatur (z. B. -90ºC bis -50ºC) für
das Elastomer mit der niedrigen Tg eine Förderung einer verbesserten
Abriebbeständigkeitseigenschaft (d. h. eines verbesserten Laufflächenverschleißes bei
einem Reifen) nahelegen würde, zusammen mit dem zweiten tan delta-Maximum bei
der höheren Temperatur (z. B. -30ºC bis 10ºC), das durch das Elastomer mit der
hohen Tg dargestellt wird und eine Förderung einer höheren Hysterese bei
Temperaturen innerhalb eines Bereichs von -30 bis 0ºC nahelegen würde (d. h. einer
höheren Laufflächen-Griffigkeit), eine Eigenschaft, die eine bessere Ausgewogenheit
derartiger Eigenschaften, insbesondere bei einer Reifenlauffläche, voraussagt als bei
einer vulkanisierten Gummizusammensetzung, die ein einziges tan delta-Maximum
innerhalb des obengenannten Temperaturbereichs von -90ºC bis 10ºC aufweist.
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Das Vulkanisationssystem für die Elastomer-Zusammensetzung muß Schwefel mit
einer Kombination von Hexamethylentetramin- und
N-tert-Butyl-2-benzothiazolsulfenamid-Vulkanisationsbeschleunigern sein. Es wurde hier beobachtet, daß diese bei
einem Gewichtsverhältnis Beschleuniger auf Tetramin-Basis zu Beschleuniger auf
Benzothiazol-Basis im Bereich von 0,6 bis 1,5 für eine gute Vulkanisation bei
Personenkraftfahrzeug-Reifenlaufflächen-Compounds sorgen, die in dieser
Erfindung beansprucht werden. Man erkennt, daß bei dem Vulkanisationssystem für
die Kautschuk-Zusammensetzung zusätzliche Beschleuniger verwendet werden
können, beispielsweise sekundäre Beschleuniger, sowie ein oder mehrere
Verzögerer.
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Bei einem derartigen Vulkanisationssystem können gewöhnlich 0,7 bis 2,0 phr
Schwefel zusammen mit 1,0 bis 3,5 phr der kombinierten Beschleuniger verwendet
werden.
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In der Praxis wird das Styrol/Butadien-Copolymer-Elastomer mit relativ hohem
Styrol-Gehalt hierin als wichtig angesehen, um die Reifenlaufflächen-Griffigkeit, die
Hysterese oder den Reibungskoeffizienten bei der Gummizusammensetzung zu
verbessern. Es ist hierin erwünscht, daß der Styrol-Gehalt für die Verbesserung der
Reifenlaufflächen-Griffigkeit mindestens 30 Prozent beträgt. Das Styrol-Butadien-
Copolymer ist für solche Zwecke vorzugsweise durch Emulsionspolymerisation
hergestellt.
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Die Verwendung des angegebenen mittleren Vinyl-Polybutadien-Elastomers wird
hierin als wichtig angesehen, um für eine gute Ausgewogenheit von
Abriebbeständigkeit und Hysterese bei der Gummizusammensetzung zu sorgen. Es
ist erwünscht, daß der Vinyl-Gehalt im Bereich von 40-65 Prozent liegt.
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Die Verwendung des angegebenen cis-1,4-Polybutadien-Elastomers wird hierin als
wichtig angesehen, um die Abriebbeständigkeit zu verbessern.
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Die Verwendung des angegebenen cis-1,4-Polyisoprens, vorzugsweise
Naturkautschuk, wird hierin als wichtig angesehen, um die Compound-Verarbeitbarkeit mit
einem Minimum an Verarbeitungsöl und Verarbeitungszusätzen zu verbessern, von
denen hierin angenommen wird, daß sie die Abriebbeständigkeit nachteilig
beeinflussen.
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Der Zusatz des cis-1,4-Polyisopren-Naturkautschuks wird hierin auch als wichtig
angesehen, um zur Zerreißbeständigkeitseigenschaft der
Laufflächen-Gummizusammensetzung beizutragen.
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Die Verwendung von Gummi-verstärkendem Ruß für diese Erfindung mit dem
gekennzeichneten Iod-Adsorptionszahl-Bereich und DBP-Zahl-Bereich wird hierin als
wichtig angesehen, um für eine gute Abriebbeständigkeit oder einen guten
Reibungskoeffizienten und ebenfalls für eine verbesserte oder relativ hohe
Hysterese für eine relativ gute Griffigkeit der Reifenlauffläche zu sorgen.
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Repräsentativ für derartige Gummi-verstärkende Rußtypen sind beispielsweise N 121
und N205. Alle derartigen repräsentativen Rußtypen weisen eine Iod-
Adsorptionszahl im Bereich von 110 bis 145 g/kg und eine DBP-Zahl im Bereich von
110 bis 140 cm³/g auf. Beispiele für verstärkende Rußtypen für Elastomere im
allgemeinen, zusammen mit ihren Iod-Zahl-Werten und DBP-
(Dibutylphthalat-)Absorptionswerten, können in The Vanderbilt Rubber Handbook, (1990), 13. Auflage,
Seiten 416-419, gefunden werden.
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Die Verwendung des angegebenen aromatischen Kautschuk-Verarbeitungsöls wird
hierin als wichtig angesehen, um für die Kautschuk-Verarbeitbarkeit und Hysterese
für die Griffigkeit zu sorgen.
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Eine typische Charakteristik eines derartigen aromatischen Kautschuk-
Verarbeitungsöls ist beispielsweise ein Aromatizitätsgehalt von mindestens 35
Prozent, wobei der Rest des Öls hauptsächlich eine Kombination von paraffinischem
und naphthenischem Gehalt ist. Ein aromatisches Öl mit einem aromatischem
Gehalt von mindestens etwa 35 Prozent und einem Bereich von etwa 35 bis etwa 50
Prozent wird in Betracht gezogen. Demgemäß wird es, selbst wenn der aromatische
Gehalt weniger als die Hälfte, obwohl gewöhnlich mindestens 35 Prozent, sein kann,
immer noch als aromatisches Öl bezeichnet. Für
Kautschuk-Compoundierungszwecke können die Kautschuk-Verarbeitungsöle typisch in drei Kategorien eingeteilt
werden, nämlich paraffinische Öle, die weniger als 20 Prozent Aromatizität enthalten
und die üblichsten sein können, naphthenische Öle, die weniger als 20 Prozent
Aromatizität enthalten, und aromatische Öle, die mindestens 40 Prozent Aromatizität
gemäß ASTM D2140 enthalten. Häufig sind die paraffinischen, naphthenischen und
aromatischen Öle eine Mischung von allen drei Ölen. Demgemäß ist, obwohl das
aromatische Verarbeitungsöl hierin die aromatische Komponente enthalten muß, der
Rest des Öls typisch aus paraffinischen und naphthenischen Komponenten
zusammengesetzt. Ebenso kann man von einem Öl, das als paraffinisches
Kautschuk-Verarbeitungsöl bezeichnet wird, erwarten, daß es auch naphthenische
und/oder aromatische Komponenten enthält, und ein Verarbeitungsöl, das als
naphthenisches oder paraffinisch/naphthenisches Öl bezeichnet wird, kann auch
eine aromatische Komponente enthalten, obwohl man erwartet, daß der aromatische
Gehalt unterhalb von 30 Prozent und wahrscheinlich unterhalb von 20 Prozent liegt.
Alle derartigen Öle sind dem Fachmann für Kautschuk-Compoundierungszwecke
wohlbekannt.
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Für diese Erfindung ist das aromatische Kautschuk-Verarbeitungsöl mit dem relativ
hohen aromatischen Gehalt wegen seiner besseren Kompatibilität mit der
beanspruchten Kautschuk-Zusammensetzung und spezieller dem Styrol/Butadien-
Copolymer-Elastomer, der Elastomer-Komponente der
Kautschuk-Zusammensetzung mit hoher Tg, anstelle von paraffinischem Kautschuk-Verarbeitungsöl oder
napthenischem Kautschuk-Verarbeitungsöl mit ihrem niedrigeren aromatischen
Gehalt erforderlich.
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Bei der Durchführung dieser Erfindung wird die Verwendung der speziellen
Kombinationen der obengenannten Elastomer-Mischung und der Kautschuk-Zusätze
und Vulkanisationsmittel als wichtig angesehen, um die Abriebbeständigkeit (den
Laufflächenverschleiß) und Hysterese (d. h. Griffigkeit) zu optimieren.
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In der Tat wird hierin angenommen, daß die Verwendung der ausgewählten und
vereinigten Elastomere in Kombination mit einem relativ niedrigen Gehalt an
aromatischem Öl bei Personenkraftfahrzeug-Reifenlaufflächen zur Bereitstellung
einer inkompatiblen Elastomer-Mischung, wie durch eine Schwefel-vulkanisierte
Elastomer-Zusammensetzung mit zwei tan delta-Maxima definiert, signifikant ist, als
neu angenommen wird und als Abweichung von der Verwendung typischer
Mischungen von Elastomeren mit einer vulkanisierten Elastomer-Zusammensetzung
mit einem tan delta-Maximum innerhalb eines Temperaturbereichs von -90ºC bis
10ºC angesehen wird, indem man die definierten Elastomere mit Tg's verwendet, die
um mindestens 50ºC auseinanderliegen.
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Bei der weiteren Durchführung dieser Erfindung wird hierin in Betracht gezogen,
daß, wenn man die obengenannte synthetische
Grund-Elastomer-Zusammensetzung beibehält, die Laufflächen-Gummizusammensetzung eine sehr geringe
Menge von 5 bis 15 phr mindestens eines zusätzlichen synthetischen Elastomers auf
Dien-Basis enthalten kann.
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Derartige zusätzliche synthetische Elastomere auf Dien-Basis können zum Beispiel
trans-1,4-Polybutadien mit einer Tg im Bereich von -70ºC bis -85ºC sein.
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In der Praxis wird es bevorzugt, daß die Elastomere, die in der Laufflächen-
Zusammensetzung verwendet werden, einschließlich sowohl der anderen als auch
der zusätzlichen Elastomere, Polymere und Copolymere von Isobutylen,
einschließlich dessen Halogen-Modifikationen, ausschließen.
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Wie vorstehend ausgeführt, beruht die Erfindung auf der Verwendung von
Elastomeren, die üblicherweise bekannt sind, Rußtypen und Kautschuk-
Verarbeitungsölen in dem, was hierin als eine neue Kombination bezüglich (i) der
Auswahl spezieller einzelner Materialien und (ii) der Vereingung der ausgewählten
speziellen Materialien in neuen Kombinationen bezüglich individueller Mengen auf
eine Weise, von der man glaubt, daß sie bisher nicht speziell für eine
Reifenlauffläche verwendet wurde, angesehen wird. Dieser Aspekt der Erfindung
wird als besonders wichtig für die Schaffung einer Reifenlaufflächen-
Gummizusammensetzung mit guten Abriebeigenschaften, gekoppelt auch mit guten
Griffigkeits- oder Reibungskoeffizienten- oder Hysterese-Eigenschaften, angesehen.
Dieser Aspekt der Erfindung ist insbesondere auf ihre enger definierten Aspekte
gerichtet, die in ihrer engeren Form wie folgt umformuliert ist:
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Während angenommen wird, daß ein Reifenlaufflächen-Gummi herkömmlich mit
einem teilchenförmigen verstärkenden Ruß-Füllstoff verstärkt ist, erkennt man, daß
bei einigen Reifenanwendungen eine Kieselsäure-Verstärkung ebenfalls erwünscht
sein kann. In einem derartigen Fall können 5 bis 30 phr Kieselsäure verwendet
werden, solange das Gewichtsverhältnis von Ruß zu Kieselsäure mindestens 2 zu 1
beträgt.
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Die üblicherweise verwendeten Kieselsäure-haltigen. Pigmente, die in Kautschuk-
Compoundierungsanwendungen verwendet werden, sind gewöhnlich gefällte
Kieselsäure-haltige Pigmente (hierin als Kieselsäure bezeichnet).
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Die venrvendeten Kieselsäure-haltigen Pigmente können gefällte Kieselsäuren sein,
zum Beispiel diejenigen, die durch die Ansäuerung eines löslichen Silicats, z. B.
Natriumsilicat, erhalten werden.
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Die BET-Oberfläche der Kieselsäure, unter Verwendung von Stickstoffgas
gemessen, kann beispielsweise im Bereich von 50 bis 300, alternativ 120 bis 200
Quadratmetern pro Gramm liegen. Ein BET-Verfahren zur Messung der Oberfläche
ist in Journal of the American Chemical Society, Band 60, Seite 304 (1930)
beschrieben.
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Die Kieselsäure kann auch einen Dibutylphthalat- (DBP-)Absorptionswert im Bereich
von 100 bis 400 und gewöhnlich 150 bis 300 aufweisen.
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Man kann erwarten, daß die Kieselsäure eine durchschnittliche letztendliche
Teilchengröße beispielsweise im Bereich von 0,01 bis 0,05 Mikrometern aufweist,
wie durch das Elektronenmikroskop bestimmt, obwohl die Kieselsäureteilchen sogar
eine noch kleinere Größe aufweisen können.
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Verschiedene im Handel erhältliche Kieselsäuren können zur Verwendung in dieser
Erfindung in Betracht gezogen werden, wie nur beispielsweise und ohne
Beschränkung Kieselsäuren, die im Handel von PPG Industries unter der
eingetragenen Marke Hi-Sil mit den Bezeichnungen 210, 243 usw. erhältlich sind;
Kieselsäuren, die von Rhone-Poulenc mit den Bezeichnungen Zeosil 1165MP
erhältlich sind und Kieselsäuren, die von der Degussa AG mit den Bezeichnungen
VN2 und VN3 usw. erhältlich sind.
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Wenn eine Kieselsäure-Verstärkung bei einer Gummireifen-Lauffläche verwendet
wird, wird die Kieselsäure üblicherweise mit einem Haftvermittler oder dem, was
manchmal als Verstärkungsmittel bezeichnet wird, verwendet.
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Verbindungen, die sowohl mit der Kieselsäure-Oberfläche als auch dem Kautschuk-
Elastomermolekül auf eine Weise reagieren können, die verursacht, daß die
Kieselsäure eine verstärkende Wirkung auf den Kautschuk ausübt, von denen viele
allgemein dem Fachmann als Haftvermittler oder Kuppler bekannt sind, werden
häufig verwendet. Derartige Haftvermittler können beispielsweise mit den
Kieselsäure-Teilchen vorgemischt oder vorumgesetzt werden oder der Kautschuk-
Mischung bei der Kautschuk/Kieselsäure-Verarbeitungs- oder Mischungsstufe
zugesetzt werden. Wenn der Haftvermittler und die Kieselsäure der Kautschuk-
Mischung bei der Kautschuk/Kieselsäure-Mischungs- oder Verarbeitungsstufe
getrennt zugesetzt werden, nimmt man an, daß der Haftvermittler sich dann in situ
mit der Kieselsäure vereinigt.
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Insbesondere können derartige Haftvermittler beispielsweise aus einem Silan
zusammengesetzt sein, das eine aufbauende Komponente oder Einheit (den Silan-
Teil), die mit der Kieselsäure-Oberfläche reagieren kann, und auch eine aufbauende
Komponente oder Einheit aufweist, die mit dem Kautschuk, insbesondere einem
Schwefel-vulkanisierbaren Kautschuk, der Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen
oder -Unsättigung enhält, reagieren kann. Auf diese Weise wirkt dann des Kuppler
als verbindende Brücke zwischen der Kieselsäure und dem Kautschuk und verstärkt
dadurch den Kautschuk-Verstärkungsaspekt der Kieselsäure.
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In einem Aspekt bildet das Silan des Haftvermittlers offensichtlich eine Bindung an
die Kieselsäure-Oberfläche aus, möglicherweise durch Hydrolyse, und die mit
Kautschuk reaktive Komponente des Haftvermittlers vereinigt sich mit dem
Kautschuk selbst.
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Zahlreiche Haftvermittler werden zur Verwendung bei der Vereinigung von
Kieselsäure und Kautschuk gelehrt, beispielsweise Silan-Haftvermittler, die eine
Polysulfid-Komponente oder -Struktur enthalten, wie
Bis(3-triethoxysilylpropyl)tetrasulfid.
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Der Fachmann versteht leicht, daß die Kautschuk-Zusammensetzungen der
Lauffläche mit herkömmlichen Compoundierungsbestandteilen, einschließlich der
obengenannten verstärkenden Füllstoffe wie Ruß, wie vorstehend definiert,
möglicherweise eines Zusatzes einer geringeren Menge an gefällter Kieselsäure, gewöhnlich
in Kombination mit einem Kieselsäure-Haftvermittler, sowie Antiabbaumittel(n),
Verarbeitungsöls, wie vorstehend definiert, Stearinsäure oder eines Zinkstearats,
Zinkoxid, Schwefel-beisteuernden Materials oder Materialien und
Vulkanisationsbeschleuniger(n), wie vorstehend definiert, compoundiert werden können.
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Eine derartige Compoundierung von Kautschuk ist dem Fachmann wohlbekannt.
Antiabbaumittel sind typisch vom Amin- oder phenolischen Typ. Während
Stearinsäure typisch als ein Kautschuk-Compoundierungsbestandteil bezeichnet wird, kann
man herausstellen, daß der Bestandteil selbst gewöhnlich als eine Mischung von
organischen Säuren erhalten und verwendet wird, welche hauptsächlich aus
Stearinsäure mit mindestens einer Säure aus Ölsäure, Linolensäure und Palmitolin-
und/oder Palmitinsäure, die normalerweise in der Stearinsäure enthalten sind, wie
sie typisch verwendet wird, zusammengesetzt ist. Die Mischung kann geringere
Mengen (weniger als etwa 6 Gewichtsprozent) Myristinsäure, Arachidinsäure
und/oder Arachidonsäure enthalten. Ein derartiges Material oder eine derartige
Mischung wird üblicherweise auf dem Gebiet der Kautschuk-Compoundierung als
Stearinsäure bezeichnet.
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Wenn normale oder typische Kautschuk-Compoundierungsmengen oder
-mengenbereiche derartiger Zusätze verwendet werden, werden sie nicht auf andere
Weise als Teil der Erfindung angesehen. Beispielsweise können einige der
Bestandteile in einem Aspekt als Verarbeitungshilfsmittel klassifiziert werden. Bei derartigen
Verarbeitungshilfsmitteln kann es sich beispielsweise um Wachse, wie
mikrokristallines und paraffinisches Wachs, typisch verwendet in einem Bereich von 1-5
phr und häufig in einem Bereich von 1 bis 3 phr; und Harze, gewöhnlich als Klebrigmacher,
beispielsweise synthetischen Kohlenwasserstoff und natürliche Harze, die
typisch in einem Bereich von 1-5 phr und häufig in einem Bereich von 1 bis 3 phr
verwendet werden, handeln. Ein Vulkanisationsmittel kann als eine Kombination von
Schwefel und Schwefel-Vulkanisationsbeschleuniger(n) für das Kautschuk-
Compound (gewöhnlich einfach als Beschleuniger bezeichnet) oder ein Schwefel-
Donor/-Beschleuniger klassifiziert werden. In einem Schwefel- und Beschleuniger-
Vulkanisationsmittel liegt die Menge an verwendetem Schwefel im Bereich von 0,5
bis 5 phr und gewöhnlich im Bereich von 0,5 bis 3 phr; und der oder die
Beschleuniger, häufig vom Sulfenamid-Typ, wird (werden) im Bereich von 0,5 bis 3
phr und häufig im Bereich von 1 bis 2 phr verwendet. Jedoch ist das
Vulkanisationssystem aus Schwefel und Beschleunigern bereits vorstehend definiert worden.
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Die Bestandteile, einschließlich der Elastomere, aber ohne Schwefel- und
Beschleuniger-Vulkanisationsmittel, werden normalerweise zuerst in einer Reihe von
mindestens zwei aufeinanderfolgenden Mischungsstufen auf eine Temperatur im
Bereich von 145ºC bis etwa 180ºC zusammengemischt, obwohl manchmal eine
einzige Mischungsstufe verwendet werden kann, und derartige Mischungsstufen
werden typisch als nicht-produktive Mischungsstufen bezeichnet. Danach werden
der Schwefel und die Beschleuniger und möglicherweise ein oder mehrere
Verzögerer und ein oder mehrere Antiabbaumittel damit auf eine Temperatur von
90ºC bis 120ºC gemischt, und dies wird typisch als produktive Mischungsstufe
bezeichnet. Ein derartiges Mischungsverfahren ist dem Fachmann wohlbekannt.
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Nach dem Mischen kann der compoundierte Kautschuk beispielsweise mittels
Extrusion durch eine geeignete Düse zur Bildung einer Reifenlauffläche verarbeitet
werden. Die Reifenlauffläche wird dann typisch auf eine Schwefel-vulkanisierbare
Reifenkarkasse aufgebaut, und die Zusammenstellung wird in einer geeigneten
Form unter Bedingungen erhöhter Temperatur und erhöhten Drucks durch dem
Fachmann wohlbekannte Verfahren vulkanisiert. Im Fall der Runderneuerung eines
Reifens kann die Reifenlauffläche zuerst vorvulkanisiert und dann auf der bereits
vulkanisierten Reifenkarkasse mit einem vulkanisierbaren Gummistreifen zwischen
der Lauffläche und der Karkasse angebracht werden, und die Zusammenstellung
kann dann Vulkanisationsbedingungen unterzogen werden, um den vorgenannten
Gummistreifen zu vulkanisieren.
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Die Erfindung kann besser mit Bezug auf das folgende Beispiel verstanden werden,
in welchem sich die Teile und Prozentsätze auf Gewicht beziehen, falls nicht anders
angegeben.
BEISPIEL I
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Mischungen von Dien-Kautschuk-Zusammensetzungen wurden hergestellt, welche
die in Tabelle 1 als Experimente A, B, C und D gezeigten Rezepturen umfaßten. Das
Experiment A wird als Kontrolle angesehen, und die Experimente B, C und D
verwenden Mischungen von Styrol/Butadien-Kautschuk mit hohem Styrol-Gehalt,
mittlerem Vinyl-Polybutadien, cis-1,4-Polybutadien- und Naturkautschuk-
Elastomeren zusammen mit dem bzw. den angegebenen Ruß und aromatischen Öl
und Beschleunigern.
Tabelle 1
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Herkömmliche bevorzugte Mengen an Antiabbaumittel(n) (Paraphenylendiamin-Typ),
klebrigmachendem Harz, Fettsäure, Zinkoxid, Peptisierungsmittel wurden verwendet.
Das aromatische Verarbeitungsöl, auf das in den folgenden Fußnoten Bezug
genommen wird, war aus einem aromatischen Gehalt von etwa 40 Prozent, einem
paraffinischen Gehalt von etwa 36 Prozent und einem naphthenischen Gehalt von
etwa 24 Prozent zusammengesetzt. Das gesamte aromatische Öl(Öl, das in den
Ölverlängerten Elastomeren enthalten war und zusätzliches Öl, das der Kautschuk-
Zusammensetzung zugesetzt wurde) betrugt etwa 44, 22, 22 bzw. 14 phr für die
Experimente A (die Kontrolle), B, C bzw. D.
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1. Ein durch Emulsionspolymerisation hergestelltes Styrol/Butadien-Copolymer-
Elastomer mit einem Styrol-Gehalt von etwa 23,5 Prozent und einer Tg von
etwa -52ºC, erhalten von The Goodyear Tire & Rubber Company, Öl-verlängert
mit 37,5 phr aromatischem Kautschuk-Verarbeitungsöl.
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2. Ein mittleres Vinyl-Polybutadien-Elastomer mit einem 1,2-Vinyl-Gehalt von etwa
45 Prozent und einer Tg von etwa -55ºC, erhalten als Budene® 1255,
Ölverlängert mit 37 phr aromatischem Kautschuk-Verarbeitungsöl, von The
Goodyear Tire & Rubber Company. Der Kautschuk wies eine Viskosität von
etwa 50 [Mooney Großer (ML-4)-Wert] auf.
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3. Ein cis-1,4-Polybutadien-Elastomer mit einem hohen cis-1,4-Gehalt mit einer
Tg von etwa -100ºC, erhalten als Budene® 1254 von The Goodyear Tire &
Rubber Company (Öl-verlängert mit 20 phr aromatischem Kautschuk-
Verarbeitungsöl).
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4. Ein Polybutadien mit hohem cis-Gehalt, Budene® 1207, mit einer Tg von etwa
-100ºC und erhalten von The Goodyear Tire & Rubber Company.
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5. Emulsionspolymerisations-Styrol/Butadien-Copolymer-Elastomer (E-SBR), das
40 Prozent gebundenes Styrol (BS) enthält und eine Tg von etwa -35ºC
aufweist, erhalten von The Goodyear Tire & Rubber Company (Öl-verlängert mit
37,5 phr aromatischem Kautschuk-Verarbeitungsöl).
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6. Emulsionspolymerisations-Styrol/Butadien-Copolymer-Elastomer (E-SBR), das
36 Prozent gebundenes Styrol (BS) enthält und eine Tg von etwa -40ºC
aufweist, erhalten von The Goodyear Tire & Rubber Company (Öl-verlängert mit
37,5 phr aromatischem Kautschuk-Verarbeitungsöl).
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7. Emulsionspolymerisations-Styrol/Butadien-Copolymer-Elastomer (E-SBR), das
52 Prozent gebundenes Styrol (BS) enthält und eine Tg von etwa -25ºC
aufweist, erhalten von The Goodyear Tire & Rubber Company.
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8. Ein cis-1,4-Polyisopren-Naturkautschuk, technische Güteklasse, mit einer Tg im
Bereich von -65ºC bis -70ºC.
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9. Ein N205- (ASTM-Bezeichnung)Ruß mit einer Iod-Zahl von etwa 122 mit einem
DBP-Wert von etwa 115.
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10. Ein N121-Ruß mit einer Iod-Zahl von etwa 121 und einem DBP-Wert von etwa
132.
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11. Aromatisches Verarbeitungsöl, das, wie mitgeteilt, einen aromatischen Gehalt
gemäß ASTM D2140 von etwa 40 Prozent aufweist, wobei der Rest des Öls
aus paraffinischem und naphthenischem Gehalt zusammengesetzt ist.
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12. Beschleuniger als Gewichtsverhältnis von 4 : 1
N-Cyclohexyl-2-benzothiazolsulfenamid (CBS) zu Tetramethylthiuramdisulfid (TMTD).
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13. Beschleuniger als Gewichtsverhältnis von 0,95 : 1 Hexamethylentetramin zu
Ntert-Butyl-2-benzothiazolsulfenamid (TBBS).
BEISPIEL II
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Die hergestellten Kautschuk-Zusammensetzungen wurden etwa 18 Minuten bei
einer Temperatur von etwa 150ºC vulkanisiert, und die resultierenden vulkanisierten
Gummi-Proben wurden bezüglich ihrer physikalischen Eigenschaften bewertet (es
sind hierin gerundete Zahlen mitgeteilt), wie in der folgenden Tabelle 2 gezeigt. Die
Gummi-Zusammensetzungsproben A, B, C und D entsprechen den experimentellen
Proben A, B, C und D von Beispiel I.
Tabelle 2
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Die Betrachtung der obigen physikalischen Eigenschaften der Gummi-Verbundstoffe
zeigt eine signifikante Verbesserung der DIN-Abriebbeständigkeit (weniger
Gummiverlust) von B, C, D, verglichen mit A. Dies wird hierin als signifikant
angesehen, da es Verbesserungen der Reifenlaufflächenverschleiß-Beständigkeit
anzeigt oder zumindest nahelegt (weniger Laufflächenverschleiß).
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Die Beispiele B, C und D weisen auch einen signifikant höheren Modul und eine
signifikant höhere Härte auf, verglichen mit A, was eine Voraussage für einen
besseren Reifengebrauch und ein besseres Kurvenverhalten ist, wenn die Gummi-
Zusammensetzungen als Reifenlaufflächen verwendet werden.
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Die Rückprallwerte bei 23ºC sagen eine ähnliche Griffigkeit und die Rückprallswerte
bei 100ºC sagen einen ähnlichen Rollwiderstand für alle Gummi-
Zusammensetzungen, nämlich Beispiel A (Kontrolle), Beispiel B, Beispiel C und
Beispiel D, voraus, wenn sie als Reifenlaufflächen verwendet werden.
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Rheometer-Daten (150ºC) der Proben A, B, C und D sind hierin in der folgenden
Tabelle 3 aufgeführt.
Tabelle 3
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Die vom Rheometer erzeugten Daten zeigen an, daß das experimentelle
Vulkanisationssystem, das aus den zwei Beschleunigern zusammengesetzt war,
einen geeigneten Vulkanisationsgrad für eine Reifenlaufflächen-Kautschuk-
Zusammensetzung, d. h. eine T&sub9;&sub0; von weniger als 20 Minuten, und eine annehmbare
Anvulkanisationssicherheit (Zeit für 1-Punkte-Anstieg größer als 7 Minuten und Delta
Drehmoment größer als 25) bereitstellt. Tan delta-Werte gegen die Temperatur der
Schwefel-vulkanisierten Gummi-Zusammensetzungen (Bsp. A und Bsp. B) sind in
der begleitenden Zeichnung wiedergegeben.
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In der begleitenden Zeichnung ist die tan delta-Kurve für die
Gummi-Zusammensetzung von Bsp. A (Kontrolle) durch die gestrichelte Linie gezeigt und weist einen
Scheitelpunkt eines einzigen Maximums bei etwa -40ºC auf; wohingegen die tan
delta-Kurve für die Gummi-Zusammensetzung von Bsp. B durch die durchgezogene
Linie gezeigt ist und zwei unterschiedliche Maxima mit Scheitelpunkten bei etwa
-18ºC bzw. bei -60ºC zeigt. Die Anwesenheit der zwei tan delta-Maxima zeigt die
oben erwähnte Elastomer-Inkompatibilität in der Gummi-Zusammensetzung an. Das
tan delta-Maximum bei der niedrigeren Temperatur (-60ºC) zeigt eine relativ
verbesserte Abriebbeständigkeit an, und das zweite tan delta-Maximum bei der
höheren Temperatur (-18ºC) zeigt eine relativ höhere Hysterese der Gummi-
Zusammensetzung an.
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Während gewisse repräsentative Ausführungsformen und Einzelheiten für den
Zweck der Veranschaulichung der Erfindung gezeigt worden sind, ist es für den
Fachmann offensichtlich, daß verschiedene Änderungen und Abwandlungen darin
vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Bereich der Erfindung
abzuweichen.