DE69724221T2

DE69724221T2 - Gummimischung und pneumatischer reifen

Info

Publication number: DE69724221T2
Application number: DE69724221T
Authority: DE
Inventors: Shunji Araki; Masaaki Wakayama-shi TSUCHIHASHI; Isao Wakayama-shi NISHI
Original assignee: Kao Corp; Bridgestone Corp
Current assignee: Kao Corp; Bridgestone Corp
Priority date: 1996-06-26
Filing date: 1997-06-26
Publication date: 2004-06-24
Anticipated expiration: 2017-06-27
Also published as: EP0846724B1; US6559209B1; JP4157608B2; EP0846724A4; KR100450989B1; CN1196745A; KR19990021930A; JP2001316522A; WO1997035461A3; DE69724221D1; EP0846724A2; ES2202626T3; WO1997035461A2; CN1154687C

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Gummizusammensetzung, der Silika zugemischt wurde, und die ein gutes Dispersionsvermögen von Silika in den Gummi, eine niedrige Wärmeerzeugung und eine gute Abriebfestigkeit hat, und auf einen Luftreifen, bei dem diese Gummizusammensetzung verwendet wird.
Bisher wurde Ruß als ein Verstärkungsfüllstoff für Gummi verwendet, weil Ruß, verglichen mit anderen Füllstoffen, sowohl eine große Verstärkung, als auch eine hohe Abriebfestigkeit bewirkt. Angesichts der gesellschafrlichen Forderungen hinsichtlich der Einsparung von Energie und natürlichen Ressourcen, insbesondere hinsichtlich der Verringerung des Kraftstoffverbrauchs von Autos, wurde in den letzten Jahren gefordert, daß die Gummizusammensetzungen auch eine niedrige Wärmeerzeugung haben.
Wenn beabsichtigt wird, einer Gummizusammensetzung mittels Ruß eine niedrige Wärmeerzeugung zu geben, wird erwogen, Ruß in einer kleinen Menge zuzumischen, oder Ruß zu verwenden, der eine große Partikelgröße hat. Es ist jedoch gut bekannt, daß bei jeder Methode ein widersprüchlicher Zusammenhang zwischen einer niedrigen Wärmeerzeugung und der Verstärkung und der Abriebfestigkeit besteht.
Andererseits ist Silika als ein Füllstoff für eine Gummizusammensetzung bekannt, der eine niedrige Wärmeerzeugung ergibt, und viele Patente, wie die ausgelegte japanische Patentanmeldung 3-252431 sind bisher eingereicht worden.
Silika tendiert jedoch dazu, zu bewirken, daß seine Partikel infolge einer Wasserstoffbindung zwischen den Sinalolgruppen, die Funktionsgruppen an der Oberfläche sind, koagulieren, und daher muß die Mischzeit verlängert werden, um die Dispersion der Silikapartikel in den Gummi zu verbessern. Außerdem hat Silika den Nachteil, daß die Mooney-Viskosität der Gummizusammensetzung ansteigt, und die Verarbeitbarkeit, zum Beispiel die Extrusion, schlechter ist, da die Dispersion von Silikapartikeln in den Gummi ungenügend ist.
Weiterhin hat Silika außerdem den Nachteil, daß die Gummizusammensetzung nicht genügend vulkanisiert wird, da ein Silikapartikel eine saure Oberfläche hat und ein als ein Vulkanisationsbeschleuniger verwendetes Basismaterial adsorbiert, und daher nimmt der Elastizitätsmodul nicht zu.
Um diesen Nachteil zu verringern, wurde ein Silan-Haftvermittler entwickelt, aber die Dispersion von Silika hat noch nicht ein genügend hohes Niveau erreicht. Insbesondere ist es schwierig, eine industriell genügende Dispersion von Silika zu erhalten.
Weiterhin wird in der ausgelegten japanischen Patentanmeldung 5-51484 vorgeschlagen, Silylationsmittel zuzumischen, um das Dispersionsvermögen von Silika zu verbessern. Die Silylation hat jedoch den Nachteil, daß Silika während einer kurzen Mischzeit mit den Silylationsmitteln zur Reaktion gebracht werden muß, und daher der Reaktionswirkungsgrad nicht hoch genug ist, und daß diese Silylationsmittel niedrige Siedepunkte haben und sich daher während des Mischens verflüchtigen, und daher geht die Reaktion nicht genügend voran.
Weiterhin wird in der japanischen Patentveröffentlichung 63-2886 und in der ausgelegten japanischen Patentanmeldung 6-157825 vorgeschlagen, hydrophobe ausgefällte Kieselsäure zu verwenden. In diesen Fällen ergibt sich jedoch der Nachteil, daß Silanolgruppen an der Oberfläche, mit denen ein Silan-Haftvermittler reagieren soll, verlorengehen, da ausgefällte Kieselsäure, die einer vollständigen hydrophoben Behandlung unterworfen wird, verwendet wird, und daher wird der Gummi nicht genügend verstärkt.
Andererseits wird in der ausgelegten japanischen Patentanmeldung 3-197536 eine Gummizusammensetzung beschrieben, die eine verbesserte niedrige Wärmeerzeugung hat, und bei der 20 bis 150 Gewichtsteile eines Verstärkungsfüllstoffs, wie Ruß, und 0,05 bis 20 Gewichtsteile einer Alkylaminverbindung pro 100 Gewichtsteile von mindestens einem Gummi zugemischt werden, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Naturkautschuk, und Synthesegummi auf Dienbasis besteht.
In der obenerwähnten ausgelegten japanischen Patentanmeldung 3-197536 wird die Alkylaminverbindung zugemischt, um die niedrige Wärmeerzeugung zu verbessern. Es wird jedoch weder beschrieben, noch darauf hingewiesen, daß das Dispersionsvermögen von Silika, sowie die niedrige Wärmeerzeugung und die Abriebfestigkeit bei einer Gummizusammensetzung, die Silika enthält, verbessert sind.
Die vorliegende Erfindung beabsichtigt, die oben beschriebenen, herkömmlichen Probleme zu lösen, und ein Ziel der Erfindung ist, eine Gummizusammensetzung zu verwirklichen, die ein gutes Dispersionsvermögen von Silika in den Gummi, eine niedrige Wärmeerzeugung und eine gute Abriebfestigkeit hat, und einen Luftreifen, bei dem diese Gummizusammensetzung verwendet wird, zu verwirklichen.
Außerdem wird auf die Dokumente JP-A-01101344 und EP-A-0525585 hingewiesen.
Gründliche Untersuchungen, die von den Erfindern der vorliegenden Erfindungen durchgeführt wurden, um die oben beschriebenen Probleme zu lösen, haben dazu geführt, daß durch Zumischen eines spezifischen Dispersionsverbesserungsmittels mit einer vorgegebenen Menge Silika eine Gummizusammensetzung, die eine gute Dispersion von Silika in den Gummi, eine niedrige Wärmeerzeugung und eine hohe Abriebfestigkeit hat, erhalten wurde, und ein Luftreifen, bei dem diese Gummizusammensetzung verwendet wird, erhalten wurde.
Die vorliegende Erfindung umfaßt die folgenden Punkte (1) bis (7):

(1) Eine Gummizusammensetzung, aufweisend 15 bis 85 Gewichtsteile Silika pro 100 Gewichtsteile eines Gummibestandteils, der Naturkautschuk und/oder Synthesegummi auf Dienbasis, ein Vulkanisiermittel und eine tertiäre Aminverbindung aufweist, wobei die tertiäre Aminverbindung durch die folgende Formel (I) repräsentiert wird und in einem Verhältnis von 1 bis 15 Gewichtsprozent, bezogen auf die oben angegebene Menge Silika, zugemischt wird:
wobei R₁ eine Alkylgruppe, eine Alkenylgruppe oder eine Alkoxylgruppe, die 1 bis 36 Kohlenstoffatome hat, und eine hydroxy-substituierte Gruppe davon, eine Benzylgruppe, eine mit einer Alkylgruppe oder Alkenylgruppe substituierte Benzylgruppe, die 4 bis 36 Kohlenstoffatome hat, oder eine durch die folgende Formel (II) repräsentierte Gruppe repräsentiert; und R₂ und R₃ unabhängig voneinander eine Alkylguppe oder Alkylengruppe, die 1 bis 36 Kohlenstoffatome hat, eine Benzylgruppe, eine Cyclohexylgruppe oder eine hydroxy-substituierte Gruppe davon repräsentieren:
wobei R₄ eine Alkylgruppe oder Alkenylgruppe, die 1 bis 36 Kohlenstoffatome hat, repräsentiert; R₅ eine Ethylengruppe oder eine Propylengruppe repräsentiert; X Wasserstoff, eine Alkylgruppe, Alkenylgruppe, Alkyloylgruppe oder Alkenyloylgruppe, die 1 bis 18 Kohlenstoffatome hat, repräsentiert; A eine Alkylengruppe oder Hydroxyalkylengruppe, die 2 bis 6 Kohlenstoffatome hat, repräsentiert; m eine ganze Zahl von 1 bis 10 ist, und wenn m 2 oder größer ist, das jeweilige A das gleiche oder ein verschiedenes sein kann; und n eine ganze Zahl von 1 bis 10 ist.
(2) Die Gummizusammensetzung wie bei dem obigen Punkt (1) beschrieben, wobei die tertiäre Aminverbindung, die durch die oben wiedergegebene Formel (I) repräsentiert wird, ein Molekulargewicht von 180 oder mehr hat.
(3) Die Gummizusammensetzung wie bei dem obigen Punkt (1) beschrieben, wobei die tertiäre Aminverbindung, die durch die oben wiedergegebene Formel (I) repräsentiert wird, ein Dimethylalkylamin ist, bei dem R₁ und R₂ eine Methylgruppe sind, und R₃ eine Alkylgruppe ist, die 12 bis 36 Kohlenstoffatome hat.
(4) Die Gummizusammensetzung wie bei dem obigen Punkt (1) beschrieben, wobei die tertiäre Aminverbindung, die durch die oben wiedergegebene Formel (I) repräsentiert wird, Dimethylstearylamin ist.
(5) Die Gummizusammensetzung wie bei dem obigen Punkt (1) beschrieben, die weiterhin einen Silan-Haftvermittler aufweist, der in einem Verhältnis von 1 bis 15 Gewichtsprozent, bezogen auf die Menge Silika, zugemischt ist.
(6) Die Gummizusammensetzung wie bei dem obigen Punkt (1) beschrieben, die weiterhin 20 bis 80 Gewichtsteile Ruß pro 100 Gewichtsteile des Gummibestandteils aufweist.
(7) Ein Luftreifen, der einen Laufflächenteil, einen Seitenwandteil und einen Wulstteil aufweist, wobei der Laufflächenteil die bei irgendeinem der Punkte (1) bis (6) beschriebene Gummizusammensetzung aufweist.

Die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachstehend ausführlich erklärt.
Naturkautschuk (NR) oder Synthesegummi kann bei der vorliegenden Erfindung allein oder gemischt als Gummibestandteil verwendet werden. Der Synthesegummi umfaßt zum Beispiel synthetischen Polyisoprengummi ((IR), Polybutadiengummi (BR) und Styrol-Butadien-Gummi (SBR).
Ausgefällte Silika wird zum Beispiel bei der vorliegenden Erfindung als Silika bevorzugt, aber es werden keine spezifischen Beschränkungen gemacht. Der Mischanteil der Silika beträgt 15 bis 85 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile des oben beschriebenen Gummibestandteils. Wenn der Mischanteil der Silika kleiner als 15 Gewichtsteile ist, ergibt sich keine genügende Verstärkung, und wenn der Mischanteil 85 Gewichtsprozent übersteigt, ist die Verarbeitbarkeit, wie die Erwärmung und die Extrusion verschlechtert. Der Mischanteil der Silika beträgt im Hinblick auf die Verstärkung, die niedrige Wärmeerzeugung und die Verarbeitbarkeit vorzugsweise 20 bis 65 Gewichtsprozent.
Die als ein Dispersionsverbesserungsmittel der vorliegenden Erfindung verwendete Aminverbindung ist eine tertiäre Aminverbindung, die durch die folgende Formel (I) repräsentiert wird:
wobei R₁ eine Alkylgruppe, eine Alkenylgruppe oder eine Alkoxylgruppe, die 1 bis 36 Kohlenstoffatome hat, und eine hydroxy-substituierte Gruppe davon, eine Benzylgruppe, eine mit einer Alkylgruppe oder Alkenylgruppe substituierte Benzylgruppe, die 4 bis 36 Kohlenstoffatome hat, oder eine durch die folgende Formel (II) repräsentierte Gruppe repräsentiert; und R₂ und R₃ unabhängig voneinander eine Alkylgruppe oder Alkylengruppe, die 1 bis 36 Kohlenstoffatome hat, eine Benzylgruppe, eine Cyclohexylgruppe oder eine hydroxy-substituierte Gruppe davon repräsentieren:
wobei R₄ eine Alkylgruppe oder Alkenylgruppe, die 1 bis 36 Kohlenstoffatome hat, repräsentiert; R₅ eine Ethylengruppe oder eine Propylengruppe repräsentiert; X Wasserstoff, eine Alkylgruppe, Alkenylgruppe, Alkyloylgruppe oder Alkenyloylgruppe, die 1 bis 18 Kohlenstoffatome hat, repräsentiert; A eine Alkylengruppe oder Hydroxyalkylengruppe, die 2 bis 6 Kohlenstoffatome hat, repräsentiert; m eine ganze Zahl von 1 bis 10 ist, und wenn m 2 oder größer ist, das jeweilige A das gleiche oder ein verschiedenes sein kann; und n eine ganze Zahl von 1 bis 10 ist.
Im einzelnen umfaßt R₁ Methyl-, Ethyl-, Propyl-, Lauryl-, Stearyl-, Lauroylaminoethylen-, Stearoyloxyethylen-, Acryloyloxypropylen-, Methacryloyloxypropylen-, 2-Hyroxymethyl-, 2-Hydroxydodecyl-, Benzyl- und Cyclohexylgruppen.
Im einzelnen umfassen R₂ und R₃ Methyl-, Ethyl-, Lauryl-, Stearyl-, Vinyl-, Allyl-, 3-Allyoxy-2-hydroxypropyl-, Benzyl- und Hydroxyethylgruppen.
Im einzelnen umfaßt R₄ Methyl-, Ethyl-, Lauryl-, Stearyl-, Vinyl- und Allylgruppen.
Im einzelnen umfaßt X ein Wasserstoffatom und Ethyl-, Lauryl-, Stearyl-, Vinyl- Allyl-, Lauroyl-, Stearoyl- und Methacryloylgruppen.
Die spezifischen Beispiele der bei der vorliegenden Erfindung verwendeten tertiären Aminverbindung umfassen Trioctylamin, Dimethyldecylamin, Dimethylmyristylamin, Dimethyloctadecenylamin, Dimethylhexadecenylamin, Dimethylmethacryloxypropylamin, Methyldivinylamin, N,N,Ntrilaurylamin, N,N,N-tristearylamin, N,N-dimethyl-N-laurylamin, N,N-dimethyl-N-stearylamin, N-methyl-N,N-dilaurylamin, N-methyl-N,N-distearylamin, N,N-dibenzyl-N-stearylamin, N-benzyl-N,N-dilaurylamin, N,N-diallyl-N-stearylamin, N,N-diallyl-N-laurylamin, N,N-dimethyl-N-lauryloyloxyethylamin, N,Ndimethyl-N-stearoyloxyethylamin, N,N-dimethyl-N-lauroyl-propylamin, N,N-dihydroxyethyl-N-stearylamin, N,N-dihydroxyethyl-N-laurylamin, N,N-dihydroxyethyl-N-2-hydroxydodecylamin, N,N-polyoxyethylen-N-stearylamin, N,N-di(-2-hydroxy-3-allyloxypropyl)-N-hexadecylamin, N,N-di(-2-hydroxy-3-allyloxypropyl)-N-octadecylamin, N,N-di(-2-hydroxy-3-acryloxycarbonyl)propyl-N-hexadecylamin, N,Ndi(-2-hydroxy-3-aryloxycarbonyl)propyl-N-octadecylamin, N,N-di(-5-hydroxy-3,7-dioxy-9-decyl-1-yl)-Noctadecylamin, und veresterte Verbindungen mit Acrylsäure, Methacrylsäure und Fettsäuren.
Im Hinblick auf den Flammpunkt, die niedrige Wärmeerzeugung und die Verbesserung bei der Dispersion ist die tertiäre Aminverbindung vorzugsweise ein Dimethylalkylamin, bei dem R₁ und R₂ eine Methylgruppe sind, und R₃ eine Alkylgruppe mit 12 bis 36 Kohlenstoffatomen ist, noch besser Dimethylstearylamin.
Der Mischanteil der oben beschriebenen tertiären Aminverbindung muß 1 bis 15 Gewichtsprozent, vorzugsweise 3 bis 10 Gewichtsprozent, bezogen auf die Menge Silika, betragen. Wenn der Mischanteil der oben beschriebenen tertiären Aminverbindung kleiner als 1 Gewichtsprozent ist, können das Dispersionsvermögen, die niedrige Wärmeerzeugung und die Abriebfestigkeit nicht genügend verbessert werden. Andererseits sättigt ein Mischanteil von mehr als 15 Gewichtsprozent den dispersionsverbessernden Effekt bei Silika, und er hat zur Folge, daß die tertiäre Aminverbindung als ein Plastifikator, so daß die Abriebfestigkeit abnimmt (dies wird bei den Beispielen im einzelnen weiter erklärt werden).
Die bei der vorliegenden Erfindung verwendete tertiäre Aminverbindung hat vorzugsweise ein Molekulargewicht von 180 oder mehr. Wenn die tertiäre Aminverbindung ein Molekulargewicht von weniger als 180 hat, ist der Flammpunkt niedrig, und es besteht die Gefahr einer Entflammung während der Verarbeitungsschritte. Daher wird dies nicht bevorzugt.
Der bei der vorliegenden Erfindung vorzugsweise verwendete Silan-Haftvermittler unterliegt keiner besonderen Beschränkung, sofern er gewöhnlich in der Gummiindustrie verwendet wird. Im einzelnen umfaßt er Bis(3-triethoxysilylpropyl)polysulfid, γ-Mercaptopropyltriethoxysilan, γ-Aminopropyltriethoxysilan, N-phenyl-γ-aminopropyltrimethoxysilan und N-β-(aminoethyl)-γ-aminopropyl trimethoxysilan. Der Mischanteil des Silan-Haftvermittlers beträgt vorzugsweise 1 bis 15 Gewichtsprozent, noch besser 5 bis 12 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht der Silika. Wenn der Mischanteil des Silan-Haftvermittlers kleiner als 1 Gewichtsprozent ist, ist der Haftvermittlungseffekt klein, und ein Mischanteil von mehr als 15 Gewichtsprozent bewirkt eine Gelierung des Polymers. Daher wird beides nicht bevorzugt.
SAF, ISAF und HAF können vorzugsweise als Ruß bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden, aber der Ruß unterliegt keiner besonderen Beschränkung. Der Mischanteil des Rußes beträgt im Hinblick auf die Verstärkung und die niedrige Wärmeerzeugung vorzugsweise 20 bis 80 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile des oben beschriebenen Gummibestandteils. Ein Mischanteil des Rußes von mehr als 80 Gewichtsteilen verschlechtert die niedrige Wärmeerzeugung in hohem Grade. Ein Mischanteil von 25 bis 60 Gewichtsteilen ergibt deutliche Effekte.
Bei der vorliegenden Erfindung können Mischmittel, die in der Gummiindustrie gewöhnlich verwendet werden, wie Weichmacher, Antioxydationsmittel, Vulkanisationsbeschleuniger und Vulkanisationsbeschleunigungs-Hilfsmittel, sowie der Gummibestandteil, Silika, ein Vulkanisationsmittel, die tertiäre Aminverbindung, der Silan-Haftvermittler und der Ruß, die alle oben beschrieben wurden, in geeigneter Weise zugemischt werden, wenn dies notwendig ist.
Die Gummizusammensetzung und der Luftreifen der vorliegenden Erfindung können hergestellt werden durch Mischen des Gumnbestandteils, der Silika, des Vulkanisationsmittels, der tertiärer Aminverbindung, des Silan-Haftvermittlers und des Rußes, die alle oben beschrieben wurden, und die obigen Mischmittel können nach Bedarf mittels eines Banbury-Mischers und dergleichen zugemischt werden.
Es wird angenommen, daß die Gummizusammensetzung und der Luftreifen der vorliegenden Erfindung infolge des folgenden Wirkungsmechanismus ein gutes Dispersionsvermögen von Silika in den Gummi, sowie eine niedrige Wärmeerzeugung und eine gute Abriebfestigkeit haben.
Gewöhnlich koagulieren die Partikel von Silika infolge einer Wasserstoffbindung einer Silanolgruppe, die eine Funktionsgruppe an der Oberfläche ist, wodurch eine schlechtere Dispersion der Silika in Gummi hervorgerufen wird.
Weiterhin verringert der Silan-Haftvermittler, der in der Gummiindustrie gewöhnlich verwendet wird, die Anzahl der an der Oberfläche eines Silikapartikels vorhandenen Silanolgruppen infolge einer Dehydratisierungs-Kondensations-Reaktion der Silanolgruppe mit einer durch Hydrolyse einer Alkoxylgruppe des Silan-Haftvermittlers erzeugten Silanolgruppe, um die Dispersion von Silika in Gummi zu verbessern. Diese Reaktion ist bei niedrigen Temperaturen jedoch schwierig durchzuführen, wobei angenommen wird, daß sie bei Temperaturen von 140°C oder darüber vorangeht. Andererseits wird eine dreidimensionale Vernetzungsreaktion von Gummi durch den Silan-Haftvermittler bei hohen Temperaturen von 170°C oder darüber zustandegebracht, und die Viskosität nimmt stark zu. In der Praxis steigen die Temperaturen beim Mischen von Gummi bei einem Mischschritt rasch an, und daher kann eine genügend lange Zeit für die Reaktion zwischen dem Silan-Haftvermittler und Silika nicht vorgesehen werden.
Andererseits wird angenommen, daß das Stickstoffatom in der oben beschriebenen tertiären Aminverbindung fähig ist, eine Wasserstoffbindung mit einer an der Oberfläche der Silika vorhandenen Silanolgruppe zu bilden, wodurch verhindert wird, daß die Silikapartikel miteinander koagulieren. Diese Reaktion ist nicht eine primäre Bindung, sondern eine chemische Adsorption, und daher kann dieser Effekt in einem Gebiet mit einer niedrigen, nahe beim Raumtemperatur liegenden Temperatur auftreten.
Daher wird ein Effekt, der die Koagulation der Silikapartikel verhindert, ab dem Beginn des Mischens von Gummi in einem Gebiet mit niedriger Temperatur erhalten. Als Folge davon wird angenommen, daß die Gummizusammensetzung und der Luftreifen der vorliegenden Erfindung ein gutes Dispersionsvermögen von Silika in den Gummi, sowie eine niedrige Wärmeerzeugung und eine gute Abriebfestigkeit haben.
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die folgenden Beispiele ausführlicher erklärt, aber die vorliegende Erfindung soll durch diese Beispiele nicht beschränkt werden.
BEISPIELE 1 BIS 12 UND VERGLEICHSBEISPIELE 1 BIS 5
Die Gummizusammensetzungen wurden gemäß der in der folgenden Tabelle 1 wiedergegebenen, grundlegenden Mischformel und den in den folgenden Tabellen 2 und 3 wiedergegebenen Mischzusammensetzungen hergestellt. Das Gewicht ist in den Tabellen in Gewichtsteilen angegeben.
Der Payne-Effekt (ΔE'), die niedrige Wärmeerzeugung und die Abriebfestigkeit der bei den Beispielen 1 bis 12 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 5 erhaltenen Gummizusammensetzungen wurden nach den folgenden Beurteilungsmethoden beurteilt. Die Ergebnisse der Beurteilung sind in den folgenden Tabellen 2 und 3 wiedergegeben.
(1) PAYNE-EFFEKT (ΔE')
Wenn die kinetische Zugdehnung unter den Bedingungen Frequenz 50 Hz, anfängliche Last 100 g und Temperatur 25°C in dem Bereich von 0,1 bis 5% geändert wurde, wurde eine Änderung von E' (dynamischer Speicherungsmodul der Elastizität) bestimmt mittels eines von der Toyo Seiki Seisakusho Co., Ltd. hergestellten Visko-Elastizitäts-Spektrometers.
Ein Streifen mit einer Dicke von 2 mm und einer Breite von 5 mm wurde als Teststück verwendet, und die Entfernung zwischen den Klemmbacken wurde auf 2 cm eingestellt. Die anfängliche Last wurde auf 100 g eingestellt. ΔE' ergab sich aus: ΔE' = E'max – E'min und wurde durch einen Index ausgedrückt, der aufgrund des Unterschiedes zu einer Kontrollprobe erhalten wurde.
Es wird angenommen, daß der Payne-Effekt den Grad der Dispersion eines Füllstoffs in den Gummi wiedergibt, und je kleiner der Wert des Index ist, desto kleiner ist das ΔE', und desto besser ist die Dispersion des Füllstoffs in den Gummi.
(2) NIEDRIGE WÄRMEERZEUGUNG
Der bei einer Temperatur von 25°C gemäß JIS K6255-1996 (3) mittels eines Apparates der Kennziffer 2 dieses JIS bestimmte Schlagzähigkeitsfaktor wurde verwendet, um die niedrige Wärmeerzeugung als ein Index auszudrücken, der aufgrund des Unterschiedes zu einer Kontrollprobe erhalten wurde. Je kleiner der Wert des Index ist, desto größer ist der Schlagzähigkeitsfaktor, und desto besser ist die niedrige Wärmeerzeugung.
(3) ABRIEBFESTIGKEIT
Ein Abriebfestigkeitsindex, der die Abriebfestigkeit wiedergibt, wurde bei einem Bodenberührungsdruck einer Reifenoberfläche von 5 kg/cm² und einem Rutschverhältnis von 40% gemäß JIS K6264-1993 mittels eines Lamborn-Abriebtesters bestimmt und gemäß der folgenden Gleichung berechnet: Abriebfestigkeitsindex = [(verlorenes Gewicht der Kontrollprobe)/(verlorenes Gewicht des Teststücks)] × 100
Es wird gezeigt, daß die Abriebfestigkeit um so besser ist, je größer dieser Index ist. Bei der oben beschriebenen Beurteilung wurde die bei dem Vergleichsbeispiel 1 hergestellte Gummizusammensetzung als Kontrollzusammensetzung festgelegt.
(4) MESSUNG DES ROLLWIDERSTANDES
Die Gummizusammensetzung wurde auf die Lauffläche eines Reifens der Größe 195/65R15 für einen Personenwagen aufgebracht. Der oben hergestellte Reifen wurde auf einer 6JJ-Felge angebracht, auf einen Innendruck von 2,0 kp/cm² aufgeblasen, und unter einer Last von 440 kg in Kontakt mit eine, Trommel mit einem Außendurchmesser von 1,7 m gebracht, und dann wurde die Trommel in Rotation, versetzt. Die Geschwindigkeit wurde bis auf eine festgesetzte Geschwindigkeit erhöht, und dann wurde die Trommel aufgrund der Trägheit rotieren gelassen. Das Trägheitsmoment wurde gemessen, als die Geschwindigkeit 80 km/h erreichte. Der Rollwiderstandsindex wurde aufgrund des erhaltenen Trägheitsmoments mittels der folgenden Gleichung bestimmt: Index =[(Trägheitsmoment des Kontrollreifens)/(Trägheitsmoment des Probenreifens)] × 100
Der berechnete Wert ist als ein Index ausgedrückt, wobei der Wert des Vergleichsbeispiels 1 auf 100 festgelegt ist. Je größer der Index ist, desto besser ist der Rollwiderstand. Der größere Wert wird bevorzugt.
(5) MESSUNG DER FELDABRIEBFESTIGKEIT
Der Reifen wurde an einem einheimischen Auto mit 2.000 cc angebracht, um die Tiefe einer restlichen Rille nach einem Lauf von 10.000 km zu messen, und die Feldabriebfestigkeit wurde mittels der folgenden Gleichung bestimmt:
[(Tiefe der restlichen Rille des bei dem Vergleichsbeispiel 1 hergestellten Reifens)/(Tiefe der restlichen Rille des zu testenden Reifens)]
Der größere Wert wird bevorzugt.
TABELLE 1
Es ist klar geworden, daß in allgemeiner Hinsicht ein hohes Dispersionsvermögen von Silika in den Gummi, eine niedrige Wärmeerzeugung und eine ausgezeichnete Abriebfestigkeit bei den Beispielen 1 bis 12, die innerhalb des Geltungsbereichs der vorliegenden Erfindung liegen, erhalten werden, verglichen mit den Vergleichsbeispielen 1 bis 5, die außerhalb des Geltungsbereichs der vorliegenden Erfindung liegen.
Bei einzelner Betrachtung werden bei den Beispielen 1 bis 3 Gummizusammensetzungen verwirklicht, die durch Mischen der Gummibestandteile, der Silika, der Silan-Haftvermittler und der tertiären Aminverbindungen erhalten werden, die alle innerhalb des Geltungsbereichs der vorliegenden Erfindung liegen, und unter Verwendung dieser Gummizusammensetzungen werden Luftreifen verwirklicht, und es ist klar geworden, daß ein hohes Dispersionsvermögen von Silika in den Gummi, eine niedrige Wärmeerzeugung und eine ausgezeichnete Abriebfestigkeit bei den Beispielen 1 bis 3 erhalten werden, verglichen mit dem Vergleichsbeispiel 1 (Kontrollbeispiel), dessen Zusammensetzung sich von den Mischzusammensetzungen der Beispiele 1 bis 3 nur dadurch unterscheidet, daß die tertiäre Aminverbindung nicht zugemischt wird.
Das Vergleichsbeispiel 2 liegt außerhalb des Geltungsbereichs der vorliegenden Erfindung, weil die tertiäre Aminverbindung in einem Verhältnis von 20 Gewichtsprozent (> 15 Gewichtsprozent), bezogen auf das Gewicht der Silika, zugemischt wird. Bei dem Vergleichsbeispiel 2 ist nicht nur der dispersionsverbessernde Effekt von Silika gesättigt, sondern auch die Abriebfestigkeit verschlechtert.
Bei den Beispielen 4 bis 12 werden Gummizusammensetzungen verwirklicht, die durch Mischen der Gummibestandteile, der Silika, der Silan-Haftvermittler und verschiedener tertiärer Aminverbindungen erhalten werden, und die alle innerhalb des Geltungsbereichs der vorliegenden Erfindung liegen, und unter Verwendung dieser Gummizusammensetzungen werden Luftreifen verwirklicht, und es ist klar geworden, daß ein hohes Dispersionsvermögen von Silika in den Gummi, eine niedrige Wärmeerzeugung und eine ausgezeichnete Abriebfestigkeit bei den Beispielen 4 bis 12 erhalten werden, verglichen mit dem Kontrollbeispielen (Vergleichsbeispiel 1 und Vergleichsbeispiel 4), deren Zusammensetzung sich von den Mischzusammenensetzungen der Beispiele 4 bis 12 nur dadurch unterscheidet, daß die tertiäre Aminverbindung nicht zugemischt wird.
Das Vergleichsbeispiel 3 liegt außerhalb des Geltungsbereichs der vorliegenden Erfindung, weil der Mischanteil der Silika 90 Gewichtsteile (> 85 Gewichtsteile) pro 100 Gewichtsteile des Gummibestandteils beträgt. Es ist klar geworden, daß zwar die Abriebfestigkeit verbessert ist, aber das Dispersionsvermögen von Silika in den Gummi eher verschlechtert ist, und die niedrige Wärmeerzeugung ebenfalls verschlechtert ist.
Bei den Vergleichsbeispielen 4 bis 5 und den Beispielen 11 bis 12 werden Silika und Ruß zusammen verwendet, und das Vergleichsbeispiel 4 ist ein Kontrollbeispiel.
Das Vergleichsbeispiel 5 liegt außerhalb des Geltungsbereichs der vorliegenden Erfindung, weil der Mischanteil der Silika kleiner ist als 15 Gewichtsteile, was die untere Grenze ist. Die niedrige Wärmeerzeugung der Gummizusammensetzung ist schlechter, und der Rollwiderstand des Luftreifens ist ebenfalls schlechter.
Wenn die oben beschriebenen Ergebnisse zusammengefaßt werden, wird klar, daß die Gummizusammensetzungen und die Luftreifen der vorliegenden Erfindung nur dann ein gutes Dispersionsvermögen von Silika in den Gummi, eine niedrige Wärmeerzeugung und eine gute Abriebfestigkeit haben, wenn Silika in einem Anteil von 15 bis 85 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteile Naturkautschuk, und/oder Synthesegummi auf Dienbasis, und die oben beschriebene, durch die Formel (I) repräsentierte, tertiäre Aminverbindung in einem Anteil von 1 bis 15 Gewichtsprozent, bezogen auf die Menge Silika, zugemischt werden.
Die Gummizusammensetzung und der Luftreifen der vorliegenden Erfindung können für Anwendungen, bei denen eine niedrige Wärmeerzeugung und eine hohe Abriebfestigkeit erforderlich sind, in geeigneter Weise verwendet werden. Insbesondere können sie bei Gummiprodukten, wie Reifen, Förderbänder und Schläuche, in geeigneter Weise verwendet werden.

Claims

Gummizusammensetzung, aufweisend 15 bis 85 Gewichtsteile Silika pro 100 Gewichtsteile eines Gummibestandteils, der Naturkautschuk und/oder Synthesegummi auf Dienbasis, ein Vulkanisiermittel und eine tertiäre Aminverbindung aufweist, wobei die tertiäre Aminverbindung durch die folgende Formel (I) repräsentiert wird und in einem Verhältnis von 1 bis l5 Gewichtsprozent, bezogen auf die oben angegebene Menge Silika, zugemischt wird:
wobei R₁ eine Alkylgruppe, eine Alkenylgruppe oder eine Alkoxylgruppe, die 1 bis 36 Kohlenstoffatome hat, und eine hydroxy-substituierte Gruppe davon, eine Benzylgruppe, eine mit einer Alkylgruppe oder Alkenylgruppe substituierte Benzylgruppe, die 4 bis 36 Kohlenstoffatome hat, oder eine durch die folgende Formel (II) repräsentierte Gruppe repräsentiert; und R₂ und R₃ unabhängig voneinander eine Alkylgruppe oder Alkylengruppe, die 1 bis 36 Kohlenstoffatome hat, eine Benzylgruppe, eine Cyclohexylgruppe oder eine hydroxy-substituierte Gruppe davon repräsentieren:
wobei R₄ eine Alkylgruppe oder Alkenylgruppe, die 1 bis 36 Kohlenstoffatome hat, repräsentiert; R₅ eine Ethylengruppe oder eine Propylengruppe repräsentiert; X Wasserstoff, eine Alkylgruppe, Alkenylgruppe, Alkyloylgruppe oder Alkenyloylgruppe, die 1 bis 18 Kohlenstoffatome hat, repräsentiert; A eine Alkylengruppe oder Hydroxyalkylengruppe, die 2 bis 6 Kohlenstoffatome hat, repräsentiert; m eine ganze Zahl von 1 bis 10 ist, und wenn m 2 oder größer ist, das jeweilige A das gleiche oder ein verschiedenes sein kann; und n eine ganze Zahl von 1 bis 10 ist.
Gummizusammensetzung wie in Anspruch 1 beansprucht, wobei die tertiäre Aminverbindung, die durch die oben wiedergegebene Formel (I) repräsentiert wird, ein Molekulargewicht von 180 oder mehr hat.
Gummizusammensetzung wie in Anspruch 1 beansprucht, wobei die tertiäre Aminverbindung, die durch die oben wiedergegebene Formel (I) repräsentiert wird, ein Dimethylalkylamin ist, bei dem R₁ und R₂ eine Methylgruppe sind, und R₃ eine Alkylgruppe ist, die 12 bis 36 Kohlenstoffatome hat.
Gummizusammensetzung wie in Anspruch 1 beansprucht, wobei die tertiäre Aminverbindung, die durch die oben wiedergegebene Formel (I) repräsentiert wird, Dimethylstearylamin ist.
Gummizusammensetzung wie ingendeinem der Ansprüche 1 bis 4 beansprucht, die weiterhin einen Silan-Haftvermittler aufweist, der in einem Verhältnis von 1 bis 15 Gewichtsprozent, bezogen auf die Menge Silika, zugemischt ist.
Gummizusammensetzung wie ingendeinem der Ansprüche 1 bis 5 beansprucht, die weiterhin 20 bis 80 Gewichtsteile Ruß pro 100 Gewichtsteile des Gummibestandteils aufweist.
Luftreifen, der einen Laufflächenteil, einen Seitenwandteil und einen Wulstteil aufweist, wobei der Laufflächenteil die in irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6 beschriebene Gummizusammensetzung aufweist.