DE69735235T2

DE69735235T2 - Russ für kraftfahrzeuge und diesen enthaltende kautschukzusammensetzungen

Info

Publication number: DE69735235T2
Application number: DE1997635235
Authority: DE
Inventors: G. Francis Flossmore BOMO; A. Ronald Monroe SWOR; M. James Monroe WATSON
Original assignee: Columbian Chemicals Co
Current assignee: Columbian Chemicals Co
Priority date: 1996-05-16
Filing date: 1997-05-16
Publication date: 2006-07-27
Anticipated expiration: 2017-05-17
Also published as: EP0948573A1; DE69735235D1; ES2253777T3; EP0948573A4; HUP9902977A3; AU3071097A; HU224420B1; BR9709311B1; WO1997043349A1; EP0948573B1; BR9709311A; US6608132B1

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Die Anmeldung nimmt Bezug auf und beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung 60/017,583 mit dem Titel A CARBON BLACK WITH ABRASION AND HYSTERESIS ADVANTAGES COMPARABLE TO N121 AND TEAR PROPERTIES COMPARABLE TO N115, eingereicht 16. Mai 1996, und der zugehörigen US-Patentanmeldung Nr. 08/697,734 vom 29. 8. 96.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft besseren Ruß für Reifengewebekautschuk. Insbesondere betrifft die Erfindung Ruß, der bei Reifengewebekautschuk einen besseren Laufflächenverschleiß, weniger Rollwiderstand, weniger Wärmeentwicklung und verbesserte Rissfestigkeit verleiht. Der verbesserte Ruß gehört der Serie N100 an, und wenn er in Kautschuk vorhanden ist, kombiniert er die Vorteile eines besseren Laufflächenverschleißes und der geringen Wärmeentwicklung von Ruß N121 mit den Eigenschaften einer hohen Rissfestigkeit von N115. Die Erfindung findet insbesondere Anwendung bei LKW- und Bus-Stahlkordgürtelreifen-Laufflächen, insbesondere zur Verwendung unter On- und Offroad-Bedingungen und für Hochleistungs-PKW-Reifen.
2. Allgemeiner Hintergrund der Erfindung
Da die weltweite Abhängigkeit vom LKW-Transport und weiterem LKW-Reifengebrauch ständig zunimmt, haben neue Konzepte in der LKW-Gürtelreifentechnik einen immer bedeutenderen Einfluss auf die zahlreichen Weltwirtschaften. In den vergangenen Jahren wurden viele LKW-Gürtelreifenleistungsverbesserungen vorgenommen. Allerdings sind im Reifenaufbau und in der Material-Compoundier-Entwicklung immer noch wietere Fortschritte von Nöten, um sowohl dem vorzeitigen Versagen als auch dem beschleunigten Laufflächenverschleiß bei schwerem Betrieb Stand zu halten. Die Technik hat erkannt, dass seit langem ein, allerdings unerfüllter, Bedarf nach verbesserter Fehler-Resistenz und anderen Leistungsverbesserungen für Laufflächencompounds, einschließlich von längerem Laufflächen-Gebrauch, verbesserter Reißfestigkeit, weniger Wärmeentwickung und weniger Rollwiderstand, besteht. (Siehe, z.B., M. B. Rodgers and S. M. Mezynski, Kautschuk Gummi Kunst., 46 (9), 718 (1993); and, B. Lambillote and G.S. Eiber, Rubber World, 209, (1), 27 (Oktober) 1993).
Ruß, eine Farm von elementarem Kohlenstoff, wird als Komponente von Reifenkautschuk sowohl für natürliche als auch synthetische Kautschuke und Mischungen von Naturkautschuk mit synthetischen Polymeren bereits eingesetzt. Die physikalischen Merkmale des Rußes wie Partikelgröße und Struktur beeinflussen verschiedene Leistungseigenschaften der Kautschukcompounds wie Reifen-Laufflächenverschleiß, Rollwiderstand, Wärmeentwicklung und Rissfestigkeit.
Die vorliegende Erfindung betrifft einen neuen Ruß (hier als "carbon black A" bezeichnet), der zur Verbesserung der Qualitäten von Reifengewebekautschuk ausgelegt ist, einschließlich der Bereitstellung eines besseren Laufflächenverschleißes, geringeren Rollwiderstands, weniger Wärmeentwicklung und verbesserter Rissfestigkeit. Der verbesserte Ruß gehört der Serie N100 an und, wenn er sich in Kautschuk befindet, kombiniert er die Vorteile eines langen Laufflächen-Gebrauchs und einer geringen Wärmeentwicklung von Ruß N121 mit den hochreißfesten Eigenschaften von N115. Der erfindungsgemäße Ruß ist besonders gut geeignet zur Verbesserung der Laufflächen-Qualitäten bei LKW- und Bus-Stahlkordgürtelreifen (TBS/RT) und Hochleistungs-PKW-Reifen. LKW- und Bus-Stahlkordgürtelreifen (TBS/RT) für mittlere und hohe Beanspruchung umfassen eine Anzahl von Marktsegmenten, die klassifiziert sind als Reifen für LKW und Busse, auf Baustellen/in der Landwirtschaft, sowohl straßen- als auch geländegängig, für den innerstädtischen Betrieb und Benzinspar-Spezialreifen.
Derzeit werden Laufflächen-Ruße der Serien N100 und N200 (wie spezifiziert in ASTM D 1765) in TBS/RT und ihren Runderneuerungsompounds verwendet. Diese Laufflächen-Ruße sind weitgehend so charakterisiert, dass sie sowohl eine hohe spezifische Oberfläche als auch hohe Strukturniveaus aufweisen.
Die Struktur eines Rußes ist der Teilchen-Aggregationsgrad, wobei bei einem hoch strukturierten Ruß mehr Partikel zu regellosen Strukturen aggregiert sind als bei einem strukturarmen Ruß. Die Struktur von Ruß kann durch die n-Dibutylphthalat-Absorptionszahl (DBPA) definiert werden. Je größer Die DBPA-Zahl desto höher ist die Struktur des Rußes. Die spezifische Oberfläche kann durch die Iodabsorptionszahl (Iodzahl) gemessen werden. Es besteht eine umgekehrte Beziehung zwischen der Iodzahl-Oberfläche und der Partikelgröße; je höher die Zahl desto geringer die Partikelgröße.
Partikelgröße und Struktur von Ruß beeinflussen verschiedene Qualitäten von Kautschuk, der Ruß enthält, wie Reifen-Laufflächenverschleiß, Laufflächen-Rollwiderstand, Laufflächen-Wärmeentwicklung und Laufflächen-Rissfestigkeit. Demnach werden verschiedene Ruße in verschiedenen Laufflächen in Abhängigkeit von den speziellen Gebrauchsanforderungen der Reifen eingesetzt.
Beispielsweise setzt der LKW-Autobahn-Betrieb die Reifen hohen Lasten und hohen Geschwindigkeiten über relativ glatte Fahrbahnen aus. Für diese Anwendung werden sowohl in Europa als auch in Nordamerika hauptsächlich Laufflächen-Ruße, wie N121, N110 und N234, verwendet. Hier betreffen die Leistungsanforderungen hauptsächlich einen längeren und gleichmäßigeren Laufflächenverschleiß.
Allerdings wird der Rollwiderstand zu einem sehr wichtigen Leistungsmerkmal weltweit. In TBS/RT spielt die Lauffläche die wichtigste Rolle bei der Kontrolle des Rollwiderstands.
Die drei vorgenannten Laufflächenruße N121, N110 und 234 geben relativ starke Hystereseeigenschaften (höhere Wärmebildungstemperaturen und höhere Rollwiderstände im Vergleich zu den gröberen anderen Serien N200 und N300), wobei N110 besonders hysteretisch ist, gefolgt von N121 und N234. Im Vergleich gibt N121 die höchste Bewertung der Gewebebelastung, gefolgt von N234 und dann N110. Die Anwendungen dieser Laufflächenruße umfassen neue Laufflächen und Runderneuerungscompounds.
Bei einem On- und Offroad-LKW-Betrieb erfahren die Reifen rauere Fahrbahnen und schärfere Kurven mit höheren Lasten ei geringeren Geschwindigkeiten als beim Autobahnbetrieb. Sind sie wieder auf der Autobahn erfahren sie allerdings die gleichen hohen Geschwindigkeiten und die gleichen Temperaturbedingungen wie Autobahn-Reifen.
In Europa und Nordamerika umfassen die allgemein für diese Anwendungen eingesetzten Laufflächen-Ruße N110, N115 und N222. Die Leistungsmerkmale betreffen eher die Betriebsdauer der Lauffläche als die Laufflächen-Gebrauchsdauer. Je rauer die Reifen-Betriebsbedingungen desto wichtiger wird der Widerstand gegen Versagen, insbesondere in der Laufflächencompound. Diese Qualitäten entwickeln niedrigere Modulniveaus und zeigen mehr Widerstand gegen Verschleiß als N121 oder N234. N110 und N115 entwickeln höhere Wärmeentwicklungstemperaturen und Rollwiderstandsniveaus als N220 (oder N121 und N234) und höhere Rissfestigkeitsniveaus.
Obgleich N115 und N110 in Europa auf On- und Offroad-Laufflächen verwendet werden, wird N115 in Nordamerika nicht in dem Maße bei dieser Anwendung eingesetzt. Diese beiden Lauffläche-Ruße unterscheiden sich hauptsächlich darin, dass N115 eine höhere Tönung, eine höhere Iodzahl und höhere Stickstoff-Oberflächenniveaus als N110 aufweist. Dennoch verhalten sie sich in Kautschuk ähnlich.
TBS/RT bestehen oft aus Ruß-verstärkten Polymersystemen, die hauptsächlich auf Naturkautschuk (NR) oder Mischungen von NR und synthetischen Polymeren (Kautschuk aus Styrol-Butadien-Emulsionscopolymer, SBR, und Polybutadien, BR) bestehen. (Siehe z.B., M.B. Rodgers and S.M. Mezynski, Kautschuk Gummi Kunst., 46, (9), 718 (1993), welches hiermit durch Bezugnahme aufgenommen wird)).
NR (Naturkautschuk) ist ein Naturprodukt aus Latex-produzierenden Kautschukpflanzen, wovon Hevea Brasiliensis die häufigste ist, ein Polyisopren (Methylbutadien)-Elastomer.
BR (Butadienkautschuk) ist ein synthetischer Kautschuk, der entweder aus einer Emulsions- oder einer Lösungspolymerisation von Butadien, verknüpft hauptsächlich linear durch 1,4- (bevorzugt cis-1,4, allerdings in bestimmtem Maße auch trans-1,4-Konformation) und durch 1,2-Additionen, erzeugt wird.
SBE (Styrol-Butadien-Kautschuk) ist ein systhetischer Kautschuk, der entweder aus einer Emulsions- oder einer Lösungspolymerisation von Butadien und Styrol in verschiedenen Verhältnissen erzeugt wird.
Unter den Kautschuken, die zur erfindungsgemäßen Verwendung geeignet sind, sind einige Naturkautschuke, synthetische Kautschuke und Mischungen von natürlichen und synthetischen Kautschuken. Diese umfassen die so genannten Dien-Elastomere, d.h. beispielsweise Öl-behandelte natürliche und synthetische Kautschuke, wie Carboxylkautschuke, Epoxykautschuke, Transpolymerpentamer, halogenierte Butylkautschuke, Kautschuke von 2-Chlorbutadien und Polybutadien-Kautschuke. Typisch für diese synthetischen Kautschuke sind Styrol-Butadien-Kautschuke (SBR), gleich ob klar oder mit Öl-gestreckt, SBR-Emulsionskautschuke, styrolreiche SBR-Kautschuke, SBR-Lösungskautschuke, inhomogene SBR-Lösungskautschuke und funktionalisierte SBR-Lösungskautschuke.
Außerdem sind noch geeignete Kautschuke, Kunststoffe und Gemische davon, die mit Schwefel und Vulkanisationsbeschleuniger(n) und auch mit Peroxid, unter Bildung von Elastomeren vernetzt sein können. Diese umfassen die so genannten Dien-Elastomeren, d.h. beispielsweise Öl-gestreckte natürliche und synthetische Kautschuke, wie Naturkautschuke, Terpolymere von Ethylen, Propylen und unkonjugierten Dienen; Copolymere von Ethylen und Propylen und auch Carboxylkautschuke, Epoxykautschuke, Transpolypentamer, halogenierte Butylkautschuke, Kautschuke von 2-Chlorbutadien, Ethyl/Vinylacetat-Copolymere und gegebenenfalls chemische Derivate von Naturkautschuk und modifizierte natürliche Kautschuke. Für die Zwecke der Erfindung kann jeder geeignete natürliche oder synthetische vulkanisierbare Kautschuk verwendet werden.
Copolymere können an sich oder gemischt mit mindestens einem anderen Dienelastomer, insbesondere Polyisopren, Naturkautschuk oder Polybutadien, verwendet werden. Das in der Mischung verwendete Elastomer ist vorzugsweise Polybutadien mit mehr als 90% cis-1,4-Bindungen, erhalten durch die bekannten Katalyse-Verfahren unter Verwendung eines Übergangsmetalls, wie beschrieben beispielsweise in der französischen Patentschrift 1 436 706. Dieses andere Dien-Elastomer kann in variablen Anteilen bezüglich des in Lösung hergestellten Copolymers und vorzugsweise bis zu 70 Gewichtsteilen vorhanden sein.
Als konjugiertes Dien sind insbesondere Butadien-1,3, Isopren, und 2,3-Dimethyl-1,3-butadien geeignet. Als aromatische Vinyl-Verbindung sind insbesondere Styrol, ortho-, meta-, und para-Methylstyrol oder das handelsübliche "Vinyl-Toluol"-Gemisch geeignet.
Das in Lösung hergestellte Copolymer von konjugiertem Dien und aromatischer Vinyl-Verbindung sollte einen Gesamtgehalt von Styrol zwischen 5 und 90 Gew.-% und eine Glasübergangstemperatur (Tg) zwischen 0°C und –80°C aufweisen, gemessen durch Differentialthermoanalyse. Der Gehalt an Vinylbindungen in der eingearbeiteten thermischen Butadienfraktion kann zwischen 20 und 80 % liegen, der Gehalt an trans-1,4-Bindungen kann zwischen 20 und 80% liegen, und der Gehalt an cis-1,4-Bindungen ist komplementär zu dem Gehalt an Vinylbindungen plus trans-1,4-Bindungen.
NR-Systeme stellen normalerweise eine verbesserte Reißfestigkeit/Stärke und Aufbauklebrigkeit gegenüber synthetischen Polymer-Zusammensetzungen und eine geringere Hysterese auf Grund des geringeren internen Energieverlusts, der von NR bei Deformation gezeigt wird, bereit. Außerdem kann die Verwendung von BR mit NR einem besseren Widerstand gegenüber einer Schnittpropagation und Ermüdung und eine verbesserte Abriebfestigkeit verleihen. SBR wird in diesen Mischungen hauptsächlich zur Verbesserung der Nass-Traktionseigenleistung verwendet.
Unter milden Betriebsbedingungen stellt NR die beste Laufflächenverschleißbeständigkeitsleistung vergleichbar zu NR/BR-Mischungen bereit. Unter höheren Autobahn-Bedingungen stellen die NR/BR-Mischungen, insbesondere mit einem hohen BR-Gehalt, die bessere Laufflächenverschleißbeständigkeitsleistung bereit. NR besitzt auch die geringere Hysterese-Reaktion für einen geringeren Rollwiderstand in Lkw-Reifen.
Die für TBS/RT benötigten Leistungsverbesserungen umfassen besseren Laufflächenverschleiß und verminderte Laufflächencompound-Hysterese. Notwendig ist die Betonung der Herabsetzung der Laufflächenbeschädigung während des Betriebs, insbesondere auf Grund von Hysterese, Laufflächenverschleiß und Reißleistungen. Um diese Anforderungen zu erfüllen, müssen die Reifencompounds hohe Reißfestigkeits-, hohe Zugfestigkeits- und geringe Wärmeentwicklungseigenschaften entwickeln. Aus diesen Gründen hat die Technik einen seit langem bestehenden, allerdings noch nicht gelösten Bedarf nach einem mehr verstärkenden und weniger hysteretischen Laufflächen-Ruß der Serie N100 zur Verwendung in LKW-Reifen-Laufflächencompounds erkannt. (Siehe, z.B., M.B. Rodgers and S.M. Mezynski, Kautschuk Gummi Kunst., 46, (9), 718 (1993).
Die vorliegende Erfindung stellt diesen seit langem bestehenden, allerdings noch nicht erfüllten, Bedarf zufrieden und sieht einen Ruß in der Serie N100 vor, der dem Reifengewebekautschuk einen besseren Laufflächenverschleiß, einen geringeren Rollwiderstand, eine geringere Wärmeentwicklung und verbesserte Rissfestigkeit verleiht. Der verbesserte Ruß gehört der Serie N100 an, und wenn er in Kautschuk vorhanden ist, kombiniert er den langen Laufflächenverschleiß und die geringen Vorteile der Wärmeentwicklung des Rußes N121 mit den höheren Rissfestigkeiten von N115. Die vorliegende Erfindung trifft insbesondere auf LKW- und Bus-Stahlkordgürtelreifen-Laufflächen, insbesondere zur Verwendung unter On- und Offroad-Bedingungen, und auf PKW-Hochleistungsreifen zu.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft besseren Ruß für Reifengewebekautschuk. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Ruß, der Reifengewebekautschuk einen besseren Laufflächenverschleiß, weniger Rollwiderstand, weniger Wärmeentwicklung und bessere Rissfestigkeit verleiht. Die vorliegende Erfindung findet insbesondere bei LKW- und Bus-Stahlkordgürtelreifen-Laufflächen, insbesondere zur Verwendung unter On- und Offroad-Bedingungen und für Hochleistungs-PKW-Reifen.
Ruß, geeignet zur Verwendung in der Herstellung von Reifengewebekautschuk, umfassend

a) Russpartikel einer Größe von etwa 16,0 nm bis etwa 19,0 nm, wobei
b) der Ruß einen Dibutylphthalat-Absorptionswert zwischen etwa 100 bis 115 Kubikzentimeter pro 100 Gramm besitzt und
c) einen Gewichtsprozentsatz elliptischer Aggregate von mehr als etwa 14.

Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Ruß in den Serien N100 mit einer reduzierten Struktur und einer mittleren Partikelgröße zwischen etwa 16,0 und etwa 19,0 nm und einem Strukturniveau gemessen in DBPA zwischen etwa 100 bis etwa 115cc/100g. Insbesondere Ruß mit einer reduzierten Struktur, wobei die mittlere Partikelgröße durch ASTM D3849, Verfahren D gemessen wurde und zwischen etwa 17,0 und etwa 18,0 nm liegt. Noch stärker bevorzugt ist Ruß mit einer reduzierten Struktur, wobei die Struktur durch ASTM D2414 gemessen wurde und zwischen etwa 105 und etwa 110cc/100 g liegt.
Die vorliegenden Erfindung betrifft auch einen besseren Ruß mit einer modifizierten Aggregatformverteilung wie durch Elektronenmikroskopie bestimmt (Siehe z.B., C. R. Herd, et al., Rubber Chemistry and Technology 66, 491 (1993) in Verbindung mit einer Skelettierung der Aggregate durch die automatische Bildanalyse. Von den vier Form-Klassen, die Ruß-Aggregate definieren (1-sphäroidal, 2-elliptisch, 3-linear und 4-verzweigt) betrifft die vorliegende Erfindung einen besseren Ruß mit einem hohen Anteil strukturarmer elliptischer Aggregate, verglichen mit dem herkömmlichen Laufflächen-Ruße N115 und N121. Es wurde auch gefunden, dass der erfindungsgemäße Ruß eine niedrige Zahl von Volumengewicht-Aggregatsverzweigungen in Bezug auf die Art und Weise der Volumengewichts-Verteilung der Verzweigungen enthält. Diese engere Verteilung in Bezug auf die Art und Weise wird durch das δ B50 charakterisiert, das die volle Breite am halben Maximum der Volumengewichtsverzweigungsverteilung darstellt.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine verbesserte Kautschukzusammensetzung, die einen besseren Ruß enthält. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine verbesserte Kautschukzusammensetzung, die einen besseren Ruß enthält, wobei der Ruß eine Kautschukzusammensetzung mit einem besseren Laufflächenverschleiß, weniger Rollwiderstand, weniger Wärmeentwicklung und eine verbesserte Rissfestigkeit verleiht. Die vorliegende verbesserte Kautschukzusammensetzung findet insbesondere bei LKW- und Bus-Stahlkordgürtelreifen-Laufflächen, insbesondere zur Verwendung unter On- und Offroad-Bedingungen und für Hochleistungs-PKW-Reifen, Anwendung.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine verbesserte Kautschukzusammensetzung, die einen besseren Ruß der Serie N100 enthält, wobei die verbesserte Zusammensetzung eine Bewertung der Gewebebelastung für die Naturkautschuk-Laufflächen-Formulierung an den PKW-Gürtelreifen von 107,2% vergleichbar zu N110 bei 100% und tan δ-Hysterese-Niveaus von 0,131 gegenüber 0,137 und 0,145 für N110 bzw. N115 ist. Das Streifen-Rissfestigkeits-Niveau der besseren Zusammensetzung ist 82,6 kN/m verglichen mit 81,3 und 49,3 kN/m für N115 bzw. N121. Insbesondere weist die verbesserte Kautschukzusammensetzung Abrieb- und Hystereseeigenschaften von etwa 5%-10% höher bzw. etwa 4 bis 11 % niedriger und äquivalente Rissfestigkeit vergleichbar zu N110 oder N115 auf. Noch stärker bevorzugt weist die verbesserte Kautschukzusammensetzung eine verbesserte Abriebfestigkeit (Laufflächenverschleiß) und geringere Hystereseeigenschaften von etwa 7% bis etwa 10% bzw. etwa 5% bis etwa 10%, wie in relativer Laufflächenbewertung und tan δ-Niveau-Bestimmungen gemessen wurde, auf.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine verbesserte Kautschukzusammensetzung mit einem besseren Ruß mit einer reduzierten Struktur in DBPA, zwischen etwa 105 bis etwa 110cc/100g und mit besseren Rissfestigkeitseigenschaften vergleichbar zu N110 und N115 gemessen in kN/m zwischen etwa 80 und etwa 85 kN/m.
Die Messwerte hierin beschreiben einen neuen Laufflächen-Ruß, Ruß A, der für Anwendungen in LKW/Bus-Stahlkordgürtelreifengewebe entwickelt wurde zum Erfüllen des spezifischen Bedarfs nach verbessertem Laufflächenverschleiß, weniger Rollwiderstand, weniger Wärmentwicklung und verbesserter Rissfestigkeit. Dieser Laufflächen-Ruß ist mit einem Feinheits-Niveau N100, mit einem geringen Oberflächen-Feinporigkeits-Niveau und einem DBPA Struktur-Niveau vergleichbar zu N110 oder N115 eingestuft.
In den nachstehenden Experimenten wurde Ruß A vergleichbar zu den herkömmlichen Serien Laufflächen-Ruße N100 und N200 in zwei getrennten LKW-Laufflächen-Formulierungen: NR und NR/BR (65/35), beurteilt. In den nicht-öl-gestreckten NR Formulierungen wurde der Ruß A in einem 50 phr Last-Niveau vergleichbar zu in der gleichen Weise hergestellten N110, N115 und N121 gemischt. In den öl-gestreckten (25 phr) NR/BR Formulierungen wurde der Ruß A in einem 60 phr Last-Niveau vergleichbar zu N110, N115, N121 und N234 hergestellt. Allerdings wurden Laufflächen-Ruße bevorzugt in den Elastomer-Gemischen mit mehr (49,5 phr) in der NR Phase gefunden. Diese Verteilung wurde durch die Herstellung und nachfolgende Mischung von getrennten Elastomer-Masterbatches erreicht.
In beiden Laufflächen-Formulierungen wurde Ruß A gezeigt, dass (vergleichbar zu N110, N115 und N121) die gewünschten spezifischen Leistungen verbesserter Rissfestigkeit, weniger vorhersagbarer Rollwiderstand, weniger Wärmeentwicklung und weniger Mooney-Viskositäts-Niveau bereitgestellt, bei gleichzeitiger Beibehaltung annehmbarer Spannung-Dehnung- und Härteeigenschafts-Niveaus.
Bei der Laufflächenverschleiß-Prüfung in der NR Laufflächen-Formulierung zeigte der Ruß A eine bessere Laufflächenverschleiß-Beurteilung als N110, mit einer Beurteilung entsprechend zu N121. In Bezug auf die NR/BR Laufflächen-Formulierung wurde für Ruß A eine besserer Ermüdungs- und eine bessere Schnittpropagationsfestigkeit vergleichbar zu N110, N115, N121 und N234 gezeigt. Im Hinblick auf die vorhergesagte vergleichbare Nass-Traktions-Leistung war Ruß A N110 überlegen, vergleichbar zu N115 und N234 und ist nahe dem Leistungsniveau von N121 in der NR/BR Formulierung. Die vorhergesagte Trocken-Traktion war besser als N121, ähnlich zu N234 und geringer als N110 und N115.
Obwohl diese Erfindung Laufflächencompunds, die NR oder NR mit BR enthalten, betrifft, wird erwartet, dass die Verwendung von Ruß A in synthetischen Elastomeren ähnliche Leistungsverbesserungen zur Verfügung stellt. Die einzigartige Leistung von Ruß A bezogen auf N110, N115 und N121 legt die Anwendbarkeit auf LKW-Reifengewebe nahe, die strengere Wartungungserfordernisse haben, ebenso wie Off-Straßen-Reifengewebe. Hierbei werden die gute Wärmeentwicklung-, die Riss-, die Ermüdungs- und die reduzierten Schnittpropagationseigenschaften der verbesserte Reifenleistungen bereitgestellt.
Andere geeignete Verwendungen für Ruß A schließen Hochleistungs-PKW-Reifen, Rennreifen und runderneuerterte LKW-Reifencompounds ein.
KURZE BESCHREIBUNG DER DARGESTELLTEN ABBILDUNGEN
Zum besseren Verständnis der Art, der Aufgaben und der Vorteile der vorliegenden Erfindung wird diesen nun mit Bezug auf die anliegenden Figuren beschrieben. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Teile.
1 zeigt ein 300% Modul (300% M) in der NR Lauffläche, in Mpa angegeben;
2 zeigt eine Zugfestigkeit (TS) in der NR Lauffläche, in MPa angegeben;
3 zeigt eine Shore-Härte in der NR Lauffläche in Shore-Härte-Einheiten (SHU) angegeben;
4 zeigt eine Mooney-Viskosität (MV) (ML 1 + 4) in der NR Lauffläche bei 100 °C;
5 zeigt ein Goodyear-Healey Pendel-Rückprall (G-H PR) in der NR Lauffläche;
6 zeigt das dynamische Eigenschaften elastische Modul (E') und ein Viskositäts-Modul (E'') in der NR Lauffläche;
7 zeigt einen vorhergesagten Rollwiderstand (PRR) in der NR-Lauffläche;
8 zeigt ein modifiziertes Veith-Streifenreißen (MVTT) in kN/m in der NR-Lauffläche, sowohl mit Zugfestigkeit (TS) als auch mit Knotty-Tear-Index (KTI);
9 zeigt eine Bewertung der Gewebebelastung vergleichbar zu N110 bei 100 (TRR/N110@100) in der NR Lauffläche;
10 zeigt ein 300% Modul (300% M) in der NR/BR Lauffläche in MPa;
11 zeigt die Zugfestigkeit (TS – in MPa) in der NR/BR Lauffläche;
12 zeigt die Shore-Härte in der NR/BR Lauffläche in Shore-Härte-Einheiten (SHU) angegeben;
13 zeigt einen Zwick-Pendel-Rückprall (ZPR) in der NR/BR-Lauffläche;
14 zeigt eine Goodrich-Wärmeentwicklung (GHB) in der NR/BR-Lauffläche;
15 zeigt einen vorhergesagten Rollwiderstand (PRR) in der NR/BR-Lauffläche;
16 zeigt das dynamische Eigenschaften Elastizitäts-Modul (E') und Viskositäts-Modul (E'') in der NR/BR Lauffläche;
17 zeigt eine vorhergesagte relative Nass-Traktion auf E'' bezogen auf (RWT/E'') in der NR/BR Lauffläche;
18 zeigt eine vorhergesagte relative Trocken-Traktion auf D'' bezogen auf (RDT/D'') in 1/MPa in der NR/BR Lauffläche;
19 zeigt Materialversagen durch Ermüdung, charakteristische Dauer (char. life) (FTF) in kC in der NR/BR Lauffläche;
20 zeigt eine Schnittpropagation bei 68% Dehnung (CG/68%S) in der NR/BR-Lauffläche;
21 zeigt einen Streifen-Reißwiderstand (TTS) in der NR/BR-Lauffläche; 22 zeigt einen Streifen-Reiß-Knotty-Index (TTKI) in der NR/BR-Lauffläche; und
23 zeigt einen schematischen Vergleich der relativen Hystereseeigenschaften, der Abriebfestigkeit und der Rissfestigkeit von N115/N110, N121 und Ruß A und insbesondere tan δ/Bewertung der Gewebebelastungsverhältnis (TD/TRR) als eine Funktion des modifizierten Veith-Streifenreißen-Niveaus (MVTTL).
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
1-9 zeigen Verstärkungseigenschaften in der NR Lauffläche, die 10-22 zeigen Verstärkungseigenschaften in der NR/BR Lauffläche und 23 zeigt vergleichbar zu Hysterese (tan δ)-Laufflächen-Risseigenschaften von Ruß A (C.B. A), N110/N115 und N121 in der NR Formulierung.
1. Herstellung von Ruß A
Zur Herstellung von Ruß A wurden CATII Reaktoren (US-Patent 4 927 607) mit einem äquivalenten Luftklappendurchmesser von 8" eingesetzt. Der Reaktor wurde in Übereinstimmung mit dem US-Patent 4 927 607 unter Verwendung von dem Fachmann bekannten Luftgeschwindigkeiten und Ausschluss-Sprühpositionen, wie in Tabelle 1 dargestellt, betrieben.
TABELLE 1 Ofenbetriebsbedingungen zur Herstellung von C.B.A.*

(1) mscfh = 1000 Standard ft.³/h
(2) Alle Positionen wurden vergleichbar zu dem Ausgang der Reaktordrossel gemessen. Stromabwärts bedeutet positiv.
(3) Reaktorvolumen zwischen Drosselausgang und Abschreckposition.

Das Raffinerieöl-Ausgangsmaterial, das normalerweise für die Herstellung von Laufflächen-Ruße eingesetzt wurde, wurde für die Herstellung von Ruß A eingesetzt.
Die Ofeneinstellung für den Ruß A war ähnlich zu der für Ruß Serie N100 Qualitätsgrad (siehe Ofenbetriebsbedingungen) verwendeten. Die Konzentration und die Menge an Kaliumstrukturkontroll-Chemikalie, die für die Strukturkontrolle verwendet wurde, wurde variiert zur Erfüllung der DBPA Erfordernisse für Ruß A. Die Konzentration des Kaliums in dem Öl-Ausgangsmaterial war 48 ppm.
II. Die kolloidalen und elektronenmikroskopischen Eigenschaften von Ruß A im Vergleich zu den herkömmlichen Laufflächen-Ruße
Die kolloidalen und elektronenmikroskopischen (EM) morphologischen Eigenschaften von Ruß A sind in den Tabellen 2 und 3 relativ zu den herkömmlichen Laufflächen-Ruße dargestellt. Der Ruß A kann als ein mäßig hoch strukturierter N100 Serien Laufflächen-Ruß auf Grund der Struktur (DBPA und 24M4) und den verschiedenen Oberflächen-Niveaus eingeteilt werden. Die EM Partikel-Morphologie-Analyse bestätigt diese N100 Einteilung bezogen auf den mittleren Durchmesser und das Oberflächen-Niveau.
Tabelle 2: Ruß kolloidale Eigenschaften
PARTIKELANALYSE ÜBER CAB FARBCHIP-DISPERSION ELEKTRONENMIKROSKOPISCHE (EM) MORPHOLOGISCHE EIGENSCHAFTEN (ASTM D 3849) TABELLE 3

*VOLLE BREITE AM HALBEN MAXIMUM DER VERTEILUNG DER AGGREGATVERZWEIGUNGEN AUF GEWICHTSPROZENT-BASIS
*Ruß A

In Bezug auf den mittleren und Gewichtsgemittelten Durchmesser und Partikelgrößeverteilungscharakteristika, ist der Ruß A zu den herkömmlichen Serien N100 Laufflächen-Ruße ähnlich. Diese Größenverteilungsmessung ist in Tabelle 3 durch den Heterogenitätsindex dargestellt, der der gewichtsgemittelte Durchmesser geteilt durch den mittleren Durchmesser ist (höhere Werte zeigen eine breitere Größenverteilung).
Ruß A, N115 und N121 in Tabelle 3 unterscheiden sich im mittleren und gewichtsgemittelten Durchmesser und in der Größenverteilung. Diese verschiedenen Aggregateigenschaften liegen zwischen N115 und N121 für Ruß A. Diese durchschnittliche Aggregatgröße würde auch kleiner sein, als die für N234 oder N220 beobachtete. Ruß A hat weiterhin Aggregate mit einer geringen Absorptionskapazität wie durch das geringere V'/V gezeigt. Dieses ist ein Maß für die Fähigkeit der Aggregate zwischen Aggregatverzweigungen abzuschirmen, die Verstärkungs- und Erschöpfungseigenschaften beeinflussen.
Skelettierungsmessungen zeigen eine leicht geringere Durchschnittszahl von Aggregatverzweigungen (Gewichtsprozent) als N115 und sind viel geringer als N121. Die Charakterisierung der Form-Typen zeigen ferner, dass Ruß A einen höheren Prozentsatz geringe Okklusionskapazität ellipsoider Aggregate aufweist. Es ist auch einen verhältnismäßig geringen Prozentsatz verzweigter Aggregate. In Bezug auf δ B50 ist Ruß A leicht niedriger als N115 und beide sind deutlich niedriger als N121.
III. Leistungsvorteile von Ruß A vergleichbar zu herkömmlichen Qualitätsgraden von Ruß in den Laufflächenverbindungen von TBS/RT.
Zur Veranschaulichung der Leistungsvorteile von Ruß A vergleichbar zu den herkömmlichen Qualitätsgraden in den Laufflächencompounds von TBS/RT, wurden zwei Untersuchungen durchgeführt. Die erste Untersuchung umfasste eine NR LKW-Reifengewebe-Formulierung (Tabelle 4) mit dem Ruß A im Vergleich zu N121, N115 und N110 unter Verwendung herkömmlicher Mischungstechniken. Das Laufflächen-Ruß-Last-Niveau wurde auf 50 phr festgesetzt. Diese Laufflächen-Formulierung war nicht Ölgestreckt.
Tabelle 4: Untersuchung 1 – Naturkautschuk-Laufflächen-Formulierung
Die zweite Untersuchung basiert auf der NR/BR (63/35) Laufflächen-Formulierung (Tabelle 5), wobei die Polymerphasen-Verteilung des Laufflächen-Rußes durch Mischung getrennter Ruß Masterbatches der NR und BR wie vorhergehend beschrieben, gesteuert wurden. In dieser Untersuchung wurden die Laufflächen-Ruße (Ruß A, N110, N115, N121 und N234) mit einer hohen Last in der NR Phase hergestellt, die die beste Balance an Reiß-, Ermüdungs-, Wärmeentwicklungs- und Hysterese-Eigenschaften erzeugt, wie in den vorhergehenden Untersuchungen dargestellt. Der entstehende Laufflächen-Ruß und die Öl-Last-Niveaus wurden auf 60 bzw. 25 phr eingestellt.
Tabelle 5: Untersuchung 2 – Laufflächen-Formulierung
Herstellungen der Verbindungen
Alle NR und NR/BR compounds in den Untersuchungen 1 und 2 wurden als Masterbatches in einen BR Banbury-Mischer (Farrell) unter Verwendung von Verfahren, wie in W.M. Hess, P.C. Vegvari und R.A. Swor, Rubber Chem. Technol., 58, 350 (1985) beschrieben, das hier durch Bezugnahme aufgenommen wird. In der Untersuchung 2 wurden die getrennten NR und BR Masterbatches über Nacht vor der Mischung in dem Banbury-Mischer gekühlt. Die Härtungsmittel wurden für die Untersuchung 1 einer Zwei-Rollen-Mühle zugefügt nach einer Übernacht-Kühlung und unmittelbar nach der Mischung folgend die zwei Masterbatches für die Untersuchung 2. Streuungs-Indizes größer als 95 wurden für alle compounds erreicht.
Für die Untersuchung 2 enthielt das NR Masterbatch 76,2 phr des Laufflächen-Rußes und das BR Masterbatch enthielt das gleiche Laufflächen-Ruß. Die Herstellung des Masterbatches beschränkt die Bewegung der Laufflächen-Ruße während des Mischens, welches die Zwischenphasen-Wanderung der Laufflächen-Ruße reduziert. Die zwei Masterbatches wurden zur Gewinnung der 65/35 Mischung des NR/BR gemischt, zusammen mit geeigneten Mengen Stearinsäure und Antidegradant vor der Zugabe des Härtungsmittels. Die Verteilung des Laufflächen-Rußes in dem endgültigen Elastomergemisch war 49,5 phr (82,5%) in der NR und 10,5 phr (17,5%) in der BR.
Vorhergesagte dynamische Eigenschaftsuntersuchung Die dynamischen Eigenschaftsmessungen, die zur Vorhersage des relativen Rollwiderstands und der Traktionsleistungen der Laufflächencompounds in den Untersuchungen 1 und 2 benötigt wurden, wurden unter Verwendung des Instron Modell 1332 Nicht-Resonanz dynamischer Untersuchungsvorrichtung bestimmt, wie vorausgehend in W.M. Hess und W.W. Klamp, Rubbber Chem. Technol., 56, 390 (1983) beschrieben, die hier durch Bezugnahme aufgenommen wird (Tabelle 6).
Tabelle 6: Dynamische Untersuchungsbedingungen zur Vorhersage der Reifenleistung
Der vorhergesagte Rollwiderstand basiert auf der tan δ-Messung bei Komprimierung bei 50°C, der vergleichbar zu N220 ausgewertet wurde und in den Figuren(7 und 15) vergleichbar zu N110 dargestellt ist. Die vorhergesagten relativen Nass- und Tro cken-Traktionsantworten basieren auf den Verlust des Modul (E'') bzw. Verlust an Nachgiebigkeits-Messungen (D'') bei Komprimierung bei 0°C und sind in den 17 und 18 vergleichbar zu N110 dargestellt.
Laufflächenverschleiß-Untersuchung
Die Laufflächenverschleiß-Untersuchung wurde nur unter Verwendung der NR Laufflächencompounds der Untersuchung 1 durchgeführt. Diese Untersuchung wurde auf einer Testbahn in Texas vergleichbar zu einer N110 Kontrolle ausgeführt. Einzelne Laufflächencompoundswiederholungen wurden auf neue PKW-Gürtelreifenumhüllungen (P195-R75-14) angebracht. Das Gesamtmaß der Abnutzung war etwa 7600 km/mm (120 Meilen/mil) und die Reifen wurden über 14.500 km (9.000 Meilen) ausgewertet. Obwohl dieses nicht notwendigerweise die tatsächliche Bewertung der LKW-Reifen-Verwendung darstellt, stellen diese Laufflächenverschleißmesssungen eine relative Leistungsordnung dieser Laufflächen-Ruße dar.
Riss-Untersuchung
Eine modifizierte Streifen-Rissuntersuchung wurde zur Bestimmung der Reiß-Energie, wie durch Rivlin und Thomas definiert, verwendet. R.S. Rivlin and A.G. Thomas, J. Polymer Sci., 10, 91(1953). Die Prüfkörperherstellung und Untersuchungs-Verfahren wurden von Hess und Chirico beschrieben. W.M. Hess and V.E. Chirico, Rubber Chem. Technol., 50,301 (1977). Acht Prüfkörper wurden für jede Probe bei 100°C und 8,5 mm/s untersucht.
Zwei Typen der Rissfestigkeit wurden gemessen: Reißfestigkeit und knotty tear index. Die Reißfestigkeit ist definiert als der mittlere Lastwert geteilt durch die Probenkörperstärke. Der knotty tear index ist der Unterschied zwischen der mittleren Reißlast und der mittleren Last, bei der das Weiterreißen entlang des vorgeschriebenen Weges aufhört.
Ermüdungs/Schnittpropagations-Untersuchung
Diese Untersuchungen wurden unter Verwendung der konstanten-Dehnungs Zyklen auf einer Monsanto Materialversagen-durch-Ermüdungs-Untersuchung durchgeführt. Die Ermüdungsuntersuchung wurde mit acht Dumbell-Probenkörper pro Laufflächencompound (ohne einen zentralen Schnitt) bei 0 bis 90% Belastung durchgeführt. Die Ermüdungsdaten sind in Kilozyklen bis zum Versagen 63,2% der Probenkörper (charakterische Dauerermüdung), wie bestimmt mit der Weibull-Verteilungsfunktion, angegeben.
Der Schnittpropagationstest verwendete acht Dumbell-Ermüdungsprobenkörper pro Laufflächencompound, wobei jeder Probenkörper einen zentralen Einschnitt von 0,5 mm (0,2 inches) aufwies. Ein Ansatz, der eine Belastung von 0-68% bereitstellt, wurde verwendet. Die durchschnittlichen Kilozyklen bzw. das Versagen der acht Probenkörper für jedes Laufflächencompound wurde zur Beurteilung der Leistung verwendet.
Untersuchung 1-NR Lauffläche
Die 1 bis 9 und die Tabelle 7 zeigen die In-Kautschuk und vorhergesagte Reifenleistungen von Ruß A vergleichbar zu drei herkömmlichen Laufflächen-Ruße in der NR-Lauffläche. Bezogen auf N110 und N115 stellt Ruß A die erwarteten Ausmaße der Verstärkung bereit (ähnlich statische und elastische Module, Zugfestigkeit und HärteNiveaus). Ein leicht höherer Rückprall und geringere vorhergesagte Rollwiderstands-Niveaus wurden auch für Ruß A vergleichbar zu N110 und N115 beobachtet, welches einen Vorteil im Hinblick auf geringere Hystereseeigenschaften für Ruß A zeigt.
IN-KAUTSCHUKEIGENSCHAFTEN IN NR LAUFFLÄCHEN-FORMULIERUNG TABELLE 7

* Ruß A

Es wurde im Stand der Technik gezeigt, dass die Wärmeerzeugung des LKW-Gürtelreifengewebes ist in erster Linie mit deren Verlustmoduleigenschaften (E'') verbunden (siehe, z.B., P. Kainradl und G. Kaufmann, Rubber Chem. Technol., 49, 823 (1976), welche hiermit durch Bezugnahme aufgenommen wird Auf dieser Basis weist Ruß A ähnliche vorhergesagte Wärmeentwicklungseigenschaften, wie N110 und N121 auf und ist in dieser Formulierung leicht geringer als N115 (6). Diese Verstärkungs- und Hysterese-Antworten stimmen mit den Struktur-Feinheit-Porosität-Bezeichnungen von Ruß A überein, wie vorstehend diskutiert.
Die Verlängerungsniveaus für diese Laufflächen-Ruße liegen im Bereich von 560–607%, wobei Ruß A ebenso wie N110 bei 591% liegt. Rheometer-Härtungsgeschwindigkeiten (T90) sind bei 165 °C für diese vier Laufflächen-Ruße gleichwertig.
In Bezug auf die Mooneyviskositätseigenschaften entwickelt Ruß A ein geringes Niveau (69,6 units), die in diesem Ansatz beobachtet wurden. Die geringe Antwort bedeutet, das die Laufflächencompounds Verarbeitbarkeitseigenschaften nicht negativ beeinflusst wurden durch Substitution dieser neuen Laufflächen-Ruße durch herkömmliche Qualitätsgrade.
Ruß A zeigt vergleichbar zu N121 geringe Module (statisch und elastisch), wie vorhergesagt vergleichbar mit den Zug- und weniger hohen Hysterese-Niveaus, wie vorausgesagt. Das Härte-Niveau ist ferner weniger gering. Die anderen relevanten In-Kautschuk Leistungsverbesserungen, die für Ruß A beobachtet wurden sind Reiß- und Laufflächenverschleißfestigkeitseigenschaften. Für die früheren Eigenschaften wurde ein Vergleich zu N115 und N121 in der NR Laufflächen-Formulierung erstellt.
Die 23, die unter der Verwendung der Messwerte von Tabelle 7 erstellt wurde, zeigt einen schematischen Vergleich der relativen Hystereseeigenschaften, der Abriebfestigkeit und der Reißfestigkeit von N115/N110, N121 und Ruß A.
Die Reißfestigkeit von Ruß A in 8 ist äquivalent zu N115 und signifikant größer als N121. Bezogen auf den Knotty-tear-index wurde ein ähnliches aber weniger dramatisches Leistungsmuster beobachtet.
Mit Hinweis auf die Laufflächenverschleißfestigkeitseigenschaften ist ein Vergleich von Ruß A zu N110 und N121 hergestellt. Ruß A zeigt eine Leistung, die äquivalent zu N121 und signifikant höher als N110 in der Laufflächenverschleißfestigkeit ist.
Aus der obigen Diskussion ist ersichtlich, dass der Leistungsvorteil für Ruß A über die herkömmlichen Laufflächen-Ruße, die für TBS/RT verwendet wurden veran schaulicht wurden. Diese Leistungsverbesserungen sind bessere Riss, Laufflächenverschleiß, Wärmeentwicklung und Rollwiderstände.
Untersuchung 2-NR/BR Lauffläche
Die 10–22 und die Tabelle 8 identifizieren den In-Kautschuk und die vorausgesagten Reifenleistungen von Ruß A vergleichbar zu N110, N115, N121 und N234 in der NR/BR Lauffläche. Für die Verstärkungs- und Rückpralleigenschaften in den dargestellten 10–13 sind die beobachteten Leistungsvorteile von Ruß A stimmen überein mit den Trends, die für die Untersuchung 1 in der NR Formulierung berichtet wurden. Wie erwartet entwickelt Ruß A weniger geringes Modul und gleiche Härteniveaus und einen weniger höhen Zug und geringere Rückprallniveaus vergleichbar zu N234.
IN-KAUTSCHUKEIGENSCHAFTEN IN NR/BR LAUFFLÄCHEN-FORMULIERUNG TABELLE 8

* Ruß A

Die Längenniveaus für diese Laufflächen-Ruße im Bereich von 519-634% mit Ruß A (593%) ist geringer als N110 und N115 bei 634 bzw. 616% (Tabelle 8). Rheometer-Härtungsgeschwindigkeiten sind für diese Laufflächen-Ruße in dieser Formulierung ähnlich. Die vergleichbaren Hystereseleistungen in dieser Laufflächenformulierung, wie durch die Wärmeentwicklung und die vorhergesagten Rollwiderstand-Niveaus gekennzeichnet, sind in den 14 und 15 gezeigt. Ruß A umfasst eine Wärmeentwicklung und ein vorhergesagte Rollwiderstands-Niveaus, geringer als N110 und N115 und gleich zu N121. Im Vergleich zu N234 entwickelt Ruß A ein leicht höheres Wärmeentwicklungs-Niveau aber annähernd gleich zu den vorhergesagten Rollwiderstands-Niveaus.
Vergleichbar zu N110 ist das elastische Modul-Niveau von Ruß A in dieser Formulierung höher als in den NR Laufflächencompounds in der Untersuchung 1 beobachtet wurde und nähert sich der Leistung von N121 an (6 und 16). N234 weist eine ähnliche Leistung auf, wie N110 und N115 im E'' Niveau. Die viskösen Modul-Eigenschafts-Niveaus dieser Laufflächen-Ruße sind ähnlicher in der NR/BR Formulierung, als die in der NR Formulierung gefundenen, wobei das Ruß A ein leicht höheren E'' Niveau als in N110 und in N115 aufweist. Dieses E'' Niveau ist vergleichbar zu N121 und höher als N234.
Die vorhergesagten vergleichbaren Traktions-Eigenschaften für Ruß A sind in den 17 und 18 dargestellt. Die Nass-Traktions-Leistung ist vergleichbar zu N121 und leicht höher als N110, N115 und N234. In Bezug auf die Trocken-Traktion dessen vorhergesagte Leistung leicht geringer ist als N110 und N234, geringer als N115 und höher als N121 ist.
In der Untersuchung 2 wurden die Ermüdungs- und Schnittpropagationsmessungen unter Verwendung des Monsanto Materialversagen-durch-Ermüdung-Tester (19 und 20) ausgeführt. Die Ermüdungs-Dauerdaten korrelieren nicht mit der Hystereseleistung von den Laufflächen-Ruße. Ruß A zeigt eine charakteristische Lebensdauer vergleichbar zu N110 und N234 und besser als N115 und N121. 20 zeigt, dass Ruß A besser als alle Laufflächen-Ruße in diesen Untersuchungen in Bezug auf die Schnittpropagationsfestigkeit durchgeführt wird, gefolgt durch N110.
In Bezug auf die Streifenreißeigenschaften entwickelt Ruß A ein leicht höheres Reißfestigkeits-Niveau als N110 und N115, und ein viel höheres Niveau als N121 (21). Ein ähnlicher Verlauf wurde für die Knotty-tear-Zahl beobachtet (22).
Die vorliegende Erfindung ist auf eine neue ausgeprägte Form von Ruß zur Verwendung in Reifengeweben gerichtet. Der erfindungsgemäße Ruß verleiht, wenn er in der Herstellung des Reifengewebekautschuks verwendet wird, dem Reifengewebekau tschuk einen besseren Laufflächenverschleiß, weniger Rollwiderstand, weniger Wärmeentwicklung und eine verbesserte Rissfestigkeit. Insbesondere umfasst die vorliegende Erfindung eine mittlere Partikelgröße zwischen 16,0 und 19,0 nm und ein Struktur-Niveau zwischen 100 bis etwa 115 cc/100 g, wie in der N-Dibutylphthalat-Absorptionszahl (DBPA) gemessen. Außerdem umfasst der erfindungsgemäße Ruß ein hohes Niveau (ungefähr 17 %) von geringen okklusionsellipsoider Aggregaten. Diese Aggregate umfassen eine intra-aggregate Absorptionszahl (ein Maß von der Fähigkeit der Aggregate zur Abschirmung der Elastomere zwischen den Aggragatverzweigungen, V'/V) von etwa 1,85. Diese Fähigkeit der Abschirmung der Elastomere zwischen den Aggreagatverzweigungen neigt zur Verstärkung und Fehlereigenschaften.
Die einzigartige Eigenschaft des erfindungsgemäßen Ruß unterscheidet sich von den herkömmlichen Serien N100 und N200 Ruße. Herkömmliche Ruße haben keinen hohen Prozentsatz der Aggregate mit einer geringen Okklusionskapazität. Das Gewichtsprozent beispielsweise der ellipsoidischen Aggregate der Ruße N115 ist 13,6, während das Gewichtsprozent der ellipsoidischen Aggregate von Ruße N234 allein 8,8 ist. Außerdem umfassen die erfindungsgemäßen Ruße vorteilhafte Hysterese- und Abriebeigenschaften vergleichbar mit Ruße N121. Diese Hysterese- und Abriebeigenschaften umfassen eine geringere Wärmeentwicklung, einen hohen Goodyear-Healey-Rückprall und eine hohe Bewertung der Gewebebelastung. Zusätzlich besitzt der erfindungsgemäße Ruß auch eine Rissfestigkeit charakterisiert durch Ruß N115 Ruße. Die Reißfestigkeit im Naturkautschukgewebe für das erfindungsgemäße Ruß ist 82,6 kN/m vergleichbar zu 81,3 kN/m für Ruß N115 aber gut oberhalb 49,3 kN/m des Rußes N121.
Die δ B50 Eigenschaften sind zusätzlich bedeutend mit dem erfindungsgemäßen Ruß mit einem δ B50 von weniger als 12. Das hierin diskutierte δ B50 bezieht sich auf die volle Breite am halben Maximum (FWHM) der Verteilung der Aggregatverzweigungen, das über Skelettierung gemessen wird. Dieses δ B50 ist ähnlich zu δ D50, das FWHM von einer Aggregatgrößen-Verteilung „D") ist. Das δ B50 ist eine Aggregatverzweigungsverteilung wie durch Skelettierung erhalten.
Der erfindungsgemäße Ruß, der für den Reifengewebekautschuk geeignet ist, umfasst einen hohen Prozentsatz von geringen okklusionsellipsoiden Aggregaten, die dem Kautschuk verbesserte Hysterese- und Abriebeigenschaften einschließlich mindestens einer erhöhten Rissfestigkeit, gewähren.
V'/V ist ein Aggregatokklusionsfaktor, der auf dem Verhältnis des inneren Aggregat-Leervolumens basiert, V', des tatsächlichen Kohlenstoffvolumen V. Diese Funktion ist klar, beispielsweise von A.I. Medalia, J. Colloid Inferface Sci. 32, 115 (1970), siehe auch, z.B. C.R. Herd, G.C. McDonald and W.M. Hess, Rubber Chem. Technol. 65, 107 (1992).
Diese Funktion basiert beispielsweise auf das Äquivalenzkugelkonzept etabliert von und bekannt von Medalia, V' = Ves – Vagg_; wobei Ves ein Volumen von äguivalenter Kugelform ist. Dieser äquivalente Kugeldurchmesser ist als ein mittlerer Da (der äquivalente kreisrunde Durchmesser) eingestellt und der Durchmesser basiert auf die mittleren acht Feret Messungen. Das Volumen des Aggregats wird berechnet pro ASTM 3489 und das Verhältnis des verschlossenen Volumens zu dem Aggregatvolumen, V'N, stellt eine dimensionslose Zahl zur Verfügung, die die Fähigkeit eines Aggregats Polymere zu Verschließen zu verschließen.
Die vorliegende Erfindung umfasst ein Russpartikel einer spezifischen Größe und die Oberfläche und weiterhin die Eigenschaft eines hohen Prozentsatzes der geringen Okklusionsaggregate. Diese geringen Okklusionsaggregate sind ellipsoidisch und umfassen etwa 17 Gewichtsprozent und vermitteln damit dem Ruß die Eigenschaft eines erhöhten Laufflächenverschleiß, weniger Wärmeentwicklung und verbesserter Rissfestigkeit im Vergleich zu den bekannten Ruße:
Was als Erfindung beansprucht wird:

Claims

Ruß, geeignet zur Verwendung in der Herstellung von Reifengewebekautschuk, umfassend a) Rußpartikel einer Größe von etwa 16,0 nm bis etwa 19,0 nm, wobei b) der Ruß einen Dibutylphthalat-Absorptionswert zwischen etwa 100 bis 115 Kubikzentimeter pro 100 Gramm besitzt und c) einen Gewichtsprozentsatz elliptischer Aggregate von mehr als etwa 14.
Ruß nach Anspruch 1, wobei die mittlere Partikelgröße zwischen etwa 17,0 und etwa 18,0 nm ist.
Ruß nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Aggregate zudem aufweisen: a) einen mittleren Durchmesser zwischen etwa 63,0 nm und etwa 84,2 nm; b) einen gewichtsgemittelten Durchmesser zwischen etwa 135 nm und 181 nm; c) eine Heterogenitätszahl von weniger als etwa 2,14; d) einen Intraaggregat-Absorptionswert von weniger als etwa 2,12; e) eine mittlere Verzweigungszahl von weniger als etwa 11,6; und f) ein δ B50 von weniger als 12.
Ruß nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei der Gewichtsprozentsatz elliptischer Aggregate etwa 17,2 ist.
Ruß nach Anspruch 4, wobei die Aggregate zudem aufweisen a) einen mittleren Durchmesser von etwa 71,3 nm, b) einen gewichtsgemittelten Durchmesser von etwa 139 nm, c) eine Heterogenitätszahl von etwa 1,95 und d) eine Intraaggregat-Absorption.
Gegenstand einer Kautschuk-Ruß-Zusammensetzung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine bessere Abriebsfestigkeit (Bewertung der Gewebebelastung) von etwa 4% bis etwa 11 %; eine geringere tan δ-Hysterese von etwa 5% bis etwa 10% und eine Rissfestigkeit vergleichbar zu N115 oder N110.
Gegenstand einer Kautschuk-Ruß-Zusammensetzung nach Anspruch 6, wobei die bessere Abriebsfestigkeit (Bewertung der Gewebebelastung) und die tan δ-Eigenschaften äquivalent zu N121 sind und die Rissfestigkeit größer ist als bei N121.
Kautschukzusammensetzung zur Verwendung in der Herstellung von Reifengewebekautschuk umfassend a) Ruß, wobei der Ruß aufweist 1. eine Rußpartikelgröße zwischen etwa 16,0 und etwa 19,0 nm, wobei 2. die Rußpartikel einen Dibutylphthalat-Absorptionswert zwischen etwa 100 bis etwa 115 Kubikzentimeter pro 100 Gramm besitzen und 3. Aggregate mit einem Gewichtsprozentsatz elliptischer Aggregate von mehr als etwa 14.
Kautschukzusammensetzung nach Anspruch 8, wobei die Rußpartikel eine mittlere Teilchengröße von etwa 17,0 und etwa 18,0 nm besitzen.
Kautschukzusammensetzung nach Anspruch 8, wobei die Aggregate aufweisen a) einen mittleren Durchmesser zwischen etwa 63,0 und etwa 84,2 nm; b) einen gewichtsgemittelten Durchmesser zwischen etwa 135 und 181 nm; c) eine Heterogenitätszahl von weniger als 2,14; d) einen Intraaggregat-Absorptionswert von weniger als etwa 2,12; e) eine mittlere Verzweigungszahl von weniger als etwa 11,5; und f) ein δ B50 von weniger als 12.
Kautschukzusammensetzung nach Anspruch 8, wobei der Gewichtsprozentsatz elliptischer Aggregate etwa 17,2 ist.
Kautschukzusammensetzung nach Anspruch 8, wobei die Aggregate aufweisen a) einen mittleren Durchmesser von etwa 71,3 nm; b) einen gewichtsgemittelten Durchmesser von etwa 139 nm; c) eine Heterogenitätszahl von etwa 1.95; und d) eine Intraaggregat-Absorption von weniger als etwa 1,85.
Kautschukzusammensetzung nach Anspruch 12, wobei die Aggregate zudem einen Gewichtsprozentsatz von etwa 17,2 ausmachen.
Kautschukzusammensetzung nach irgendeinem der Ansprüche 8 bis 13, wobei der Kautschuk zudem geeignet ist zur Verwendung für On- und Offroad-Bedingungen.
Kautschukzusammensetzung nach irgendeinem der Ansprüche 8 bis 15, wobei der Kautschuk geeignet ist zur Verwendung in Hochleistungs-PKW-Reifen.
Kautschukzusammensetzung nach irgendeinem der Ansprüche 8 bis 15, wobei der Kautschuk Naturkautschuk enthält.
Kautschukzusammensetzung nach irgendeinem der Ansprüche 8 bis 15, wobei der Kautschuk ein Gemisch aus Naturkautschuk und synthetischen Polymeren aufweist.
Kautschukzusammensetzung nach Anspruch 17, wobei das synthetische Polymer ausgewählt ist aus der Gruppe Styrol-Butadien-Kautschuk und Butadien-Kautschuk.
Kautschukzusammensetzung nach Anspruch 18, wobei das Styrol-Butadien ausgewählt ist aus der Gruppe: klar, ölgestreckt, Lösung, erstarrte Lösung und funktionalisierter Styrol-Butadien-Kautschuk.
Kautschukzusammensetzung nach Anspruch 17, wobei der Kautschuk zudem ein Elastomer aufweist.
Kautschukzusammensetzung nach Anspruch 20, wobei das Elastomer ein Dienelastomer ist.
Kautschukzusammensetzung nach Anspruch 21, wobei das Dienelastomer ausgewählt ist aus der Gruppe Carboxylkautschuke, Epoxykautschuke, Transpolypentenamer, halogenierte Butyl-Kautschuke, 2-Chiorbutadien-Kautschuke, Terpolymere des Ethylens, Propylen, unkonjugierte Diene, Copolymere des Ethylens und Propylens, Copolymere des Ethylacetats und Vinylacetats, aromatische Vinylverbindungen, Polyisopren, konjugierte Diene, chemische Derivate von Naturkautschuken und modifizierter Naturkautschuk und Polybutadien-Kautschuke.
Kautschukzusammensetzung nach Anspruch 17, wobei die natürlichen und synthetischen Kautschuke ölgestreckt sind.
Kautschukzusammensetzung nach Anspruch 17, wobei die Kautschuke vulkanisierbare Kautschuke sind.
Kautschukzusammensetzung nach Anspruch 20, wobei das Elastomer gemischt ist mit mindestens einem anderen zweiten Dienelastomer, ausgewählt aus der Gruppe Carboxyl-Kautschuke, Epoxykautschuke, Transpolypentenamer, halogenierte Butylkautschuke, 2-Chlorbutadienkautschuke, Terpolymere des Ethylens, Propylen, unkonjugierte Diene, Copolymere des Ethylens und Propylens, Copolymer des Ethylacetats und Vinylacetats, aromatische Vinylverbindungen, Polyisopren, chemische Derivate von Naturkautschuken und modifizierten Naturkautschuken, konjugierte Diene und Polybutadien-Kautschuke.
Kautschukzusammensetzung nach Anspruch 25, wobei das zweite Dienelastomer bis zu 70 Gewichtsteile ausmacht, bezogen auf das erste vorhandene Dienelastomer.
Kautschukzusammensetzung nach Anspruch 26, wobei das zweite Dienelastomer Polyisopren ist, das zudem mehr als 90% cis-1,4-Bindungen aufweist.
Kautschukzusammensetzung nach Anspruch 22, wobei die konjugierten Diene ausgewählt sind aus der Gruppe Butadien-1,3, Isopren, und 2,3-Dimethyl-1,3-butadien.
Kautschukzusammensetzung nach Anspruch 22, wobei die aromatischen Vinyle ausgewählt sind aus der Gruppe Styrol, ortho-Methylstyrol, meta-Methylstyrol, para-Methylstyrol oder Vinyl-Toluol.
Kautschukzusammensetzung nach Anspruch 22, wobei das Copolymer des konjugierten Diens und der aromatischen Vinylverbindung zudem aufweist ei nen Styrol-Gesamtgehalt zwischen 5 und 50 Gew.% und eine Glasübergangstemperatur zwischen 0° und –80°C besitzt, gemessen durch Differentialthermoanalyse.