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Diese Anmeldung basiert auf der USSN
60/069,599, die als Provisional am 15. Dezember 1997 eingereicht
wurde.
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft
transparente und färbbare
elastomere Zusammensetzungen und insbesondere transparente und färbbare elastomere
Zusammensetzungen, die in Verstärkungsanwendungen eingesetzt
werden können.
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Hintergrund der Erfindung
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Kautschukzusammensetzungen werden
in einer Vielzahl von Anwendungen verwendet, einschließlich Reifenkomponenten
wie Laufflächen
und Seitenwänden,
Schläuchen,
Gürteln,
Vollreifen, Walzen für
Kunstgraphikanwendungen, Fußbekleidungskomponenten,
Schwingungsdämpfungsvorrichtungen
und Bälgen.
Obwohl die in jeder dieser Anwendungen verwendeten bestimmten Kautschukzusammensetzungen
in ihren physikalischen Eigenschaften breit variieren, bleibt ein
Merkmal gleich – ihre
Farbe. Die meisten Kautschukzusammensetzungen sind schwarz. Außerdem verfärben sich
schließlich
die meisten Kautschukzusammensetzungen infolge Wärme, Licht, Ozon etc. Dies
trifft insbesondere für
Kautschuke zu, die in belastenden, anspruchsvollen Anwendungen verwendet
werden, wie Reifenlaufflächen,
Seitenwänden,
Bälgen,
Gürteln
und Schläuchen.
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Fachleute auf diesem Gebiet würden auf
den Gehalt an dem Verstärkungsfüllstoff
Ruß (carbon
black) als Hauptquelle dafür
verweisen, daß die
meisten Kautschuke schwarz sind. Obwohl dies zutreffend ist, ist
Ruß nicht
der einzige Faktor. Tatsächlich
können
eine breite Vielzahl von anderen Füllstoffen, Härtungsmitteln,
Abbauschutzmitteln, Ölen
und die Kautschuke selbst alle zu einer dunklen Farbe führen, die
im Wesentlichen unmöglich
zu pigmentieren ist. Dies zeigt sich in Zusammensetzungen, in denen
Ruß durch
einen Siliciumdioxidfüllstoff
ersetzt wurde und der Kautschuk noch verfärbt ist. Zum Beispiel offenbart
die EP-B1-0 682 071 B1 eine mit Siliciumdioxid verstärkte Reifenlauffläche, die
wegen des Gehalts an aromatischem Verarbeitungsöl, Haftvermittler, Abbauschutzmitteln
und einem Schwefelhärtungssystem
noch eine dunkle Farbe hat. Tatsächlich
ist ungewiß,
wie viele der in der Kautschukzusammensetzung enthaltenen Bestandteile
geändert
werden müßten, um
eine färbbare
Zusammensetzung herzustellen.
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Natürlich gibt es einige färbbare und
transparente elastomere Zusammensetzungen. Zum Beispiel sind klare
EPDM-Elastomere erhältlich.
Diese Elastomere lassen sich jedoch nicht wirksam mit anderen Kautschuken
covulkanisieren. Weil viele Kautschukanwendungen die Kombination
verschiedener Kautschuktypen zur Bildung eines einzigen Artikels
einschließen
(zum Beispiel Reifen), sind diese EPDM-Elastomere in ihrer Brauchbarkeit
beschränkt.
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Weiße Seitenwände an Reifen sind eine Form
von färbbarem
Kautschuk. Die weiße
Farbe wird durch Verwendung von Füllstoffen wie Siliciumdioxid,
Ton, Talk und Carbonaten anstelle von Ruß und Zugabe von Titandioxid
als Weißungspigment
erreicht. Die weiße
Farbe ist aber mit einem Nachteil verbunden. Die Füllstoffe
sind brüchiger
als Ruß und
führen
zu einer schwachen Kautschukzusammensetzung, die den Reifen nicht
verstärkt.
Deshalb sind die für
weiße
Seitenwände
verwendeten Kautschuke in ihrer Brauchbarkeit ebenfalls beschränkt.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung stellt
verbesserte transparente und färbbare
elastomere Zusammensetzungen bereit. Die transparenten elastomeren
Zusammensetzungen können
mit Kautschuken wie Polybutadien, Polyisopren, Styrol-Butadien-Kautschuk,
Styrol-Isopren-Butadien-Kautschuk,
Isopren-Butadien-Kautschuk, Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk oder natürlichem
Kautschuk covulkanisiert werden. Die färbbaren Kautschukzusammensetzungen
haben ausreichende Eigenschaften, um als verstärkendes Element in einem Kraftfahrzeugreifen
zu wirken. Vorzugsweise schließen
sowohl die transparenten als auch die färbbaren elastomeren Zusammensetzungen
mindestens ein Copolymer von C4- bis C7-Iso olefin und para-Alkylstyrol, Siliciumdioxid
und Haftvermittler ein.
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Die erfindungsgemäßen elastomeren Zusammensetzungen
sind in einer Vielzahl von Anwendungen verwendbar, insbesonder pneumatischen
Reifenkomponenten, Schläuchen,
Gürteln,
Vollreifen, Fußbekleidungskomponenten,
Walzen für
Kunstgraphikanwendungen, Schwingungsdämpfungsvorrichtungen, pharmazeutischen
Vorrichtungen, Klebstoffen, Dichtungsmassen, Schutzbeschichtungen
und Bälgen
für das
Halten von Flüssigkeit
und Härtungsverfahren.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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1 ist
eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen Tan Δ und Temperatur
für das
in Beispiel 7 hergestellte Polymerprodukt.
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Detaillierte Beschreibung
der Erfindung
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In einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung wird eine elastomere Zusammensetzung hergestellt, die
transparente Eigenschaften zeigt. Der Begriff "Transparent" ist, wie er hier verwendet wird, als
eine Lichtdurchlässigkeit
ohne wesentliche Streuung definiert, sodaß eine visuelle Erkennbarkeit
von Objekten hinter der gehärteten
elastomeren Zusammensetzung möglich
ist. Grade der Transparenz können
von Kontaktransparenz bis zu vollständiger Transparenz variieren.
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Die erfindungsgemäßen transparenten Elastomerzusammensetzungen
enthalten keinen Ruß.
Die transparente Eigenschaft der Zusammensetzung wird teilweise
durch Verwendung von Füllstoffen
erhalten, die feiner als die Wellenlänge von sichtbarem Licht sind.
Siliciumdioxid ist als der Füllstoff
bevorzugt, es können
jedoch andere Füllstoffe,
die nicht schwarz sind, verwendet werden, wie Tone, Talke und andere
Mineralfüllstoffe.
Außerdem
werden die restlichen Komponenten der Endzusammensetzung auf der
Grundlage ausgewählt,
daß sie
die transparente Natur des Elastomers nicht stören.
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Die erfindungsgemäßen transparenten elastomeren
Zusammensetzungen können
Polybutadien, Polyisopren, Styrol-Butadien- Kautschuk, Styrol-Isopren-Butadien-Kautschuk,
Isopren-Butadien-Kautschuk, Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk
oder natürlichem
Kautschuk covulkanisiert werden. Vorzugsweise enthalten sie mindestens
ein Copolymer von C4- bis C7-Isoolefin
und para-Alkylstyrol. Vorzugsweise ist das C4-
bis C7-Isoolefin Isobutylen. Außerdem ist
das para-Alkylstyrol vorzugsweise para-Methylstyrol. Insbesondere
ist das Copolymer ein Terpolymer von Isobutylen, para-Methylstyrol
und Brom-para-Methylstyrol.
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In einer bevorzugten Ausführungsform
können
die erfindungsgemäßen transparenten
elastomeren Zusammensetzungen 10 bis 100 Teile, je 100 Teile Kautschuk,
Copolymer von C4- bis C7-Isoolefin
und para-Alkylstyrol, 10 bis 100 Teile Siliciumdioxid und 0 bis
20 Gew.-% Haftvermittler, bezogen auf das Gewicht von Siliciumdioxid.
Außerdem
zeigen die elastomeren Zusammensetzungen Kontakttransparenz. Vorzugsweise
enthalten die transparenten elastomeren Zusammensetzungen auch 10
bis 90 Teile, je 100 Teile Kautschuk, Polybutadien, Polyisopren,
Styrol-Butadien-Kautschuk, Styrol-Isopren-Butadien-Kautschuk, Isopren-Butadien-Kautschuk,
Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk oder Gemische davon. Bevorzugter
enthalten die transparenten elastomeren Zusammensetzungen 30 bis
80 Teile, je 100 Teile Kautschuk, Polybutadien, Polyisopren, Styrol-Butadien-Kautschuk,
Styrol-Isopren-Butadien-Kautschuk, Isopren-Butadien-Kautschuk, Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk
oder Gemische davon.
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Das in den erfindungsgemäßen transparenten
elastomeren Zusammensetzungen verwendete Copolymer ist vorzugsweise
ein Terpolymer von Isobutylen, para-Methylstyrol und Brom-para-Methylstyrol.
Außerdem
macht dieses Terpolymer vorzugsweise 20 bis 100 Teile, je 100 Teile
Kautschuk, der transparenten elastomeren Zusammensetzung aus. Bevorzugter
macht das Terpolymer 30 bis 80 Teile, je 100 Teile Kautschuk, der
transparenten elastomeren Zusammensetzung aus.
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Das in den erfindungsgemäßen transparenten
elastomeren Zusammensetzungen verwendete Siliciumdioxid ist vorzugsweise
gefällte
Kieselsäure.
Außerdem
macht die gefällte
Kieselsäure
vorzugsweise 30 bis 80 Teile der transparenten elastomeren Zu sammensetzung
aus. Bevorzugter macht sie 30 bis 60 Teile aus. Der in den erfindungsgemäßen transparenten
elastomeren Zusammensetzungen verwendete Haftvermittler ist vorzugsweise
ein Organosilan-Haftvermittler. Vorzugsweise macht der Organosilan-Haftvermittler
2 bis 15 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht von Siliciumdioxid, der
transparenten elastomeren Zusammensetzung aus. Bevorzugter macht
er 3 bis 10 Gew.-% aus.
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Die erfindungsgemäßen transparenten Elastomere
sind auf den Gebieten der transparenten Reifenseitenwände, transparenten
Reifenlaufflächen,
transparenten Fußbekleidung,
Bälgen,
Schuhsohlen, Walzen und Wischerblättern brauchbar.
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In einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird ein Elastomergemisch hergestellt, das
färbbar
ist. Der Begriff "färbbar" ist, wie er hier
verwendet wird, als die Fähigkeit
der elastomeren Basiszusammensetzung definiert, pigmentiert zu werden,
um eine Vielzahl von gefärbten
Zusammensetzungen zu ergeben. Diese Zusammensetzungen enthalten
typischerweise keinen Ruß.
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Die erfindungsgemäßen färbbaren Kautschukzusammensetzungen
besitzen ausreichende Eigenschaften, um als verstärkendes
Element in einem Kraftfahrzeugreifen zu funktionieren. Vorzugsweise
haben sie ausreichende Eigenschaften, um als Kraftfahrzeugreifenlauffläche zu funktionieren.
Die erfindungsgemäßen färbbaren
Kautschukzusammensetzungen enthalten vorzugsweise mindestens ein
Copolymer von C4- bis C7-Isoolefin
und para-Alkylstyrol. Bevorzugter ist als Copolymer ein Terpolymer
von Isobutylen, para-Methylstyrol und Brom-para-Methylstyrol.
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In einer bevorzugten Ausführungsform
enthalten die erfindungsgemäßen färbbaren
Kautschukzusammensetzungen 10 bis 100 Teile, je 100 Teile Kautschuk,
Copolymer von C4- bis C7-Isoolefin
und para-Alkystyrol, 10 bis 100 Teile Siliciumdioxid und 0 bis 20
Gew.-% Haftvermittler, bezogen auf das Gewicht von Siliciumdioxid.
Außerdem
enthalten die erfindungsgemäßen färbbaren
Kautschukzusammensetzungen vorzugsweise 10 bis 90 Teile, je 100
Teile Kautschuk, Polybutadien, Polyisopren, Styrol-Butadien-Kautschuk, Styrol-Isopren-Butadien-Kautschuk,
Isopren-Butadien-Kautschuk,
Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk oder Gemische davon.
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Bevorzugter enthalten die färbbaren
Kautschukzusammensetzungen 30 bis 90 Teile, je 100 Teile Kautschuk,
Polybutadien, Polyisopren, Styrol-Butadien-Kautschuk, Styrol-Isopren-Butadien-Kautschuk, Isopren-Butadien-Kautschuk,
Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk
oder Gemische davon.
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Das in den erfindungsgemäßen färbbaren
Kautschukzusammensetzungen verwendete Copolymer ist vorzugsweise
ein Terpolymer von Isobutylen, para-Methylstyrol und Brom-para-Methylstyrol.
Außerdem
macht dieses Terpolymer vorzugsweise 20 bis 100 Teile, je 100 Teile
Kautschuk, der färbbaren
Kautschukzusammensetzung aus. Bevorzugter macht das Terpolymer 20
bis 80 Teile, je 100 Teile Kautschuk, der färbbaren Kautschukzusammensetzung
aus.
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Das in den erfindungsgemäßen färbbaren
Kautschukzusammensetzungen verwendete Siliciumdioxid ist vorzugsweise
gefällte
Kieselsäure.
Außerdem
macht die gefällte
Kieselsäure
vorzugsweise 30 bis 80 Teile der färbbaren Kautschukzusammensetzung
aus. Bevorzugter macht sie 40 bis 70 Teile aus. Der in den erfindungsgemäßen färbbaren
Kautschukzusammensetzungen verwendete Haftvermittler ist vorzugsweise
ein Organosilan-Haftvermittler. Vorzugsweise macht der Organosilan-Haftvermittler
2 bis 15 Gew.%, bezogen auf das Gewicht von Siliciumdioxid, der
färbbaren
Kautschukzusammensetzung aus. Bevorzugter macht er 3 bis 10 Gew.-%
aus.
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Die erfindungsgemäßen färbbaren Kautschukzusammensetzungen
sind bei der Herstellung von färbbaren
elastomeren Produkten brauchbar, die in der Lage sind, derzeitigen
Leistungsanforderungen zu entsprechen. Diese färbbaren Zusammensetzungen wurden
durch das Ersetzen von Rußfüllstoff
durch nicht färbenden
Mineralfüllstoff
hergestellt, wie beispielsweise Kieselpuder (fumed silica) oder
gefällte
Kieselsäure,
Tone, Talke, Calciumcarbonate, Aluminiumoxide, Titanoxide, Siliciumoxide
und Zinkoxide. Der Mineralfüllstoff
muß das
Polymersystem verstärken
und darf die wirksame Pigmentierung nicht hemmen. Außerdem wurden
die restlichen Komponenten der färbbaren
Mischung auf der Grundlage ausgewählt, daß sie die färbbare Natur des Elastomers
nicht stören.
Die erfindungsgemäßen gehärteten,
färbbaren
Zusammensetzungen haben noch die gleichen dynamischen und physikalischen
Eigen schaften, die den Leistungsanforderungen an derzeitige schwarzgefärbte Reifenlaufflächen entsprechen.
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Wie bereits erwähnt müssen alle Komponenten der transparenten
und färbbaren
elastomeren Zusammensetzungen sorgfältig ausgewählt werden, so daß sie die
Transparenz und/oder Färbbarkeit
der Zusammensetzung nicht stören.
Zum Beispiel sollten die Elastomere, Füllstoffe, Verarbeitungshilfsmittel,
Abbauschutzmittel und Härtungsmittel
die Zusammensetzung während
der Bildung der elastomeren Zusammensetzung nicht verfärben. Außerdem sollten
diese Komponenten die Elastomere in Folge des Aussetzens gegenüber Licht
(einschließlich
W), Wärme,
Sauerstoff, Ozon und Beanspruchung nicht verfärben.
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Die Füllstoffe der vorliegenden Erfindung
können
eine beliebige Größe haben
und liegen typischerweise zum Beispiel in der Reifenindustrie bei
etwa 0,0001 bis etwa 100 μm.
Siliciumdioxid bedeutet, wie es hier verwendet wird, ein beliebiger
Typ oder eine beliebige Teilchengröße von Siliciumdioxid oder
anderem Kieselsäurederivat,
oder Kieselsäure,
die durch Lösungs-,
pyrogene oder ähnliche
Verfahren verarbeitet wurden und eine Oberfläche aufweisen, einschließlich unbehandelter,
gefällter
Kieselsäure,
kristallinem Siliciumdioxid, kolloidalem Siliciumdioxid, Aluminium-
oder Calciumsilikaten, Kieselpuder und dergleichen.
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In den erfindungsgemäßen elastomeren
Zusammensetzungen werden vorzugsweise ein oder mehrere Haftvermittler
verwendet. Bevorzugter ist der Haftvermittler ein bifunktionelles
Organosilan-Vernetzungsmittel. Mit "Organosilan-Vernetzungsmittel" ist jeder beliebige
an Silan gekoppelte Füllstoff
und/oder Vernetzungsaktivator und/oder jedes beliebige Silanverstärkungsmittel
gemeint, der oder das den Fachleuten bekannt ist, einschließlich Vinyltriethoxysilan,
Vinyl-tris(Beta-methoxyethoxy)silan, gamma-Methacryloylpropyltrimethoxysilan, gamma-Aminopropyltriethoxysilan
(kommerziell als "A1100" von Witco verkauft),
gamma-Mercaptopropyltrimethoxysilan und dergleichen und Mischungen
derselben, jedoch nicht darauf beschränkt. In einer bevorzugten Ausführungsform
wird Bis(3-(Triethoxysilyl)propyl)tetrasulfan (kommerziell von Degussa
als "Si69" verkauft) eingesetzt.
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Das erfindungsgemäße Copolymer von C4-
bis C7-Isoolefin und para-Alkylstyrol schließt auch
Terpolymere von C4- bis C7-Isoolefin,
para-Alkylstyrol und halogeniertem para-Alkylstyrol ein. Die Prozentgehalte von
para-Alkylstyrol und Halogenierung können weit variieren. Unterschiedliche
Anwendungen können
deutlich unterschiedliche Formulierungen erfordern. Im allgemeinen
weist das erfindungsgemäße Copolymer
2 Gew.-% bis 20 Gew.-% para-Alkylstyrol
(vorzugsweise para-Methylstyrol) auf. Außerdem weist das erfindungsgemäße Copolymer
0,2 Mol-% bis 2,0 Mol-% halogenierte Verbindung auf, wie Brommethylstyrol.
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Vorzugsweise werden geringe Mengen
von entweder Brom und/oder para-Alkylstyrol verwendet. In einer
bevorzugten Ausführungsform
macht para-Alkylstyrol (vorzugsweise para-Methylstyrol) 5 Gew.-%
bis 10 Gew.-% des Copolymers aus. Bevorzugter macht es weniger als
10 Gew.-% des Copolymers aus. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform
macht eine halogenierte Verbindung, wie Brom-Methylstyrol, 0,40
Mol-% bis 3,0 Mol-% des Copolymers aus. Bevorzugter macht sie 0,50
Mol-% bis 1,25 Mol-% des Copolymers aus. Insbesondere macht sie
etwa 0,75 Mol-% des Copolymers aus.
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Die erfindungsgemäß hergestellten Zusammensetzungen
können
auch andere Komponenten und Additive enthalten, die üblicherweise
in Kautschukmischungen verwendet werden, die wirksame Mengen von nicht
gefärbten
und nicht verfärbenden
Verarbeitungshilfsmitteln, Pigmenten, Beschleunigern, Vernetzungs- und
Härtungsmaterialien,
Antioxidantien, Ozonschutzmitteln, Füllstoffen und naphthenischen,
aromatischen oder parafinischen Extenderölen, wenn der Gehalt an einem
Extenderöl
gewünscht
ist. Verarbeitungshilfsmittel schließen Plastifizierungsmittel,
Klebrigmacher, Extender, chemische Konditioniermittel, Homogenisierungsmittel
und Peptisierungsmittel, wie Mercaptane, Petrolöl und vulkanisierte Pflanzenöle, Wachse,
Harze, Kolophonium und dergleichen ein, sind jedoch nicht darauf
beschränkt.
Beschleunigungsmittel schließen
Amine, Guanidine, Thioharnstoffe, Thiazole, Thiurame, Sulfenamide,
Sulfenimide, Thiocarbamate, Xanthate und dergleichen ein. Vernetzungs-
und Härtungsmittel
schließen
Schwefel, Zinkoxid und Fettsäuren
ein. Peroxidhärtungssyste me
können
auch verwendet werden. Füllstoffe
schließen
Mineralfüllstoffe
wie Siliciumdioxid und Ton ein.
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Die vorliegende Erfindung liefert
verbesserte elastomere Zusammensetzungen, die ein Copolymer von
C4- bis C7-Isoolefin
und para-Alkylstyrol, Siliciumdioxid und gegebenenfalls ein oder
mehrere Haftvermittler umfassen. Diese Zusammensetzungen zeigen
verbesserten Eigenschaften, einschließlich verbesserter Abriebbeständigkeit,
vermindertem Schnittfortschreiten, verbesserter Haftung, vermindertem
Wärmeaufbau
und Beibehalten von mechanischen Eigenschaften bei Bedingungen von
starkem Hitzeaufbau, wie sie bei "Plattfuß"-Reifen und Motorträgern von Kraftfahrzeugen auftreten.
Das Elastomer mit im Wesentlichen Isoolefin (Isobutylen)-Grundgerüst ist ein
entscheidendes Element dafür,
daß es
einen selbstbeschränkenden
Wärmestau
verleiht. Bei geringeren Temperaturen zeigen diese Elastomere ein
starkes Dämpfungsverhalten,
das mechanische Energie in Form von Wärme abführt. Wenn sich das Elastomer
aufheizt, sinkt jedoch das Dämpfungsverhalten,
und das Verhalten des Elastomers ist elastischer und weniger abführend.
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Im Allgemeinen sind Polymergemische,
zum Beispiel solche, die zur Herstellung von Reifen verwendet werden,
vernetzt. Es ist bekannt, daß die
physikalischen Eigenschaften, Leistungscharakteristika und die Dauerhaftigkeit
von vulkanisierten Kautschukmischungen direkt mit der Anzahl (Vernetzungsdichte)
und dem Typ von Vernetzungen zusammenhängt, die bei der Vulkanisierungsreaktion
gebildet werden (siehe z. B. The Post Vulcanization Stabilization
for NR, W. F. Helt, B. H. To & W.
W. Paris, Rubber World, August 1991, Seiten 18 bis 23, auf die hier
Bezug genommen wird). Im Allgemeinen können Polymergemische durch
die Zugabe von härtenden
Molekülen
vernetzt werden, zum Beispiel Schwefel, Metalloxiden (d. h. Zinkoxid),
organometallischen Verbindungen, Radikalinitiatoren usw., gefolgt
von Erhitzen. Diese Methode kann beschleunigt werden und wird oft
zur Vulkanisierung von Elastomergemischen verwendet. Der Mechanismus
für die
beschleunigte Vulkanisierung von Naturkautschuk schließt komplexe
Wechselwirkungen zwischen dem Härtungsmittel,
Beschleunigungsmittel, Aktivatoren und Polymeren ein. Im Idealfall
wird das verfügbare
Härtungsmittel
bei der Bildung von wirksamen Vernetzungen verbraucht, die zwei
Polymerketten miteinander verbinden und die Gesamtfestigkeit der
Polymermatrix erhöhen.
Zahlreiche Härtungsmittel
sind in der Technik bekannt und schließen die Folgenden ein: Zinkoxid,
Stearinsäure,
Tetramethylthiuramdisulfid (TMTD), 4,4'-Dithiodimorpholin (DTDM), Tetrabutylthiuramdisulfid
(TBTD), Benzothiazyldisulfid (MBTS), Hexamethylen-1,6-bisthiosulfat-Dinatriumsalz-Dihydrat
(von Flexsys kommerziell als DURALINK HTS verkauft), 2-(Morpholinothio)benzothiazol (MBS
oder MOR), Gemische von 90% MOR und 10% MBTS (MOR 90) und N-Oxydiethylenthiocarbamyl-N-oxydiethylensulfonamid
(OTOS), Zink-2-Ethylhexanoat
(ZEH), sind jedoch nicht auf diese beschränkt. Außerdem sind verschiedene Vulkanisationssysteme
in der Technik bekannt (siehe z. B. Formulation Design and Curing
Characteristics of NBR Mixes for Seals, Rubber World, September
1993, Seiten 25 bis 93, worauf hier Bezug genommen wird).
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Die Materialien werden mit konventionellen
Mitteln gemischt, die den Fachleuten in der Technik bekannt sind,
in einer einzelnen Stufe oder in Schritten. Zum Beispiel können die
erfindungsgemäßen Elastomere in
einer einzigen Stufe verarbeitet werden. In einer bevorzugten Ausführungsform
werden das Siliciumdioxid und Silan in einem verschiedenen Schritt
von Zinkoxid und anderen Härtungsaktivatoren
und Beschleunigern zugegeben. In einer bevorzugteren Ausführungsform
werden Antioxidantien, Ozonschutzmittel und Verarbeitungsmaterialien
in einer Stufe zugegeben, nachdem Siliciumdioxid und Silan mit dem
Kautschuk verarbeitet wurden, und Zinkoxid wird in einem Endschritt
zugegeben, um das Mischungsmodul zu maximieren. Somit ist eine Verarbeitungsreihenfolge
in zwei bis drei (oder mehr) Schritten bevorzugt. Zusätzliche
Schritte können schrittweise
Zugaben von Füllstoff
und Verarbeitungsölen
einschließen.
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Gewerbliche
Anwendbarkeit
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Die erfindungsgemäßen elastomeren Zusammensetzungen
sind nicht nur transparent, sondern können auch mit anderen Kautschuken
covulkanisiert werden. Dies führt
zu einem transparenten Elastomer, das neben der Verwendung für bekannte
transparente Elastomere in einer breiten Vielzahl von Anwendungen
verwendet werden kann. Zum Beispiel können die erfindungsgemäßen transparenten
elastomeren Zusammensetzungen in Reifen verwendet werden.
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Die erfindungsgemäßen färbbaren elastomeren Zusammensetzungen
zeigen verbesserte Hystereseeigenschaften, Traktion, Hitzestabilität und Beibehaltung
von Eigenschaften beim Altern als bekannte färbbare Elastomere. Dies führt zu färbbaren
Kautschukzusammensetzungen, die ausreichende Eigenschaften haben, um
als verstärkendes
Element in einem Kraftfahrzeugreifen zu funktionieren. Der färbbare Kautschuk
ermöglicht
es einem Hersteller, einen Reifen mit verbessertem Produktaussehen
herzustellen.
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Die erfindungsgemäßen elastomeren Zusammensetzungen
sind in einer Vielzahl von Anwendungen brauchbar, insbesondere Luftreifenkomponenten,
Schläuchen,
Gürteln,
Vollreifen, Fußbekleidungskomponenten,
Walzen für
Kunstgraphikanwendungen, Schwingungsdämpfungsvorrichtungen, pharmazeutischen
Vorrichtungen, Klebstoffen, Dichtungsmassen, Schutzbeschichtungen
und Bälgen
für das
Halten von Flüssigkeit und
Härtungszwecke.
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BEISPIELE
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Beispiel 1
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Es wurden Experimente durchgeführt, um
transparente Elastomere herzustellen. Masterbatches von EXXPRO®-Elastomeren
(Terpolymer von Isobutylen, para-Methylstyrol und Brom-para-Methylstyrol,
kommerziell von Exxon Chemical Company erhältlich) mit unterschiedlicher
Bromierungsmenge, unterschiedlichem Comonomergehalt und Molekulargewicht
wurden hergestellt. Die Copolymere wiesen die in Tabelle 1 aufgelisteten
Eigenschaften auf.
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Tabelle
1. Eigenschaften der Copolymere
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Es wurden Testzusammensetzungen gemischt,
um die Masterbatch-Komponenten und die Härtungsadditive zu vermischen,
die in Tabelle 2 aufgelistet sind. FLEXON 785 ist ein naphthenisches
Petrolöl.
DIAK #1 ist Hexamethylendiamincarbonat, erhältlich von Du Pont/Dow Elastomers.
DPG ist Diphenylguanidin.
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Tabelle
2. Formulierungen der Testzusammensetzungen A–F
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Die Testzusammentsetzungen (A–F) wurden
auf Härtungscharakteristika,
Härte und
Reißfestigkeit
getestet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 dargestellt.
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Tabelle
3. Eigenschaften der Testzusammensetzungen A–F
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Die Proben zeigten alle Kontakttransparenz.
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Beispiel 2
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Ein Minolta CR-100 ChromaMeter wurde
verwendet, um die Helligkeit (L*), die Farben rot-grün (a*) und
gelb-blau (b*) von gehärteten
Mischungen quanitativ zu bestimmen, um den Lichtdurchgang (ein Maß für die Transparenz)
zu maximieren und die Farbe zu minimieren oder einzustellen. Die
Fähigkeit,
Schrift durch diese gehärteten
Kautschukmischungen zu lesen, wurde außerdem als subjektives Maß für die Kontakttransparenz
der Bestandteile in der Formulierung verwendet. Es wurden statistisch
aufgebaute Experimente mit unterschiedlichen Bestandteilen und eine
statistische Analyse der Varianz (ANOVA) bezüglich der Wirkungen auf die
Mischungshärtung,
physikalischen und Farbeigenschaften durchgeführt.
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Acht Formulierungen von EXXPRO®-Elastomeren
mit statistisch unterschiedlichen para-Methylstyrol- und Brom-Methylstyrol-Mengen
wurden in einer einfachen Mischung bewertet, die nur mit gefällter Kieselsäure und
einem Zinkoxid/Zinkstearat-Härtungssystem
hergestellt worden war. Es wurde festgestellt, daß geringe Mengen
von entweder Brom und/oder para-Methylstyrol die höchsten L*-werte
mit geringen, jedoch nicht negativen a*- und b*-Werten ergaben, siehe Tabelle 4. EXXPRO® 89-1
(5 Gew.-% pMS, 0,75 Mol-% Br) zeigte die höchsten L*- und niedrigsten
a* und b*-Werte.
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Tabelle
4. Optische Eigenschaften von EXXPRO
®-Kautschuk-Mischungen
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Beispiel 3
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Zehn Härtungstypen, von denen eine
Brauchbarkeit beim gleichzeitigen Härten mit den anderen schwefelvulkanisierten
Reifenmischungen angenommen wurde, wurden untersucht. Akzeptable
Härter
waren Zinkoxid/Stearinsäure,
Zinkoxid/Zinkstearat, Hexamethylen-1,6-bis(thiosulfat)-Dinatriumsalz-Dihydrat(von Flexsys
kommerziell als DURALINK HTS verkauft)/Zinkstearat, DURALINK HTS/Zinkoxid
und 1,3-Bis(citraconimidomethyl)benzol (von Flexsys kommerziell
als PERKALINK 900 verkauft)/Zinkstearat, weil deren Verwendung transparente
Mischungen von fast farblos bis mit gelber oder beiger Farbe ergab.
Butylzimat/Zinkstearat ergab eine transparente, hellbraun gefärbte Mischung.
Die Verwendung von CBS (N-Cyclohexyl-2-benzothiazolsulfenamid) ergab
eine beige Mischung, Amylphenyldisulfid-Polymer (18,5–21 % Schwefel)
(von Elf Atochem North America kommerziell als VULTAC 5 verkauft)
ergab eine graue Mischung, und A1100 ergab eine braune Mischung,
keine war visuell transparent, bezogen auf die Fähigkeit, Schrift zu lesen.
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Beispiel 4
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Gefällte Kieselsäuren, hergestellt
mit einem wässrigen
Ansäuerungsverfahren,
wurden unter Verwendung von EXXPRO® 89-1
als das Elastomer und Duralink HTS/Zinkstearat als das Härtungssystem
untersucht. Es wurde beobachtet, daß bei gefällten Kieselsäuren mit
ungefähr
der gleichen CTAB-Oberfläche
(ungefähr 170
m2/g) die Verwendung einer gefällten Kieselsäure mit
einem höheren
Salzgehalt eine braungefärbte
transparente Mischung (Zeosil 1165MP von Rhone Poulenc) ergab, im
Vergleich mit gefällten
Kieselsäuren
mit geringerem Salzgehalt, die gelbgefärbte transparente Mischungen
ergaben. Die Verwendung einer gefällten Kieselsäure, die
unter Verwendung von CO2/Chlorwasserstoff
als die Säuren
hergestellt wurde (Hi-Sil 243LD von PPG), ist vorteilhafter als
eine, die unter Verwendung von Schwefelsäure hergestellt wurde (Zeopol
8745 von J. M. Huber), da die erstgenannte eine hellere gelbe transparente
Mischung ergab. Die Verwendung einer gefällten Kieselsäure mit
größerer Oberfläche und
niedrigem Salzgehalt (Hi-Sil 195G von PPG) ist vorteilhafter, weil
sie eine kontakttransparentere Mischung und verbesserte physikalische
Eigenschaften der gehärteten
Mischung zu ergeben scheint. Die Verwendung eines Kieselpuders mit
großer
Oberfläche,
das mit einem Gasphasenkondensationsverfahren hergestellt wurde,
was ein Siliciumdioxid im wesentlichen ohne Salz ergibt (Cab-O-Sil
M5 von Cabot), ist wegen der optischen Eigenschaften gewünscht.
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Beispiel 5
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Transparente, gehärtete EXXPRO®-Mischungen
wurden in Gemischen mit cis-Polyisopren und/oder cis-Polybutadien
unter Verwendung von Fällungskieselsäure und
Kieselpuder als die Füllstoffe
und einem Schwefelhärtesystem
hergestellt. Alle gehärteten
Mischungen waren kontakttransparent, besagen jedoch eine gelbe bis
braune Farbe, in Abhängigkeit
von den bestimmten Bestandteilen, und ergaben Mischungen mit physikalischen
Eigenschaften, die zur Verwendung in einer Vielzahl von Kautschukanwendungen
geeignet sind. Beispiele sind in Tabelle 5 gezeigt.
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Tabelle
5. Formulierungen und Eigenschaften von transparenten Kautschukmischungen
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Beispiel 6
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Es wurde eine Formulierung für eine färbbare Reifenlauffläche hergestellt,
siehe Tabelle 6. Diese Formulierung unterscheidet sich auf verschiedene
Weise von einer Standardreifenlaufflächenformulierung. Zum Beispiel
wurden EXXPRO®-Polymere
anstelle einer gleichen Gewichtsmenge von in Lösung polymerisiertem SBR verwendet,
um dynamische und physikalische Eigenschaften der gehärteten Mischung
zu verbessern. Auch wurde Si69 als der Silan-Haftvermittler anstelle
des üblicheren
X50S (das 50 Gew.-% Si69 auf N330-Ruß als Träger ist) verwendet. Außerdem wurde
kein Ozonschutzmittel verwendet, weil dies die Laufflächenzusammensetzung
auch färben
oder verfärben
kann. Die Färbbarkeit
der Mischung kann weiterhin durch Verwendung von Titandioxid als
nicht verstärkendes,
sondern Weißungspigment,
verbessert werden.
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Tabelle
6. Färbbare
Kautschukmischungsformulierung
bromiertes
Isobutylen-co-para-Methylstyrol (EXXPRO®) | 20
phr |
– Variation
von Brom- und para-Methylstyrol-Gehalten Styrol-Butadien-Kautschuk
(sSBR) | 55 |
– Variation
von Styrol- und Vinyl-Gehalten Polybutadien, 98% cis | 25 |
gefällte Kieselsäure | 75 |
Titandioxid | 20 |
Silan-Haftvermittler
(10 % auf Siliciumdioxid), Si-69 | 7,5 |
aromatisches Öl, Sundex
8125 | 24 |
Zinkoxid | 2 |
Stearinsäure | 1 |
Antioxidans,
gemischtes Diaryl-p-phenylendiamin | 0,75 |
Schwefel | 1,2 |
Sulfenamid,
N-Cyclohexyl-2-benzothiazylsulfenamid (CBS) | 1,75 |
Diphenylguanidin | 1,2 |
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Beispiel 7
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Die viskoelastische Natur von EXXPRO®-Elastomeren
erhöht
die Verlustmodul(G'')- oder Tangens-Delta-Werte
der gehärteten
Mischung, bestimmt bei 0°C,
siehe 1. Dieser dynamische Wert
ist ein Labortest, der zur Vorhersage der Naßtraktionsleistung von Laufflächenmischungen
brauchbar ist. Ein hoher wert ist gewünscht. Der Tangens-Delta-wert,
bestimmt bei 60°C
in Laborinstrumenten, ist vermindert, wenn EXXPRO®-Elastomere
verwendet werden (siehe 1),
was einen geringeren Wärmeentwicklungswert
andeutet. Dies läßt eine
Vorhersage des Reifenrollwiderstands zu. Ein niedrigerer wert ist
gewünscht.
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Der Komplexmodulwert (G*), bestimmt
bei 60°C,
wird als Laborvorhersagewert für
die Trockenhandhabungs- oder Kurvenfahrtencharakteristika der Laufflächenmischung
des Reifens verwendet.
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Ein höherer Wert wird benötigt, wenn
ein für
höhere
Geschwindigkeiten zugelassener Reifen (d. h. H-, V-, Z-zugelassen)
gewünscht
ist. Die Größe dieser
Vorteile, wenn EXXPRO®-Elastomere verwendet
werden, hängt
auch von den in dem Gemischsystem verwendeten bestimmten Polymeren
ab. Die Zugabe eines EXXPRO®-Elastomers verbessert
eine oder mehrere dieser dynamischen Eigenschaften, siehe Tabelle
7.
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Während
bestimmte beispielhafte Ausführungsformen
und Details zum Zwecke der Verdeutlichung der Erfindung gezeigt
wurden, ist den Fachleuten in der Technik klar, daß verschiedene
Veränderungen
in dem Verfahren und den Produkten, die hier offenbart sind, innerhalb
des Gegenstandes der Erfindung gemacht werden können, die in den nachfolgenden
Ansprüchen
definiert ist.