DE69824268T2 - Reifenlaufflächenzusammensetzung - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kautschukmischung für eine Reifenlauffläche.
• In letzter Zeit wird infolge der zunehmenden gesellschaftlichen Forderung nach einer Verringerung der Kraftstoffkosten von Fahrzeugen bei der Entwicklung von Reifen mit niedrigen Kraftstoffkosten, die einen herabgesetzten Rollwiderstand aufweisen, im Allgemeinen angestrebt, den Hystereseverlust der Kautschukmischung der Lauffläche zu verringern. Es ist bekannt, dass zur Verringerung des Hystereseverlustes eine Reduzierung der Rußmenge in der Kautschukmischung für Laufflächen und die Verwendung von Silica als Füllstoff effektiv sind.
• Je kleiner jedoch die Menge an Ruß ist, desto höher ist der elektrische Widerstand der Kautschukmischung, und somit wird der elektrische Widerstand des unter Verwendung einer derartigen Kautschukmischung für die Lauffläche erhaltenen Reifens ebenfalls hoch, und es gibt ein Problem, dass sich statische Elektrizität an der Fahrzeugkarosserie und dem Reifen sammelt, was Funkrauschen und Funkenbildung bei der Betankung mit Kraftstoff hervorruft. Deshalb ist es für Kautschukmischungen, die Silica enthalten und in denen die Russmenge gering ist, von Bedeutung, wie der elektrische Widerstand herabgesetzt wird.
• Im Stand der Technik, beispielsweise JP-A-60-223840, JP-A-61-66733, JP-A-6343937, JP-A-1-242644 und JP-A-7-292154, ist eine Technik offenbart, in der ein Adipinsäureester einer Kautschukmischung als Weichmacher hinzugefügt wird. Da jedoch nur Ruß als Füllstoff verwendet wird, ist kein Gegenstand zur Verringerung des elektrischen Widerstandes herauszufinden, und es gibt keine Offenbarung und Lehre in Bezug auf die Verwendung eines Diesters der Adipinsäure zur Verringerung des elektrischen Widerstandes.
• Ebenso Stand der Technik ist die EP 0 748 841 , die eine Kautschukmischung für eine Reifenlauffläche zeigt, in der ein Weichmacher in der Form eines Diesters der Adipinsäure vorgesehen ist. Die US 5 679 744 offenbart Ester-Weichmacher, wie etwa Diester der Adipinsäure, aber nur mit dem Ziel, die Festigkeit von Gummi, insbesondere die Reißfestigkeit, den Abriebwiderstand, den Ermüdungswiderstand und die Beständigkeit gegenüber äußerer Beschädigung für Reifen, die unter kalten Bedingungen verwendet werden, zu verbessern. Keine dieser Beschreibungen aus dem Stand der Technik gibt irgendeinen Kommentar oder eine Lehre in Bezug auf die Verwendung eines Diesters der Adipinsäure zur Verringerung des elektrischen Widerstandes an.
• Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kautschukmischung für Reifenlaufflächen bereitzustellen, die Silica enthält aber auch einen niedrigen elektrischen Widerstand aufweist. Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kautschukmischung für Laufflächen zu erhalten, die Silica enthält und wohl ausgewogene Eigenschaften aufweist, wie etwa einen niedrigen Rollwiderstand, einen guten Abriebwiderstand und eine gute Nässeleistung.
• Die Erfinder haben entdeckt, dass der elektrische Widerstand in dem Fall effektiv verringert werden kann, wenn ein spezifischer Diester der Adipin säure in eine Kautschukmischung gemischt wird, die zubereitet wird, indem Silica hinzugefügt wird, und sie haben die vorliegende Erfindung getätigt.
• Dementsprechend betrifft die vorliegende Erfindung eine Kautschukmischung für Reifenlaufflächen nach Anspruch 1.
• Bei der vorliegenden Erfindung können Dienkautschuke, die auf dem Reifengebiet verwendet worden sind, ohne irgendeine Einschränkung verwendet werden.
• Beispiele von Dienkautschuken sind etwa Naturkautschuk (NR), Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR), Isopren-Kautschuk (IR), Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM), Isopren-Butadien-Kautschuk (IBR), Butadien-Kautschuk (BR), Acrylnitril-Butadien-Kautschuk (NBR), Chloropren-Kautschuk (CR) und dergleichen. Diese Dienkautschuke können alleine oder in wählbaren Kombinationen derselben verwendet werden. Unter diesen sind die Dienkautschuke, die NR, BR, SBR oder IR verwenden, von dem Gesichtspunkt aus bevorzugt, dass sie Vielzweckkautschuke für Reifen sind.
• Bei der vorliegenden Erfindung kann Silica, das auf dem Reifengebiet verwendet worden ist, ohne irgendeine Einschränkung verwendet werden. Von den Gesichtspunkten der Verstärkungswirkung in dem Kautschuk und der Verarbeitbarkeit des Kautschuks aus ist ein Beispiel eines bevorzugten Silicas etwa eines, das eine spezifische Oberfläche nach BET von 150 bis 250 m²/b und eine DBP-Ölabsorptionsmenge von 190 bis 280 ml/100 g aufweist.
• Beispiele derartiger Silicas, die im Handel erhältlich sind, sind etwa NIPSIL VN3 und NIPSIL AQ, die von Nippon Silica Kabushiki Kaisha erhältlich sind, Z1165MP und Z165Gr, die von Rhône-Poulenc Co. erhältlich sind, Ultrasil VN3, das von Degussa Co. erhältlich ist, und dergleichen.
• Die hinzugefügte Menge an Silica kann bei der vorliegenden Erfindung zwischen 40 und 90 Gewichtsteile auf der Basis von 100 Gewichtsteilen des oben erwähnten Dienkautschuks, vorzugsweise zwischen 60 und 90 Gewichtsteile vom Gesichtspunkt der Sicherstellung der Nässeleistung des Reifens aus betragen.
• Bei der vorliegenden Erfindung wird ein Diester der Adipinsäure hinzugefügt, der den elektrischen Widerstand der erhaltenen Kautschukmischung für Reifenlaufflächen verringert. Man geht davon aus, dass die Anwesenheit von freien Elektronen an den Sauerstoff einer Esterbindung den elektrischen Widerstand der Kautschukmischung für Reifenlaufflächen verringert.
• Beispiele derartiger Diester der Adipinsäure sind etwa Di(polyethylenglycol)adipat (ein Reaktionsprodukt von Adipinsäure und Polyethylenglykol), das durch die Formel (1) dargestellt ist: HO-(CH₂-CH₂-O)_m-OOC-(CH₂)₄-COO-(O-CH₂CH₂)_m-OH, wobei m eine ganze Zahl zwischen 10 und 20 ist, Di(diethylenglykolmonoalkylether)adipat (ein Reaktionsprodukt von Adipinsäure und Ether), das durch die Formel (2) dargestellt ist: C_nH_2n+1-O-C₂H₄-O-C₂H₄-OOC-(CH₂)₄-COO-CH₄-O-CH₄-O-C_nH_2n+1, wobei n 1, 2 oder 4 und dergleichen ist, vom Gesichtspunkt einer hohen elektrischen Leitfä higkeit aus ist es bevorzugt, eine Verbindung zu verwenden, die durch Formel (1) dargestellt ist.
• Die hinzugefügte Menge des Diesters der Adipinsäure kann zwischen 5 und 40 Gewichtsteilen auf der Basis von 100 Gewichtsteilen des oben erwähnten Dienkautschuks, vorzugsweise zwischen 15 und 30 Gewichtsteilen vom Gesichtspunkt des Ausgleichens des elektrischen Widerstandes und des Abriebwiderstandes betragen.
• Auch der Diester der Adipinsäure, der bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird, kann beispielsweise aus Polyethylenglykol und Adipinsäure durch ein übliches Verfahren zubereitet werden.
• Bei der vorliegenden Erfindung ist es weiter bevorzugt, Metallsalz, insbesondere ein Perchlorsäuresalz eines Metalls hinzuzufügen. Dies ist der Fall, da in der resultierenden Kautschukmischung ein Metallion ein Netzwerk mit einem Sauerstoffatom in dem Molekül des Diesters der Adipinsäure bildet, so dass eine Ionenleitfähigkeit bewirkt wird und somit der elektrische Widerstand der resultierenden Kautschukmischung für Reifenlaufflächen verringert werden kann.
• Ein derartiges Metallsalz kann irgendeines von denen sein, die ein Metallion in der Kautschukmischung der vorliegenden Erfindung bereitstellen. Beispiele davon sind etwa Perchlorsäuresalze, wie etwa LiClO₄, KClO₄, NaClO₄ und Mg(ClO₄)₂, und insbesondere ist ein Lithiumsalz bevorzugt. Unter diesen ist LiClO₄ von den Gesichtspunkten aus bevorzugt, dass es frei von der Gefahr einer Explosion und sicher ist, und dass es den Abriebwiderstand der Reifenlauffläche verbessert.
• Die hinzugefügte Menge des Metallsalzes kann zwischen 1 und 5 Gewichtsteile auf der Basis von 100 Gewichtsteilen des oben erwähnten Diesters der Adipinsäure, vorzugsweise zwischen 3 und 5 Gewichtsteile vom Gesichtspunkt einer hohen elektrischen Leitfähigkeit aus betragen.
• Weiter ist es bei der vorliegenden Erfindung bevorzugt, einen Silanhaftvermittler hinzuzufügen. Dies ist der Fall, weil das Hinzufügen des Silanhaftvermittlers zu einer chemischen Bindung des oben erwähnten Diesters der Adipinsäure und einem Dienkautschuk über den Silanhaftvermittler führt und der Rollwiderstand weiter reduziert und die Nässeleistung weiter verbessert werden kann, um die Abhängigkeit der Härte von der Temperatur zu verringern.
• Silanhaftvermittler, die auf dem Reifengebiet verwendet worden sind, können ohne irgendeine Einschränkung verwendet werden. Beispiele von bevorzugten Silanhaftvermittlern sind etwa Vinyltrimethoxysilan, Vinyltriethoxysilan, N-(2-Aminoethyl)-3-aminopropylmethyldimethoxysilan, 3-Aminopropyltriethoxysilan, 3-Glycidoxypropylmethyldimethoxysilan und dergleichen.
• Die hinzugefügte Menge des Silanhaftvermittlers kann die minimale Menge sein, die notwendig ist, um den Rollwiderstand zu verringern und die Nässeleistung zu verbessern, und kann von einem Fachmann fakultativ gewählt werden.
• Zusätzlich zu den oben erwähnten Komponenten kann der Kautschukmischung der vorliegenden Erfindung gegebenenfalls ein Füllstoff, wie etwa Talk, Ton oder Ruß; ein Weichmacher, wie etwa ein paraffinisches, aromatisches oder naphthenisches Weichmacheröl; ein Tackifier, wie etwa ein Cumaron-Inden-Harz, Kolophonium oder Cyclopentadienharz; ein Vulkanisiermittel, wie etwa Schwefel oder Peroxid; ein Vulkanisationsbeschleuniger; eine Aktivatorhilfe, wie etwa eine Stearinsäure oder Zinkoxid; ein Kautschukantioxidans; und dergleichen in einer Menge hinzugefügt werden, der die Wirkungen der vorliegenden Erfindung nicht beeinträchtigt.
• Nachstehend wird das Verfahren zum Zubereiten der Kautschukmischung für Laufflächen der vorliegenden Erfindung erläutert.
• Die Kautschukmischung für Reifenlaufflächen der vorliegenden Erfindung kann erhalten werden, indem die oben erwähnten Komponenten über eine Zeitdauer unter Verwendung eines üblichen Verfahrens geknetet werden. Es ist jedoch vom Gesichtspunkt der Anhaftung der Diestersäure an der Silicaoberfläche aus bevorzugt, dass der Diester der Adipinsäure zuvor mit Silica geknetet wird, um den Diester der Adipinsäure physikalisch oder chemisch auf die Silicaoberfläche zu transportieren, und dieses Gemisch wird daraufhin mit weiteren Komponenten geknetet.
• In dem Fall des Hinzufügens des Metallsalzes ist es vom Gesichtspunkt der Bildung eines Netzwerks mit einer Ionenleitfähigkeit aus bevorzugt, dass das Metallsalz zuvor mit dem Diester der Adipinsäure geknetet wird.
• Die vorliegende Erfindung wird mittels der folgenden Beispiele ausführlicher erläutert, ist aber nicht auf diese begrenzt.
• Zunächst ist in Tabelle 1 jede in den Beispielen verwendete Komponente gezeigt.
• TABELLE 1

  
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• BEISPIELE 1 BIS 3
• Alle Komponenten mit Ausnahme des Schwefels und des Vulkanisationsbeschleunigers wurden bei ungefähr 150°C vier Minuten lang unter Verwendung eines Banbury-Mischers mit 1,7 Litern, der von Kobe Steel Ltd. hergestellt wird, gemäß den in Tabellen 1 und 2 gezeigten Mischungsmen gen geknetet, um ein geknetetes Produkt zu erhalten. Dem resultierenden gekneteten Produkt wurden 1,5 Gewichtsteile Schwefel und 3,0 Gewichtsteile Vulkanisationsbeschleuniger hinzugefügt, worauf ein weiteres Kneten bei 80°C ungefähr 4 Minuten lang durch eine Twin-Walze und ein Vulkanisieren bei 170°C zehn Minuten lang folgte, so dass sich Kautschukmischungen 1 bis 3 für Reifenlaufflächen der vorliegenden Erfindung ergaben.
• In Bezug auf die resultierenden vulkanisierten Kautschukmischungen wurden Tests gemäß den folgenden Verfahren durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt.
• Testverfahren
• (1) Spezifischer Volumenwiderstand (logδV): Eine Probe von 15 cm × 15 cm × 2 mm wurde aus der vulkanisierten Kautschukmischung für Reifenlaufflächen hergestellt, und der spezifische Volumenwiderstand wurde unter Verwendung eines elektrischen Widerstandsmessers ADVANTESTER 8340 A, der von Advantest Co. erhältlich ist, unter den Bedingungen einer angelegten Spannung von 1000 V, einer Temperatur von 25°C und einer Feuchtigkeit von 50% gemessen. Der spezifische Volumenwiderstand beträgt vorzugsweise weniger als 11.
• (2) Rollwiderstand: Es wurde ein Reifen mit 175/70R13 hergestellt, der eine aus der Kautschukmischung hergestellte Lauffläche aufwies, und es wurde unter Verwendung einer von Kobe Kikai Kabushiki Kaisha hergestellten Testvorrichtung der Rollwiderstand gemessen, indem er bei einer Last von 345 kg, einem Innendruck von 200 kPa und einer Geschwindig keit von 80 km/h gefahren wurde. Der Rollwiderstand wurde als Index bewertet, unter der Annahme, dass der Index im Fall des nachstehend beschriebenen Vergleichsbeispiels 1 100 war. Je größer der Index ist, desto niedriger ist der Rollwiderstand.
• (3) Abriebwiderstand: Es wurden Reifen mit 175/70R13 und den aus der Kautschukmischung hergestellten Laufflächen produziert und auf ein Auto aufgezogen. Nachdem das Auto 30.000 km auf einer gewöhnlichen Straße und Schnellstraßen gefahren worden war, wurde die Tiefe der verbleibenden Rillen der Lauffläche gemessen, um den Abriebwiderstand durch einen Index zu bewerten, der unter der Annahme erhalten wurde, dass der Index im Fall des nachstehend beschriebenen Vergleichsbeispiels 1 100 war. Je größer der Index ist, desto besser ist der Abriebwiderstand.
• (4) Nässeleistung: Der bei dem Test (3) verwendete Wagen wurde auf einer Teststrecke auf einer geneigten Oberfläche mit niedrigem μ, auf der Wasser über die gesamte Strecke verteilt war, in Kreis gefahren. Es wurde die maximale Geschwindigkeit zu dem Zeitpunkt gemessen, als der Reifen ins Rutschen kam, um die Nässeleistung durch einen Index zu bewerten, der unter der Annahme erhalten wurde, dass der Index des Vergleichsbeispiels 1 100 war. Je größer der Index ist, desto besser ist die Nässeleistung.
• (5) Elektrischer Widerstand des Reifens: Unter Verwendung der bei dem Test (3) verwendeten Reifen wurde der Widerstand zwischen dem mittleren Teil einer Felge und einer leitfähigen Platte, die die Reifenlauffläche berührte, mit einem Mega-Ohmmeter unter den Bedingungen eines Innendrucks von 200 kPa, einer Last von 2,94 kN, einer angelegten Spannung von 1000 V, einer Temperatur von 25°C und einer Feuchtigkeit von 50%, gemessen. Es ist bevorzugt, dass der elektrische Widerstand weniger als 9 beträgt.
• BEISPIELE 4 UND 5
• Die gleichen Prozeduren wie bei Beispiel 1 wurden gemäß den in den Tabellen 1 und 2 gezeigten Mischungsmengen durchgeführt, mit der Ausnahme, dass zuvor ein Lithiumsalz in den Diester der Adipinsäure gemischt wurde. Somit wurden die vulkanisierten Kautschukmischungen 4 und 5 für Laufflächen der vorliegenden Erfindung erhalten, und es wurden Tests ausgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt.
• BEISPIEL 6
• Die gleichen Prozeduren wie bei Beispiel 1 wurden gemäß den in den Tabellen 1 und 2 gezeigten Mischungsmengen durchgeführt, mit der Ausnahme, dass zuvor Silica und Diester der Adipinsäure hineingemischt wurden. Somit wurde die vulkanisierte Kautschukmischung 6 für Reifenlaufflächen der vorliegenden Erfindung erhalten, und es wurden Tests ausgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt.
• VERGLEICHSBEISPIELE 1 BIS 3
• Es wurden zum Vergleich Kautschukmischungen 1 bis 3 auf die gleiche Weise wie bei Beispiel 1 zubereitet, mit der Ausnahme, dass die Mischungsmengen zu denen, die in Tabelle 2 gezeigt sind, verändert wurden.
• Es wurden die gleichen Tests wie in Beispiel 1 ausgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt.
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• BEISPIELE 7 UND 8
• Es wurden vulkanisierte Kautschukmischungen 7 und 8 für Reifenlaufflächen der vorliegenden Erfindung auf die gleiche Weise wie bei den Beispielen 4 und 5 zubereitet, mit der Ausnahme, dass die Art des Diesters der Adipinsäure verändert wurde, und es wurden Tests ausgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt.
• BEISPIEL 9
• Es wurde die vulkanisierte Kautschukmischung 9 für Reifenlaufflächen der vorliegenden Erfindung auf die gleiche Weise wie bei Beispiel 6 zubereitet, mit der Ausnahme, dass die Art des Diesters der Adipinsäure verändert wurde, und es wurden Tests ausgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt.
• Aus den Bewertungsergebnissen von Beispiel 1 und den Vergleichsbeispielen 1 und 2 ist zu sehen, dass, wenn die hinzugefügte Menge des Diesters der Adipinsäure kleiner als 5 Gewichtsteile ist, der elektrische Widerstand nicht verringert wird.
• Aus den Bewertungsergebnissen von Beispiel 3 und Vergleichsbeispiel 3 ist zu sehen, dass, wenn die hinzugefügte Menge des Diesters der Adipinsäure 40 Gewichtsteile übersteigt, der Abriebwiderstand herabgesetzt ist.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Kautschukmischung für Reifenlaufflächen erhalten, die Silica enthält, das einen geringen elektrischen Widerstand aufweist, und ferner weist die Kautschukmischung für Laufflächen, die Silica enthält, wohl ausgewogene Eigenschaften, wie einen niedrigen Rollwiderstand, einen guten Abriebwiderstand und eine gute Nässeleistung auf.

Claims (5)

1. Kautschukmischung für eine Reifenlauffläche, gekennzeichnet durch 40 bis 90 Gewichtsteile Silica und 5 bis 40 Gewichtsteile eines Diesters der Adipinsäure auf der Basis von 100 Gewichtsteilen eines Dienkautschuks und zubereitet, indem der Adipinsäure 1 bis 5 Gewichtsteile eines Metallsalzes auf der Basis von 100 Gewichtsteilen des Diesters hinzugefügt werden.
2. Kautschukmischung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallsalzmenge 3 bis 5 Teile beträgt.
3. Kautschukmischung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallsalz eines der Perchlorsäure ist.
4. Kautschukmischung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallsalz eines von LiClO₄, KClO₄, NaClO₄ oder Mg (ClO₄)₂ ist.
5. Kautschukmischung nach den Ansprüchen 1 bis 4, gekennzeichnet durch den Zusatz eines Silanhaftvermittlers.