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DE102008026351A1 - Kautschukmischung mit verbessertem Rollwiderstand - Google Patents

Kautschukmischung mit verbessertem Rollwiderstand Download PDF

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DE102008026351A1
DE102008026351A1 DE102008026351A DE102008026351A DE102008026351A1 DE 102008026351 A1 DE102008026351 A1 DE 102008026351A1 DE 102008026351 A DE102008026351 A DE 102008026351A DE 102008026351 A DE102008026351 A DE 102008026351A DE 102008026351 A1 DE102008026351 A1 DE 102008026351A1
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Germany
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mixture according
rubber
rubber mixture
phr
plasticizer
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DE102008026351A
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English (en)
Inventor
Jürgen Dr. Wagemann
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Continental Reifen Deutschland GmbH
Original Assignee
Continental AG
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kautschukmischung, insbesondere für Fahrzeugluftreifen, Gurte und Riemen. Die Kautschukmischung ist dabei durch folgende Zusammensetzung gekennzeichnet: - zumindest einen polaren oder unpolaren Kautschuk und - zumindest einen hellen und/oder dunklen Füllstoff und - zumindest ein Dimerdiol als Weichmacher und/oder zumindest eine Dimersäure als Weichmacher und - weitere Zusatzstoffe.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Kautschukmischung, insbesondere für Fahrzeugluftreifen, Gurte und Riemen.
  • Die Kautschukzusammensetzung des Laufstreifens bestimmt in hohem Maße die Fahreigenschaften eines Reifens, insbesondere eines Fahrzeugluftreifens. Ebenso sind die Kautschukmischungen, die in Riemen und Gurten Verwendung vor allem in den mechanisch stark belasteten Stellen finden, für Stabilität und Langlebigkeit dieser Gummiartikel im Wesentlichen verantwortlich. Daher werden an diese Kautschukmischungen für Fahrzeugluftreifen, Gurte und Riemen sehr hohe Anforderungen gestellt.
  • Durch den teilweisen oder vollständigen Ersatz des Füllstoffes Ruß durch Kieselsäure in Kautschukmischungen wurden z. B. die Fahreigenschaften eines Reifens in den vergangenen Jahren insgesamt auf ein höheres Niveau gebracht. Die bekannten Zielkonflikte der sich gegensätzlich verhaltenden Reifeneigenschaften, bestehen allerdings auch bei kieselsäurehaltigen Laufstreifenmischungen weiterhin. So zieht eine Verbesserung des Nassgriffs und des Trockenbremsens weiterhin in der Regel eine Verschlechterung des Rollwiderstandes, der Wintereigenschaften und des Abriebverhaltens nach sich. Gute Griffigkeit und geringer Abrieb sind auch bei technischen Gummiartikeln, wie Gurte und Riemen, ein wichtiges Qualitätskriterium.
  • Um diese Zielkonflikte zu lösen, sind schon vielfältige Ansätze verfolgt worden. So hat man beispielsweise unterschiedlichste, auch modifizierte Polymere, Harze und hochdisperse Füllstoffe für Kautschukmischungen eingesetzt und man hat versucht, die Vulkanisateigenschaften durch Modifikation der Mischungsherstellung zu beeinflussen.
  • Neben Kautschuk und Füllstoffen bilden die Weichmacher eine andere wichtige Klasse von Zuschlagstoffen. Weichmacher werden Kautschukmischungen zum Teil in großen Mengen zugesetzt, um dem Mischungspreis zu senken, die Fließeigenschaften der Mischung zu verbessern (Energieeinsparung bei der Verarbeitung, Vermeidung von Energiespitzen), die Füllstoffdispersion zu verbessern, das Konfektionier- und das Klebverhalten zu verbessern und die physikalischen Eigenschaften der Mischung und der daraus hergestellten Vulkanisate zu beeinflussen.
  • Neben den üblicherweise in Kautschukmischungen verwendeten aromatischen, naphthenischen und paraffinischen Mineralölweichmachern gibt es verschiedene synthetische Weichmacher, die in Kautschukmischungen eingesetzt werden, wie z. B. Thioester, Phthalsäureester, aromatische Polyether, Phosphorsäureester, Sebacinsäureester oder niedrigmolekulare, polymere Polyester.
  • Bezüglich der Verwendung der genannten Weichmacher sind folgende Druckschriften beispielhaft für eine weitere Vielzahl zu erwähnen:
  • Aus D1 ist die Verwendung von linearen Polyesterpolyolen und weiteren difunktionellen Polyolen in wässrigen Dispersionen von Polyester-Polyurethanen bekannt. Die genannte wässrige Dispersion dient hierbei als Beschichtungsmittel.
  • Eine transparente Polyamidformmasse wird in D2 offenbart. Die Polyamidformmasse enthält Polyesteramide, die wiederum langkettige Diole enthalten können. Als langkettige Diole werden hier vorzugsweise Dimerdiole oder Polyesterdiole auf der Basis von Dimerdiolen eingesetzt.
  • D3 beschreibt ein weichmacherfreies Polyamid, welches unter Zugabe von 10 50 Gew.-% eines Dimerdiols mit einem Molekulargewicht im Bereich von 400–1000 und/oder entsprechenden dimerdiolhaltigen OH-terminierten Polyester erhalten worden ist.
  • Aus D4 ist die Verwendung eines Polyesterpolyol-Weichmachers in kieselsäurehaltigen Kautschukmischungen bekannt. Durch den Einsatz dieses Weichmachertyps wird der Dämpfungsbeitrag der Kautschukmischung bei Raumtemperatur signifikant erhöht. Dies ist für den Fachmann ein Indikator für verbessertes Nassbremsverhaltens des Vulkanisats, insbesondere, wie in der D4 vorgesehen, bei Verwendung im Fahrzeugreifen. Die zu erwartenden Einbußen im Tieftemperaturverhalten der Kautschukmischung zeigen sich beim Einsatz dieses Polyesterpolyol-Weichmachers nicht, wodurch der Zielkonflikt zwischen Nassbremsverhalten und Tieftemperaturflexibilität optimiert wird. Allerdings verschlechtert sich bei Verwendung dieses Weichmachertyps der Rollwiderstand erheblich.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Kautschukmischung, insbesondere für Fahrzeugluftreifen, Gurte und Riemen, bereitzustellen, die den Zielkonflikt zwischen Nassbremsverhalten und Rollwiderstand löst oder zumindest verbessert.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Kautschukmischung mit folgender Zusammensetzung:
    • – zumindest einen polaren oder unpolaren Kautschuk und
    • – zumindest einen hellen und/oder dunklen Füllstoff und
    • – zumindest ein Dimerdiol als Weichmacher und/oder zumindest eine Dimersäure als Weichmacher und
    • – weitere Zusatzstoffe.
  • Überraschenderweise wurde gefunden, dass sich durch die Kombination von zumindest einem polaren oder unpolaren Kautschuk, zumindest einem hellen und/oder dunklen Füllstoff, weiteren, in der Kautschukindustrie üblichen, Zusatzstoffen und zumindest einem Dimerdiol als Weichmacher und/oder zumindest einer Dimersäure als Weichmacher der Zielkonflikt Nassbremsen vs. Rollwiderstand signifikant verbessern lässt. Dies gilt nicht nur für den Fahrzeuglaufstreifen, bei geteiltem Laufstreifen insbesondere für die Base, sondern auch für weitere innere Reifenbauteile. Die Kautschukmischungen für die weiteren inneren Reifenbauteile werden im Folgenden zusammengefasst, und wie in der Reifentechnologie üblich, auch als body compounds oder body-Mischungen bezeichnet.
  • Weitere Anwendung findet die erfindungsgemäße Kautschukmischung in der Mischungsentwicklung für Riemen und Gurte. Diese technischen Gummiartikel finden im täglichen Leben überall Verwendung, z. B. in Aufzügen, in der Stein- und Erdenindustrie und in der Automobilindustrie. Daher kommt auch hier dem verbesserten Rollwiderstand, der gekoppelt ist mit einem schlechteren Wärmeaufbau, bei gleich bleibenden oder sich verbesserndem Nassbremsen, auch als Nassgriffigkeit bezeichnet, vor allem im Outdoor-Einsatz eine zentrale Bedeutung zu.
  • Die in dieser Schrift verwendete Angabe phr (parts per hundred parts of rubber by weight) ist dabei die in der Kautschukindustrie übliche Mengenangabe für Mischungsrezepturen. Die Dosierung der Gewichtsteile der einzelnen Substanzen wird dabei stets auf 100 Gewichtsteile der gesamten Masse aller in der Mischung vorhandenen Kautschuke bezogen.
  • Die Kautschukmischung enthält zumindest einen polaren oder unpolaren Kautschuk. Der polare oder unpolare Kautschuk ist dabei ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus natürlichem Polyisopren und/oder synthetischem Polyisopren und/oder Butadien-Kautschuk und/oder Styrolbutadienkautschuk und/oder lösungspolymerisierter Styrolbutadienkautschuk und/oder emulsionspolymerisierter Styrolbutadienkautschuk und /oder Flüssigkautschuken und/oder Halobutylkautschuk und/oder Polynorbornen und/oder Isopren-Isobutylen-Copolymer und/oder Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk und/oder Nitrilkautschuk und/oder Chloroprenkautschuk und/oder Acrylat-Kautschuk und/oder Fluorkautschuk und/oder Silikon-Kautschuk und/oder Polysulfidkautschuk und/oder Epichlorhydrinkautschuk und/oder Styrol-Isopren-Butadien-Terpolymer und/oder Halonitrilbutylkautschuk und/oder Isopren-Butadien-Copolymer.
  • Insbesondere Styrol-Isopren-Butadien-Terpolymer, Butylkautschuk, Halobutylkautschuk oder Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk kommen bei der Herstellung von technischen Gummiartikeln, wie Gurte und Riemen, zum Einsatz.
  • Bevorzugt ist es allerdings, wenn die Kautschukmischung natürliches und/oder synthetisches Polyisopren enthält und zwar in Mengen von 1–90 phr, bevorzugt 1–80 phr, besonders bevorzugt in Mengen von 1–70 phr, wiederum besonders bevorzugt in Mengen von 1–60 phr.
  • In einer besonderen Ausführungsform handelt es sich bei dem polaren oder unpolaren Kautschuk um einen Butadien-Kautschuk, der hydriert sein kann. Der Butadien-Kautschuk wird vorzugsweise in Mengen von 0–80 phr, bevorzugt in Mengen von 0–70 phr, besonders bevorzugt in Mengen von 0–60 phr, ganz besonders bevorzugt in Mengen von 0–50 phr und wiederum besonders bevorzugt in Mengen von 0–49 phr, wenigstens aber in mengen von 0,1 phr, insbesondere wenigstens in Mengen von 0,5 phr verwendet.
  • Der polare oder unpolare Kautschuk kann ein Styrolbutadienkautschuk sein, der bevorzugt lösungspolymerisiert oder emulsionspolymerisiert ist und hydriert sein kann.
  • Des Weiteren kann der Styrolbutadienkautschuk mit Hydroxylgruppen und/oder Epoxygruppen und/oder Siloxangruppen und/oder Aminogruppen und/oder Aminosiloxan und/oder Carboxylgruppen und/oder Phtalocyaningruppen und/oder Silylgruppen und/oder Silanolgruppen modifiziert sein. Es kommen aber auch weitere, dem Fachmann bekannte, Modifizierungen, auch als Funktionalisierungen bezeichnet, in Frage.
  • Der Styrolbutadienkautschuk findet in Mengen von 0,1–99 phr, bevorzugt 1–95 phr, besonders bevorzugt 2–90 phr, Verwendung.
  • Die erfindungsgemäße Kautschukmischung enthält des Weiteren zumindest einen hellen und/oder dunklen Füllstoff. Die Gesamtmenge an Füllstoff kann somit nur aus hellem oder dunklem Füllstoff oder aus einer Kombination von hellen und dunklen Füllstoffen bestehen.
  • Bevorzugt ist es, wenn der helle Füllstoff Kieselsäure, bevorzugt Fällungskieselsäure ist.
  • Die erfindungsgemäße Kautschukmischung enthält 1–300 phr, bevorzugt 1–250 phr, besonders bevorzugt 1–200 phr, wiederum besonders bevorzugt 1–150 phr, Kieselsäure. Von dieser Gesamtmenge an Kieselsäure können 0–100% durch ein Kupplungsagens, bevorzugt Silan, an die Polymermatrix angebunden werden und/oder 0–100% nicht an die Polymermatrix angebunden werden. Dies bedeutet, dass, ausgehend von der Gesamtmenge an Kieselsäure, diese durch das Kupplungsagens vollständig oder nur teilweise an die Polymermatrix angebunden wird oder keinerlei Anbindung der Kieselsäure an die Polymermatrix erfolgt.
  • Die in der Kautschukindustrie eingesetzten Kieselsäuren sind in der Regel gefällte Kieselsäuren, die insbesondere nach ihrer Oberfläche charakterisiert werden. Zur Charakterisierung werden dabei die Stickstoff-Oberfläche (BET) gemäß DIN 66131 und DIN 66132 als Maß für die innere und äußere Füllstoffoberfläche in m2/g und die CTAB-Oberfläche gemäß ASTM D 3765 als Maß für die äußere Oberfläche, die oftmals als die kautschukwirksame Oberfläche angesehen wird, in m2/g angegeben.
  • Erfindungsgemäß werden Kieselsäuren mit einer Stickstoff-Oberfläche größer oder gleich 110 m2/g, bevorzugt zwischen 115 und 300 m2/g, besonders bevorzugt zwischen 150 und 280 m2/g, und einer CTAB-Oberfläche zwischen 100 und 260 m2/g, bevorzugt zwischen 115 und 240 m2/g, eingesetzt.
  • Falls ein Kupplungsagens, in Form von Silan oder eines Organosilans oder einer siliziumorganischen Verbindung, verwendet wird, so beträgt die Menge des Kupplungsagens 0–50 phr, bevorzugt 0,1–40 phr, besonders bevorzugt 0,5–30 phr. Als Kupplungsagenzien können dabei alle dem Fachmann für die Verwendung in Kautschukmischungen Kupplungsagenzien verwendet werden. Besonders zu erwähnen sind hierbei Mercaptosilane, welche geschützt oder ungeschützt sein können, und hierbei insbesondere solche, welche sich durch eine Reduzierung der leicht flüchtigen organischen Bestandteile auszeichnen, wie sie, beispielhaft für weitere Druckschriften, in DE 10 2005 057 801 , WO99/09036 , WO2002/048256 und WO2006/015010 zu finden sind.
  • Bei dem dunklen Füllstoff handelt es sich bevorzugt um Ruß und zwar bevorzugt in Mengen von 0–100 phr, besonders bevorzugt in Mengen von 0–80 phr, wiederum besonders bevorzugt in Mengen von 0–60 phr, wiederum ganz besonders bevorzugt in Mengen von 0–50 phr, wiederum ganz besonders bevorzugt in Mengen von 0–40 phr, wenigstens aber 0,1 phr, insbesondere wenigstens aber 0,5 phr, zumindest eines Rußes. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform hat der Ruß eine Iodzahl, gemäß ASTM D 1510, die auch als Iodabsorptionszahl bezeichnet wird, größer oder gleich 75 g/kg und einer DBP-Zahl größer oder gleich 80 cm3/100 g. Die DBP-Zahl gemäß ASTM D 2414 bestimmt das spezifische Absorptionsvolumen eines Rußes oder eines hellen Füllstoffes mittels Dibutylphthalat.
  • Die Verwendung eines solchen Russtyps in der Kautschukmischung, insbesondere für Fahrzeugluftreifen, gewährleistet einen bestmöglichen Kompromiss aus Abriebwiderstand und Wärmeaufbau, der wiederum den ökologisch relevanten Rollwiderstand beeinflusst. Bevorzugt ist hierbei, wenn lediglich ein Russtyp in der jeweiligen Kautschukmischung verwendet wird, es können aber auch verschiedene Russtypen in die Kautschukmischung eingemischt werden.
  • Erfindungswesentlich ist, dass die Kautschukmischung zumindest ein Dimerdiol als Weichmacher und/oder zumindest eine Dimersäure als Weichmacher enthält. Nur dann lässt sich die eingangs formulierte Aufgabe, nämlich die Verbesserung des Zielkonfliktes zwischen Nassbremsen und Rollwiderstand, lösen.
  • Die Kautschukmischung enthält 1 bis 100 phr, bevorzugt 1 bis 90 phr, besonders bevorzugt 1 bis 80 phr, wiederum besonders bevorzugt 1 bis 70 phr, wiederum ganz besonders bevorzugt 1 bis 60 phr, zumindest eines Dimerdiols als Weichmacher und/oder zumindest einer Dimersäure als Weichmacher. Die Mengenangaben beziehen sich dabei auf die Gesamtmenge dieser beiden Weichmacher, falls zwei Weichmachertypen Verwendung finden, oder auf die Einzelmenge des jeweiligen Weichmachers, falls ein Weichmachertyp verwendet wird.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Dimerdiol frei von Esterbindungen, besitzt eine Säurezahl von kleiner oder gleich 0,2 und hat eine Hydroxylzahl zwischen 190 und 215, bevorzugt zwischen 196 und 212.
  • Ganz besonders bevorzugt ist, wenn es sich bei dem Dimerdiol um einen Dimerfettalkohol handelt.
  • Die Bezeichnung „Dimerfettalkohol” umfasst hierbei Diole, wie sie aus technischen dimerisierten Fettsäuren erhalten werden können. Bei den dimerisierten Fettsäuren handelt es sich um solche, die zu mindestens 75 Gew.-% aus Dimersäuren, d. h. aus Dicarbonsäuren, bestehen, und die im Mittel 30 bis 45 Kohlenstoffatome pro Molekül aufweisen.
  • Der Dimerfettalkohol hat vorzugsweise 36 Kohlenstoffatome pro Molekül und ein Molekulargewicht Mw zwischen 500 und 600 g/mol, bevorzugt zwischen 550 und 570 g/mol.
  • Die Dimersäure enthält bevorzugt 30 bis 45 Kohlenstoffatome pro Molekül, wobei in einer besonderen Ausführungsform 36 Kohlenstoffatome pro Molekül vorteilhaft sind.
  • Vorteilhaft ist es zudem, wenn es sich bei der Dimersäure um eine Dimerfettsäure handelt. Die Dimerfettsäure hat einen Hydroxid-Wert zwischen 190 und 215 mg KOH/g, bevorzugt zwischen 194 und 201 mg KOH/g.
  • Die Dimerfettsäure ist insbesondere dadurch charakterisiert, dass der Anteil an linear und verzweigten C18-Monocarbonsäuren kleiner oder gleich 0,2 Gew.-% ist, der Anteil an linear und verzweigten C54-Tricarbonsäuren zwischen 2 und 4 Gew.-% und der Anteil an linear und verzweigten C36-Dicarbonsäuren zwischen 92 und 98 Gew.-% liegt.
  • Es können in der Kautschukmischung noch 0–60 phr, insbesondere wenigstens 0,1 phr, zumindest eines weiteren zusätzlichen Weichmachers vorhanden sein. Dieser weitere Weichmacher ist ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Mineralölen und/oder synthetischen Weichmachern und/oder Fettsäuren und/oder Fettsäurederivaten und/oder Harzen und/oder Faktisse und/oder flüssigen Polymeren, wie z. B. flüssigem Butadien-Kautschuk und/oder flüssigem Styrolbutadienkautschuk.
  • Bei der Verwendung von Mineralöl ist dieses bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus DAE (Destillated Aromatic Extracts) und/oder RAE (Residual Aromatic Extract) und/oder TDAE (Treated Destillated Aromatic Extracts) und/oder MES (Mild Extracted Solvents) und/oder naphtenische Öle.
  • Werden Fettsäuren und/oder Fettsäurederivate eingesetzt, so sind diese von den bereits beschriebenen Dimerfettsäuren verschieden.
  • Weiterhin enthält die Kautschukmischung noch weitere Zusatzstoffe. Weitere Zusatzstoffe beinhaltet im Wesentlichen das Vernetzungssystem (Vernetzer, Beschleuniger und Verzögerer), Ozonschutzmittel, Alterungsschutzmittel, Mastikationshilfsmittel und weitere Aktivatoren bzw. Verarbeitungshilfsstoffe (VAW’s). Der Mengenanteil der Gesamtmenge an weiteren Zusatzstoffen beträgt 3 bis 150 phr, bevorzugt 3 bis 100 phr und besonders bevorzugt 5–80 phr.
  • Die Vulkanisation der Kautschukmischung wird vorzugsweise in Anwesenheit von Schwefel oder Schwefelspendern durchgeführt, wobei einige Schwefelspender zugleich als Vulkanisationsbeschleuniger wirken können. Schwefel oder Schwefelspender werden im letzten Mischungsschritt in den vom Fachmann gebräuchlichen Mengen (0,1 bis 4 phr, Schwefel bevorzugt in Mengen von 1,0 bis 2,5 phr) der Kautschukmischung zugesetzt. Zur Kontrolle der erforderlichen Zeit und/oder Temperatur der Vulkanisation und zur Verbesserung der Vulkanisateigenschaften kann die Kautschukmischung vulkanisationsbeeinflussende Substanzen wie Vulkanisationsbeschleuniger, Vulkanisationsverzögerer, die erfindungsgemäß in den obig beschriebenen Zusatzstoffen enthalten sind, und Vulkanisationsaktivatoren, wie obig beschrieben, enthalten.
  • Die Herstellung der erfindungsgemäßen Kautschukmischung erfolgt nach dem in der Kautschukindustrie üblichen Verfahren, bei dem zunächst in ein oder mehreren Mischstufen eine Grundmischung mit allen Bestandteilen außer dem Vulkanisationssystem (Schwefel und vulkanisationsbeeinflussende Substanzen) hergestellt wird. Durch Zugabe des Vulkanisationssystems in einer letzten Mischstufe wird die Fertigmischung erzeugt. Die Fertigmischung wird z. B. durch einen Extrusionsvorgang weiterverarbeitet und in die entsprechende Form gebracht.
  • Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zu Grunde, obig beschriebene Kautschukmischung, zur Herstellung von Fahrzeugluftreifen, insbesondere zur Herstellung des Laufstreifens eines Reifens und/oder einer Body-Mischung eines Reifens und zur Herstellung von Riemen und Gurten zu verwenden.
  • Zur Verwendung in Fahrzeugluftreifen wird die Mischung bevorzugt in die Form eines Laufstreifens gebracht und bei der Herstellung des Fahrzeugreifenrohlings wie bekannt aufgebracht. Der Laufstreifen kann aber auch in Form eines schmalen Kautschukmischungsstreifens auf einen Reifenrohling aufgewickelt werden. Ist der Laufstreifen, wie eingangs beschrieben, zweigeteilt, so findet die Kautschukmischung bevorzugt Anwendung als Mischung für die Cap.
  • Die Herstellung der erfindungsgemäßen Kautschukmischung zur Verwendung als Body-Mischung in Fahrzeugreifen erfolgt wie bereits für den Laufstreifen beschrieben. Der Unterschied liegt in der Formgebung nach dem Extrusionsvorgang. Die so erhaltenen Formen der erfindungsgemäßen Kautschukmischung für eine oder mehrere unterschiedliche Body-Mischungen dienen dann dem Aufbau eines Reifenrohlings.
  • Zur Verwendung der erfindungsgemäßen Kautschukmischung in Riemen und Gurten, insbesondere in Fördergurten, wird die extrudierte Mischung in die entsprechende Form gebracht und dabei oder nachher häufig mit Festigkeitsträgern, z. B. synthetische Fasern oder Stahlcorde, versehen. Zumeist ergibt sich so ein mehrlagiger Aufbau, bestehend aus einer und/oder mehrerer Lagen Kautschukmischung, einer und/oder mehrerer Lagen gleicher und/oder verschiedener Festigkeitsträger und einer und/oder mehreren weiteren Lagen dergleichen und/oder einer anderen Kautschukmischung.
  • Die Erfindung soll nun anhand von Vergleichs- und Ausführungsbeispielen, die in Tabellen 1 und 2 zusammengefasst sind, näher erläutert werden. Die mit „E” gekennzeichneten Mischungen sind hierbei erfindungsgemäße Mischungen, während es sich bei den mit „V” gekennzeichneten Mischungen um Vergleichsmischungen handelt.
  • Bei sämtlichen in der Tabelle enthaltenen Mischungsbeispielen sind die angegebenen Mengenangaben Gewichtsteile, die auf 100 Gewichtsteile Gesamtkautschuk bezogen sind (phr).
  • Die Mischungsherstellung erfolgte unter üblichen Bedingungen in zwei Stufen in einem Labortangentialmischer. Aus sämtlichen Mischungen wurden Prüfkörper durch Vulkanisation hergestellt und mit diesen Prüfkörpern für die Kautschukindustrie typische Materialeigenschaften bestimmt. Für die obig beschriebenen Tests an Prüfkörpern wurden folgende Testverfahren angewandt:
    • • Rückprallelastizität bei Raumtemperatur und 70°C gemäß DIN 53 512
    • • Spannungswerte bei 50% (M50) und 300% (M300) Dehnung bei Raumtemperatur gemäß DIN 53 504
    • • Zugfestigkeit bei Raumtemperatur gemäß DIN 53 504
    • • Steifigkeitsabfall Delta G', dem Fachmann als Payne-Effekt bekannt, bei 55°C aus dynamisch-mechanischer Messung gemäß DIN 53 513
    Tabelle 1
    Bestandteile Einheit V1 V2 V3 E1
    Polyisoprena phr 10 10 10 10
    SSBRb phr 90 90 90 90
    Ruß, N121 phr 6 6 6 6
    Kieselsäurec phr 100 100 100 100
    Weichmacherd phr 25 25 25 25
    Weichmachere phr 25 - - -
    Weichmacherd phr - 25 - -
    Weichmacherf phr - - 25 -
    Weichmacherg phr - - - 25
    ZnO phr 2 2 2 2
    Silanh phr 7,2 7,2 7,2 7,2
    DPG, CBS, Schwefel phr 6,3 7,2 6,3 6,3
    • aTSR
    • bNipol NS116R, Fa. Nippon Zeon
    • cZeosil Z1165 MP, Fa. Rhodia
    • dFlüssiger Butadienkautschuk, RICON 130, Fa. Sartomer
    • eMineralöl, TDAE
    • fPolyesterpolyol, Priplast 3190, Fa. Uniqema
    • gesterfreies Dimerdiol, Pripol 2033, Fa. Uniqema
    • hTESPD, A1589, Fa. Momentive Performance Materials
    Tabelle 2
    Eigenschaften Einheit V1 V2 V3 E1
    Rückprall bei RT % 30 30 23 22
    Rating Rückprall RT 100 100 128 137
    Rückprall bei 70°C % 45 44 40 45
    Rating Rückprall 70°C 100 97 88 100
    delta Rückprall % 15 14 17 23
    Rating delta Rückprall 100 91 108 149
    M50 MPa 0,7 0,8 0,9 0,7
    M300 MPa 4,7 5,8 5,7 5,7
    M300/M50 6.6 7,1 6,3 7,7
    Rating (M300/ M50) 100 108 97 117
    Zugfestigkeit bei RT MPa 13,5 14,2 16,2 16,6
    Delta G' kPa 320 384 267 234
    Rating Delta G' 100 83 120 137
  • Bei Betrachtung der Mischungszusammensetzungen, wie sie in der Tabelle 1 dargestellt sind, und den resultierenden physikalischen Eigenschaften, wie sie in der Tabelle 2 dargestellt sind, so lässt sich zusammenfassend feststellen, dass sich der Zielkonflikt zwischen Nassbremsen und Rollwiderstand anhand der erfindungsgemäßen Kautschukmischung eindeutig lösen lässt.
  • Als Indikator für das Nassbremsen ist hier der Wert für die Rückprallelastizität bei Raumtemperatur anzusehen, wobei ein kleinerer Wert eine Verbesserung anzeigt. Als Indikator für den Rollwiderstand wird der Wert für die Rückprallelastizität bei 70°C herangezogen. Hier stellt ein größerer Wert eine Verbesserung dar.
  • Die Differenz zwischen der Rückprallelastizität bei 70°C und der Rückprallelastizität bei Raumtemperatur, die auch als delta Rückprall bezeichnet wird, gibt somit den Wert für den Zielkonflikt zwischen Nassbremsen und Rollwiderstand an. Je größer der Wert, desto geringer ist der Zielkonflikt existent, wie deutlich anhand der erfindungsgemäßen Kautschukmischung E1 zu erkennen ist.
  • „Rating” bedeutet eine Wichtung der einzelnen Mischungen V2, V3 und E1 bezüglich der jeweiligen physikalischen Eigenschaft relativ zu der Vergleichsmischung V1, die den Rating-Wert 100 erhält. Werte über 100 stellen hierbei eine Verbesserung dar. Die erfindungsgemäße Kautschukmischung E1 erhält hierbei überwiegend Werte deutlich über 100.
  • Weiterhin ist dem Fachmann bekannt, dass eine Erniedrigung des Payne-Effekts, d. h. der Steifigkeitsabfall Delta G' im Laufe einer dynamischen Messung (RPA), z. B. über eine verbesserte Dispersion des polaren Füllstoffs mittels eines polaren Additivs, einhergeht mit einer Verringerung des Dämpfungsbeitrags bei Raumtemperatur und gleichzeitig einer Erhöhung der Elastizität bei 70°C, d. h. sowohl die Rückprallelastizität bei Raumtemperatur, als auch die Rückprallelastizität bei 70°C steigen.
  • Im Übertrag auf die Reifenperformance bedeutet dies, dass üblicherweise mit der Verringerung des Payne-Effektes das Nassbremsen verschlechtert und der Rollwiderstand verbessert wird, d. h. der entsprechende Zielkonflikt wird nicht gelöst. Tabelle 2 zeigt allerdings überraschenderweise, dass durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Kautschukmischung E1 der Payne-Effekt sehr deutlich reduziert werden kann, ohne dabei Dämpfungspotential einzubüßen, sondern im Gegenteil auch noch dämpfend zu wirken, so dass der Zielkonflikt zwischen Nassbremsen und Rollwiderstand eindeutig gelöst wird. Weiterhin ist nur bei Mischung E1 eine Erhöhung des Verstärkungsfaktors (M300/M50) zu verzeichnen. Dies kann als Verbesserung des Abriebswiderstands dieser Mischung gewertet werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Claims (78)

  1. Kautschukmischung, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung: – zumindest einen polaren oder unpolaren Kautschuk und – zumindest einen hellen und/oder dunklen Füllstoff und – zumindest ein Dimerdiol als Weichmacher und/oder zumindest eine Dimersäure als Weichmacher und – weitere Zusatzstoffe.
  2. Kautschukmischung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der polare oder unpolare Kautschuk ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus natürlichem Polyisopren und/oder synthetischem Polyisopren und/oder Butadien-Kautschuk und/oder Styrolbutadienkautschuk und/oder lösungspolymerisierter Styrolbutadienkautschuk und/oder emulsionspolymerisierter Styrolbutadienkautschuk und/oder Flüssigkautschuken und/oder Halobutylkautschuk und/oder Polynorbornen und/oder Isopren-Isobutylen-Copolymer und/oder Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk und/oder Nitrilkautschuk und/oder Chloroprenkautschuk und/oder Acrylat-Kautschuk und/oder Fluorkautschuk und/oder Silikon-Kautschuk und/oder Polysulfidkautschuk und/oder Epichlorhydrinkautschuk und/oder Styrol-Isopren-Butadien-Terpolymer und/oder Halonitrilbutylkautschuk und/oder Isopren-Butadien-Copolymer.
  3. Kautschukmischung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der polare oder unpolare Kautschuk zumindest ein natürliches Polyisopren ist.
  4. Kautschukmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der polare oder unpolare Kautschuk zumindest ein synthetisches Polyisopren ist.
  5. Kautschukmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der polare oder unpolare Kautschuk zumindest ein Butadien-Kautschuk ist.
  6. Kautschukmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der polare oder unpolare Kautschuk zumindest ein Styrolbutadienkautschuk ist.
  7. Kautschukmischung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Styrolbutadienkautschuk ein lösungspolymerisierter Styrolbutadienkautschuk ist.
  8. Kautschukmischung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Styrolbutadienkautschuk ein emulsionspolymerisierter Styrolbutadienkautschuk ist.
  9. Kautschukmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie 1–90 phr natürliches Polyisopren und/oder synthetisches Polyisopren enthält.
  10. Kautschukmischung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie 1–80 phr natürliches Polyisopren und/oder synthetisches Polyisopren enthält.
  11. Kautschukmischung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass sie 1–70 phr natürliches Polyisopren und/oder synthetisches Polyisopren enthält.
  12. Kautschukmischung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass sie 1–60 phr natürliches Polyisopren und/oder synthetisches Polyisopren enthält.
  13. Kautschukmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass sie 0–80 phr Butadien-Kautschuk enthält.
  14. Kautschukmischung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass sie 0–70 phr Butadien-Kautschuk enthält.
  15. Kautschukmischung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass sie 0–60 phr Butadien-Kautschuk enthält.
  16. Kautschukmischung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass sie 0–50 phr Butadien-Kautschuk enthält.
  17. Kautschukmischung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass sie 0–40 phr Butadien-Kautschuk enthält.
  18. Kautschukmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass sie wenigstens 0,1 phr, insbesondere wenigstens 0,5 phr, Butadienkautschuk enthält.
  19. Kautschukmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass sie 0,1–99 phr lösungspolymerisierten Styrolbutadienkautschuk enthält.
  20. Kautschukmischung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass sie 1–95 phr lösungspolymerisierten Styrolbutadienkautschuk enthält.
  21. Kautschukmischung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass sie 2–90 phr lösungspolymerisierten Styrolbutadienkautschuk enthält.
  22. Kautschukmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der helle Füllstoff Kieselsäure ist.
  23. Kautschukmischung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Kieselsäure um Fällungskieselsäure handelt.
  24. Kautschukmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass sie 1–300 phr Kieselsäure enthält.
  25. Kautschukmischung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass sie 1–250 phr Kieselsäure enthält.
  26. Kautschukmischung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass sie 1–200 phr Kieselsäure enthält.
  27. Kautschukmischung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass sie 1–150 phr Kieselsäure enthält.
  28. Kautschukmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Kieselsäure eine BET-Oberfläche größer oder gleich 110 m2/g hat.
  29. Kautschukmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Kieselsäure nicht oder teilweise oder vollständig durch ein Kupplungsagenz an die Polymermatrix angebunden ist.
  30. Kautschukmischung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass das Kupplungsagenz ein Silan ist.
  31. Kautschukmischung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass das Kupplungsagenz ein Organosilan ist.
  32. Kautschukmischung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass das Kupplungsagenz eine siliziumorganische Verbindung ist.
  33. Kautschukmischung nach einem der Ansprüche 29 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des Kupplungsagenz 0–50 phr beträgt.
  34. Kautschukmischung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des Kupplungsagenz 0,1–40 phr beträgt.
  35. Kautschukmischung nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des Kupplungsagenz 0,5–30 phr beträgt.
  36. Kautschukmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem dunklen Füllstoff um Ruß handelt.
  37. Kautschukmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass sie 0 bis 100 phr zumindest eines Rußes enthält.
  38. Kautschukmischung nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, dass sie 0 bis 80 phr zumindest eines Rußes enthält.
  39. Kautschukmischung nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass sie 0 bis 60 phr zumindest eines Rußes enthält.
  40. Kautschukmischung nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, dass sie 0 bis 50 phr zumindest eines Rußes enthält.
  41. Kautschukmischung nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, dass sie 0 bis 40 phr zumindest eines Rußes enthält.
  42. Kautschukmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 41, dadurch gekennzeichnet, dass sie wenigstens 0,1 phr, insbesondere wenigstens 0,5 phr, zumindest eines Rußes enthält.
  43. Kautschukmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 42, dadurch gekennzeichnet, dass sie 1 bis 100 phr eines Dimerdiols als Weichmacher und/oder einer Dimersäure als Weichmacher enthält.
  44. Kautschukmischung nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, dass sie 1 bis 90 phr eines Dimerdiols als Weichmacher und/oder einer Dimersäure als Weichmacher enthält.
  45. Kautschukmischung nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, dass sie 1 bis 80 phr eines Dimerdiols als Weichmacher und/oder einer Dimersäure als Weichmacher enthält.
  46. Kautschukmischung nach Anspruch 45, dadurch gekennzeichnet, dass sie 1 bis 70 phr eines Dimerdiols als Weichmacher und/oder einer Dimersäure als Weichmacher enthält.
  47. Kautschukmischung nach Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, dass sie 1 bis 60 phr eines Dimerdiols als Weichmacher und/oder einer Dimersäure als Weichmacher enthält.
  48. Kautschukmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 46, dadurch gekennzeichnet, dass das Dimerdiol frei von Esterbindungen ist.
  49. Kautschukmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 48, dadurch gekennzeichnet, dass das Dimerdiol eine Säurezahl von kleiner oder gleich 0,20 hat.
  50. Kautschukmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 49, dadurch gekennzeichnet, dass das Dimerdiol eine Hydroxylzahl zwischen 190 und 215 hat.
  51. Kautschukmischung nach Anspruch 50, dadurch gekennzeichnet, dass das Dimerdiol eine Hydroxylzahl zwischen 196 und 212 hat.
  52. Kautschukmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 51, dadurch gekennzeichnet, dass das Dimerdiol 30 bis 45 Kohlenstoffatome pro Molekül enthält.
  53. Kautschukmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 52, dadurch gekennzeichnet, dass das Dimerdiol ein Dimerfettalkohol ist.
  54. Kautschukmischung nach Anspruch 53, dadurch gekennzeichnet, dass der Dimerfettalkohol 36 Kohlenstoffatome pro Molekül besitzt.
  55. Kautschukmischung nach Anspruch 54, dadurch gekennzeichnet, dass der Dimerfettalkohol ein Molekulargewicht Mw zwischen 500 und 600 g/mol hat.
  56. Kautschukmischung nach Anspruch 55, dadurch gekennzeichnet, dass der Dimerfettalkohol ein Molekulargewicht Mw zwischen 550 und 570 g/mol hat.
  57. Kautschukmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 56, dadurch gekennzeichnet, dass die Dimersäure 30 bis 45 Kohlenstoffatome pro Molekül enthält.
  58. Kautschukmischung nach Anspruch 57, dadurch gekennzeichnet, dass die Dimersäure 36 Kohlenstoffatome pro Molekül enthält.
  59. Kautschukmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 58, dadurch gekennzeichnet, dass die Dimersäure eine Dimerfettsäure ist.
  60. Kautschukmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 59, dadurch gekennzeichnet, dass die Dimerfettsäure einen Hydroxid-Wert zwischen 190 und 215 mg KOH/g hat.
  61. Kautschukmischung nach Anspruch 60, dadurch gekennzeichnet, dass die Dimerfettsäure einen Hydroxid-Wert zwischen 194 und 201 mg KOH/g hat.
  62. Kautschukmischung nach einem der Ansprüche 59 bis 61, dadurch gekennzeichnet, dass die Dimerfettsäure einen Anteil an linear und verzweigten C18-Monocarbonsäuren von kleiner oder gleich 0,2 Gew.-% hat.
  63. Kautschukmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 62, dadurch gekennzeichnet, dass die Dimerfettsäure einen Anteil an linear und verzweigten C54-Tricarbonsäuren zwischen 2 und 4 Gew.-% hat.
  64. Kautschukmischung nach einem der Ansprüche 59 bis 63, dadurch gekennzeichnet, dass die Dimerfettsäure einen Anteil an linear und verzweigten C36-Dicarbonsäuren zwischen 92 und 98 Gew.-% hat.
  65. Kautschukmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 64, dadurch gekennzeichnet, dass noch 0–60 phr, insbesondere wenigstens 0,1 phr, zumindest eines weiteren Weichmachers enthalten sind.
  66. Kautschukmischung nach Anspruch 65, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Weichmacher ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Mineralölen und/oder synthetischen Weichmachern und/oder Harzen und/oder Faktisse und/oder flüssigen Polymeren
  67. Kautschukmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 66, dadurch gekennzeichnet, dass der Mengenanteil an weiteren Zusatzstoffen 3–150 phr beträgt.
  68. Kautschukmischung nach Anspruch 67, dadurch gekennzeichnet, dass der Mengenanteil an weiteren Zusatzstoffen 3–100 phr beträgt.
  69. Kautschukmischung nach Anspruch 68, dadurch gekennzeichnet, dass der Mengenanteil an weiteren Zusatzstoffen 5–80 phr beträgt.
  70. Verwendung einer Kautschukmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 69 zur Herstellung eines Reifens.
  71. Verwendung einer Kautschukmischung nach Anspruch 70 zur Herstellung des Laufstreifens eines Reifens.
  72. Verwendung einer Kautschukmischung nach Anspruch 70 zur Herstellung einer Body-Mischung eines Reifens.
  73. Verwendung einer Kautschukmischung nach Anspruch 72 zur Herstellung einer Body-Mischung eines Reifens, beinhaltend Seitenwand, Innenseele, Apex, Gürtel, Schulter, Gürtelprofil, Squeege, Karkasse, Wulstverstärker und/oder Bandage.
  74. Verwendung einer Kautschukmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 69 zur Herstellung eines Gurtes.
  75. Verwendung einer Kautschukmischung nach Anspruch 74 zur Herstellung eines Fördergurtes.
  76. Verwendung einer Kautschukmischung nach Anspruch 75 zur Herstellung der Laufseite eines Fördergurtes.
  77. Verwendung einer Kautschukmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 69 zur Herstellung eines Riemens.
  78. Verwendung einer Kautschukmischung nach Anspruch 77 zur Herstellung eines Flachriemens, Keilriemens, Keilrippenriemens oder Zahnriemens.
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