DE102024201548A1 - Mixing process for a rubber compound - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Mischen einer Kautschukmischung, insbesondere zur Reifenherstellung, umfassend zumindest die drei folgenden Schritte:
- Mischen eines schwefelvernetzbaren Dienkautschuks, eines Füllstoffs mit freien OH-Gruppen und einer Silan-Kupplungsagens in einem ersten Mischschritt
- Mischen der ersten Kautschukmischung und von Prozesshilfsmitteln in einem zweiten Mischschritt
- Mischen der zweiten Kautschukmischung und von Vulkanisierungschemikalien in einem dritten Mischschritt.The invention relates to a method for mixing a rubber mixture, in particular for tire production, comprising at least the following three steps:
- Mixing a sulfur-crosslinkable diene rubber, a filler with free OH groups and a silane coupling agent in a first mixing step
- Mixing the first rubber compound and process aids in a second mixing step
- Mixing the second rubber compound and vulcanization chemicals in a third mixing step.
Description
Die Erfindung betrifft einen Mischprozess für eine Kautschukmischung für Reifen oder technische Gummiartikel mit vergleichbaren Zielkonflikten.The invention relates to a mixing process for a rubber mixture for tires or technical rubber articles with comparable conflicting objectives.
Da die Fahreigenschaften eines Reifens, insbesondere eines Fahrzeugluftreifens, in einem großen Umfang von der Beschaffenheit der Kautschukzusammensetzung des Reifens abhängig sind, werden besonders hohe Anforderungen an diese Zusammensetzung gestellt. Die Eigenschaften der Kautschukzusammensetzung lassen sich insbesondere durch die gewählten Bestandteile und durch den Mischprozess zur Herstellung beeinflussen.Since the driving characteristics of a tire, especially a pneumatic tire, depend to a large extent on the properties of the tire's rubber composition, particularly stringent requirements are placed on this composition. The properties of the rubber composition can be influenced, in particular, by the selected components and the mixing process used for its production.
Durch den teilweisen oder vollständigen Ersatz des Füllstoffes Ruß durch Kieselsäure in Kautschukmischungen wurden die Fahreigenschaften in den vergangenen Jahren insgesamt auf ein höheres Niveau gebracht. Die bekannten Zielkonflikte der sich gegensätzlich verhaltenden Reifeneigenschaften bestehen allerdings auch bei kieselsäurehaltigen Kautschukmischungen weiterhin.By partially or completely replacing the carbon black filler with silica in rubber compounds, driving characteristics have been improved overall in recent years. However, the well-known conflicting objectives of opposing tire properties still exist, even with silica-containing rubber compounds.
So zieht eine Verbesserung des Nassgriffs und des Trockenbremsens weiterhin in der Regel eine Verschlechterung des Rollwiderstandes, der Wintereigenschaften und des Abriebverhaltens nach sich. Auch der Nassgriff und das Handlingverhalten verhalten sich in der Regel gegensätzlich da eine für einen guten Nassgriff weichere Mischung üblicherweise mit einer weniger steifen Mischung einhergeht, die somit aber ein schlechteres Handlingverhalten aufweist.For example, improvements in wet grip and dry braking generally result in a deterioration in rolling resistance, winter performance, and abrasion behavior. Wet grip and handling behavior also generally behave in opposite directions, as a softer compound for good wet grip is usually accompanied by a less stiff compound, which therefore results in poorer handling.
Um die vorgenannten Zielkonflikte zu lösen, sind schon vielfältige Ansätze verfolgt worden. So hat man beispielsweise unterschiedlichste, auch modifizierte Polymere, Harze, Weichmacher und hochdisperse Füllstoffe für Kautschukmischungen eingesetzt und man hat versucht, die Vulkanisateigenschaften durch Modifikation der Mischungsherstellung zu beeinflussen.To resolve the aforementioned conflicting objectives, a variety of approaches have been pursued. For example, a wide variety of polymers, resins, plasticizers, and highly dispersed fillers have been used in rubber compounds, including modified ones. Attempts have been made to influence the vulcanizate properties by modifying the compounding process.
Einige in modernen Mischungen verwendete Substanzen wie z.B. funktionalisierte Polymere erhöhen die Viskosität der Mischung und verschlechtern damit das Prozessverhalten. Die Mischung krümelt und zerfällt in kleine Stücke, sodass solche Mischungen ohne weitere Modifikationen nicht in industriellem Maßstab produziert werden können.Some substances used in modern blends, such as functionalized polymers, increase the viscosity of the blend, thus impairing its processing behavior. The blend crumbles and disintegrates into small pieces, making such blends impossible to produce on an industrial scale without further modification.
Andere Substanzen wie Prozesshilfsmittel werden eingesetzt, um die Viskosität der Mischung wieder zu senken, können aber die physikalischen Eigenschaften des finalen Produktes negativ beeinflussen.Other substances such as processing aids are used to reduce the viscosity of the mixture, but can negatively affect the physical properties of the final product.
Stand der Technik in Bezug auf Kautschukmischverfahren ist zum Beispiel in der Veröffentlichung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein geeignetes Mischverfahren für eine Kautschukmischung bereitzustellen, das bevorzugt zu verbesserten Eigenschaften der resultierenden Mischung führt.The present invention is based on the object of providing a suitable mixing process for a rubber mixture, which preferably leads to improved properties of the resulting mixture.
Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, dass zumindest drei Mischschritte zur Herstellung einer Kautschukmischung durchgeführt werden:
- - Mischen mindestens eines schwefelvernetzbaren Dienkautschuks, mindestens eines Füllstoffs mit freien OH-Gruppen und mindestens eines Silan-Kupplungsagens in einem ersten Mischschritt zu einer ersten Kautschukmischung, wobei der OH-Gruppen haltige Füllstoff und das Silan-Kupplungsagens miteinander chemisch reagieren,
- - Mischen der ersten Kautschukmischung und von Prozesshilfsmitteln wie z.B. Aktivatoren oder Verarbeitungshilfsmitteln, die zumindest eine Fettsäure und ein zweiwertiges Metalloxid wie zum Beispiel ZnO enthalten, in einem zweiten Mischschritt zu einer zweiten Kautschukmischung,
- - Mischen der zweiten Kautschukmischung und von Vulkanisierungschemikalien in einem dritten Mischschritt zu einer dritten Kautschukmischung.
- - Mixing at least one sulfur-crosslinkable diene rubber, at least one filler with free OH groups and at least one silane coupling agent in a first mixing step to form a first rubber mixture, wherein the OH-group-containing filler and the silane coupling agent react chemically with each other,
- - Mixing the first rubber mixture and processing aids such as activators or processing aids containing at least one fatty acid and a divalent metal oxide such as ZnO in a second mixing step to form a second rubber mixture,
- - Mixing the second rubber compound and vulcanization chemicals in a third mixing step to form a third rubber compound.
Somit wird verhindert, dass die im zweiten Mischschritt zugesetzten Substanzen die Reaktionen der im ersten Mischschritt vermischten Substanzen beeinflusst.This prevents the substances added in the second mixing step from influencing the reactions of the substances mixed in the first mixing step.
Durch die beschriebene Aufteilung des Mischprozesses auf drei Mischschritte kann überraschend das Prozessverhalten, wie beispielsweise die Prozesssicherheit, der Kautschukmischung verbessert werden. Weiterhin können somit überraschend die Eigenschaften des aus einer so gemischten Kautschukmischung erhaltenen Vulkanisats verbessert werden. insbesondere können so eine höhere Verstärkung (Polymer-Füllstoff-Wechselwirkung), ein geringerer Abrieb und ein geringerer Rollwiderstand des resultierenden Vulkanisats erzielt werden.By dividing the mixing process into three mixing steps as described, the process behavior, such as the process reliability, of the rubber compound can be surprisingly improved. Furthermore, the properties of the vulcanizate obtained from such a mixed rubber compound can be surprisingly improved. In particular, higher reinforcement (polymer-filler interaction), lower abrasion, and lower rolling resistance of the resulting vulcanizate can be achieved.
Hierzu werden die drei genannten Mischschritte bevorzugt in der genannten Reihenfolge und besonders bevorzugt zeitlich versetzt durchgeführt.For this purpose, the three mixing steps mentioned are preferably carried out in the order mentioned and particularly preferably at different times.
Gemäß einer Ausführungsform finden die drei Mischschritte räumlich entkoppelt statt bzw. werden räumlich entkoppelt in unterschiedlichen Mischvorrichtungen durchgeführt, was eine flexible Verfahrensführung ermöglicht. Die drei Mischschritte können unabhängig voneinander mit hierfür günstigen Eigenschaften prozessiert werden.According to one embodiment, the three mixing steps take place spatially separated or are carried out spatially separated in different mixing devices, which allows for flexible process control. The three mixing steps can be processed independently of one another with favorable properties.
Für den ersten Mischschritt gelten vorteilhafterweise die in
Im zweiten Mischschritt wird das Mischgut vorteilhafterweise bearbeitet, bis es eine Temperatur im Bereich von 130 °C bis 150 °C aufweist und anschließend aus dem Mischer ausgeworfen.In the second mixing step, the mixture is advantageously processed until it has a temperature in the range of 130 °C to 150 °C and is then ejected from the mixer.
Im dritten Mischschritt sollte die Temperatur vorteilhafterweise den Wert von 130 °C nicht überschreiten.In the third mixing step, the temperature should ideally not exceed 130 °C.
Die Kautschukmischung kann insbesondere zwischen den Mischschritten abgekühlt werden.The rubber mixture can be cooled, especially between mixing steps.
Insbesondere findet der dritte Mischschritt bevorzugt in einer unterschiedlichen Mischvorrichtung als der erste und der zweite Mischschritt statt. Der dritte Mischschritt umfasst die Fertigmischstufe, in der die Vulkanisationschemikalien beigefügt werden. So kann der Beginn des Vulkanisationsprozesses genau eingestellt werden.In particular, the third mixing step preferably takes place in a different mixing device than the first and second mixing steps. The third mixing step comprises the final mixing stage, in which the vulcanization chemicals are added. This allows the start of the vulcanization process to be precisely adjusted.
Insbesondere findet weiterhin der zweite Mischschritt in einer unterschiedlichen Mischvorrichtung als der erste Mischschritt statt, sodass der Beginn des zweiten Mischschrittes genau eingestellt werden kann und vom ersten Mischschritt räumlich und zeitlich entkoppelt ist. Somit wird besser verhindert, dass die im zweiten Mischschritt zugesetzten Substanzen die Reaktionen der im ersten Mischschritt vermischten Substanzen beeinflusst.In particular, the second mixing step continues to take place in a different mixing device than the first mixing step, so that the start of the second mixing step can be precisely adjusted and is spatially and temporally decoupled from the first mixing step. This better prevents the substances added in the second mixing step from influencing the reactions of the substances mixed in the first mixing step.
Gemäß einer Ausführungsform finden der erste und der zweite Mischschritt in unterschiedlichen Mischkammern einer Tandemmischvorrichtung stattfinden.According to one embodiment, the first and second mixing steps take place in different mixing chambers of a tandem mixing device.
Die Tandemmischvorrichtungen umfasst zwei Mischkammern, die Obermaschine und Untermaschine genannt werden. Bei Obermaschine und Untermaschine handelt es sich im Wesentlichen um eigenständige Mischvorrichtungen, die direkt miteinander verbunden sind, sodass die Kautschukmischung von der Obermaschine ohne weitere Hilfsmittel direkt in die Untermaschine befördert werden kann.The tandem mixing system comprises two mixing chambers, called the upper machine and the lower machine. The upper machine and the lower machine are essentially independent mixing devices that are directly connected to each other, allowing the rubber compound to be transferred directly from the upper machine to the lower machine without any additional equipment.
Bevorzugt findet zum Beispiel der erste Mischschritt in der Obermaschine und der zweite Mischschritt in der Untermaschine statt. Die Mischschritte bleiben weiterhin räumlich voneinander getrennt, eventuelle Verarbeitungsprobleme beim Transport der Kautschukmischung von der ersten zur zweiten Mischvorrichtung werden jedoch verringert bzw. entfallen.For example, the first mixing step preferably takes place in the upper machine and the second mixing step in the lower machine. The mixing steps remain spatially separated, but potential processing problems during transport of the rubber mixture from the first to the second mixing device are reduced or eliminated.
Zu möglichen Ausgestaltungen der Tandemmischvorrichtung sei auch auf die Veröffentlichung
Bevorzugt wird die erste Kautschukmischung vor dem Zuführen in die zweite Mischvorrichtung abgekühlt, sodass die Reaktionen zwischen den Substanzen der ersten Kautschukmischung vollständig beendet sind.Preferably, the first rubber mixture is cooled before being fed into the second mixing device so that the reactions between the substances of the first rubber mixture are completely terminated.
Bevorzugt reagiert im ersten Mischschritt der OH-Gruppenhaltige Füllstoff und das Silan-Kupplungsagens vollständig miteinander, sodass die Reaktionen während des zweiten Mischschrittes die Reaktion von OH-Gruppenhaltigem Füllstoff und Silan-Kupplungsagens nicht beeinflusst.Preferably, in the first mixing step, the OH-group-containing filler and the silane coupling agent react completely with each other, so that the reactions during the second mixing step do not influence the reaction of the OH-group-containing filler and the silane coupling agent.
Der Füllstoff ist bevorzugt Kieselsäure bzw. Silica wie später näher erläutert wird.The filler is preferably silicic acid or silica as will be explained in more detail later.
Bevorzugt wird im zweiten Mischschritt zumindest eines von Zinkoxid und Stearinsäure zugesetzt wird, deren Eigenschaften später genauer erläutert werden.Preferably, in the second mixing step, at least one of zinc oxide and stearic acid is added, the properties of which will be explained in more detail later.
Die Kautschukmischung enthält wenigstens einen Dienkautschuk. Demnach können auch mehrere Kautschuke im Verschnitt eingesetzt werden.The rubber compound contains at least one diene rubber. Therefore, several rubbers can be used in blends.
Als Dienkautschuke werden Kautschuke bezeichnet, die durch Polymerisation oder Copolymerisation von Dienen und/oder Cycloalkenen entstehen und somit entweder in der Hauptkette oder in den Seitengruppen C=C-Doppelbindungen aufweisen.Diene rubbers are rubbers that are produced by polymerization or copolymerization of dienes and/or cycloalkenes and thus have C=C double bonds either in the main chain or in the side groups.
Bei den Dienkautschuken kann es sich z. B. um natürliches Polyisopren und/oder synthetisches Polyisopren und/oder Polybutadien (Butadien-Kautschuk) und/oder Styrol-Butadien-Copolymer (Styrol-Butadien-Kautschuk) und/oder epoxidiertes Polyisopren und/oder Styrol-Isopren-Kautschuk und/oder Halobutyl-Kautschuk und/oder Polynorbornen und/oder Isopren-Isobutylen-Copolymer und/oder Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk handeln. Die Kautschuke können als reine Kautschuke oder in ölverstreckter Form eingesetzt werden.The diene rubbers can be, for example, natural polyisoprene and/or synthetic polyisoprene and/or polybutadiene (butadiene rubber) and/or styrene-butadiene copolymer (styrene-butadiene rubber) and/or epoxidized polyisoprene and/or styrene-isoprene rubber and/or halobutyl rubber and/or polynorbornene and/or isoprene-isobutylene copolymer and/or ethylene-propylene-diene rubber. The rubbers can be used as pure rubbers or in oil-extended form.
Bevorzugt handelt es sich bei dem oder den Dienkautschuk(en) jedoch um natürliches Polyisopren (NR) und/oder synthetisches Polyisopren (IR) und/oder Polybutadien (BR, Butadien-Kautschuk) und/oder Styrol-Butadien-Copolymer (SBR, Styrol-Butadien-Kautschuk).Preferably, however, the diene rubber(s) are natural polyisoprene (NR) and/or synthetic polyisoprene (IR) and/or polybutadiene (BR, butadiene rubber) and/or styrene-butadiene copolymer (SBR, styrene-butadiene rubber).
Bei dem natürlichen und/oder synthetischen Polyisopren kann es sich sowohl um cis-1,4-Polyisopren als auch um 3,4-Polyisopren handeln. Bevorzugt ist allerdings die Verwendung von cis-1,4-Polyisoprenen mit einem cis 1,4 Anteil > 90 Gew.-%. Zum einen kann solch ein Polyisopren durch stereospezifische Polymerisation in Lösung mit Ziegler-Natta-Katalysatoren oder unter Verwendung von fein verteilten Lithiumalkylen erhalten werden. Zum anderen handelt es sich bei Naturkautschuk (NR) um ein solches cis-1,4 Polyisopren; der cis-1,4-Anteil im Naturkautschuk ist größer 99 Gew.-%.The natural and/or synthetic polyisoprene can be either cis-1,4-polyisoprene or 3,4-polyisoprene. However, the use of cis-1,4-polyisoprenes with a cis-1,4 content of > 90 wt.% is preferred. Such a polyisoprene can be obtained by stereospecific polymerization in solution with Ziegler-Natta catalysts or using finely divided lithium alkyls. Natural rubber (NR) is also such a cis-1,4-polyisoprene; the cis-1,4 content in natural rubber is greater than 99 wt.%.
Ferner ist auch ein Gemisch eines oder mehrerer natürlicher Polyisoprene mit einem oder mehreren synthetischen Polyisoprenen denkbar. Natürliches Polyisopren wird verstanden als Kautschuk, der durch Ernte von Quellen wie Kautschukbäumen (Hevea brasiliensis) oder nicht-Kautschukbaumquellen (wie z. B. Guayule oder Löwenzahn (z. B. Taraxacum)) gewonnen werden kann. Unter natürlichem Polyisopren (NR) wird nicht synthetisches Polyisopren verstanden.Furthermore, a mixture of one or more natural polyisoprenes with one or more synthetic polyisoprenes is also conceivable. Natural polyisoprene is defined as rubber that can be obtained by harvesting from sources such as rubber trees (Hevea brasiliensis) or non-rubber tree sources (such as guayule or dandelion (e.g., Taraxacum)). Natural polyisoprene (NR) is defined as non-synthetic polyisoprene.
Bei dem Butadien-Kautschuk (BR, Polybutadien) kann es sich um alle dem Fachmann bekannten Typen mit einem Mw von 250000 bis 5000000 g/mol handeln. Darunter fallen u. a. die sogenannten high-cis- und low-cis-Typen, wobei Polybutadien mit einem cis-Anteil größer oder gleich 90 Gew.-% als high-cis-Typ und Polybutadien mit einem cis-Anteil kleiner als 90 Gew.-% als low-cis-Typ bezeichnet wird. Ein low-cis-Polybutadien ist z. B. Li-BR (Lithium-katalysierter Butadien-Kautschuk) mit einem cis-Anteil von 20 bis 50 Gew.-%. Mit einem high-cis BR werden besonders gute Abriebeigenschaften sowie eine niedrige Hysterese der Kautschukmischung erzielt. Das eingesetzte Polybutadien kann mit Modifizierungen und Funktionalisierungen endgruppenmodifiziert und/oder entlang der Polymerketten funktionalisiert sein. Bei der Modifizierung kann es sich um solche mit Hydroxy-Gruppen und/oder Ethoxy-Gruppen und/oder Epoxy-Gruppen und/oder Siloxan-Gruppen und/oder Amino-Gruppen und/oder Aminosiloxan und/oder Carboxy-Gruppen und/oder Phthalocyanin-Gruppen und/oder Silan-Sulfid-Gruppen handeln. Es kommen aber auch weitere, der fachkundigen Person bekannte, Modifizierungen, auch als Funktionalisierungen bezeichnet, in Frage. Bestandteil solcher Funktionalisierungen können Metallatome sein.The butadiene rubber (BR, polybutadiene) can be any type known to the person skilled in the art with a Mw of 250,000 to 5,000,000 g/mol. These include, among others, the so-called high-cis and low-cis types, with polybutadiene with a cis content of greater than or equal to 90 wt. % being referred to as the high-cis type and polybutadiene with a cis content of less than 90 wt. % being referred to as the low-cis type. An example of a low-cis polybutadiene is Li-BR (lithium-catalyzed butadiene rubber) with a cis content of 20 to 50 wt. %. With a high-cis BR, particularly good abrasion properties and low hysteresis of the rubber mixture are achieved. The polybutadiene used can be end-group modified with modifications and functionalizations and/or functionalized along the polymer chains. The modification may involve hydroxyl groups, ethoxy groups, epoxy groups, siloxane groups, amino groups, aminosiloxane, carboxyl groups, phthalocyanine groups, and/or silane sulfide groups. However, other modifications known to the expert, also known as functionalizations, are also possible. Metal atoms may be a component of such functionalizations.
Bei dem Styrol-Butadien-Kautschuk (Styrol-Butadien-Copolymer) kann es sich sowohl um lösungspolymerisierten Styrol-Butadien-Kautschuk (SSBR) als auch um emulsionspolymerisierten Styrol-Butadien-Kautschuk (ESBR) handeln, wobei auch ein Gemisch aus wenigstens einem SSBR und wenigstens einem ESBR eingesetzt werden kann. Die Begriffe „Styrol-Butadien-Kautschuk“ und „Styrol-Butadien-Copolymer“ werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung synonym verwendet. Bevorzugt sind in jedem Fall Styrol-Butadien-Copolymere mit einem Mw von 250000 bis 600000 g/mol (zweihundertfünfzigtausend bis sechshunderttausend Gramm pro Mol).The styrene-butadiene rubber (styrene-butadiene copolymer) can be either solution-polymerized styrene-butadiene rubber (SSBR) or emulsion-polymerized styrene-butadiene rubber (ESBR), although a mixture of at least one SSBR and at least one ESBR can also be used. The terms "styrene-butadiene rubber" and "styrene-butadiene copolymer" are used synonymously in the context of the present invention. In each case, styrene- Butadiene copolymers with a Mw of 250,000 to 600,000 g/mol (two hundred and fifty thousand to six hundred thousand grams per mole).
Das oder die eingesetzte(n) Styrol-Butadien-Copolymere kann/können mit Modifizierungen und Funktionalisierungen endgruppenmodifiziert und/oder entlang der Polymerketten funktionalisiert sein. Bei der Modifizierung kann es sich um solche mit Hydroxy-Gruppen und/oder Ethoxy-Gruppen und/oder Epoxy-Gruppen und/oder Siloxan-Gruppen und/oder Amino-Gruppen und/oder Aminosiloxan und/oder Carboxy-Gruppen und/oder Phthalocyanin-Gruppen und/oder Silan-Sulfid-Gruppen handeln. Es kommen aber auch weitere, der fachkundigen Person bekannte, Modifizierungen, auch als Funktionalisierungen bezeichnet, in Frage. Bestandteil solcher Funktionalisierungen können Metallatome sein.The styrene-butadiene copolymer(s) used can be end-group modified and/or functionalized along the polymer chains. The modifications can include hydroxyl groups, ethoxy groups, epoxy groups, siloxane groups, amino groups, aminosiloxane, carboxyl groups, phthalocyanine groups, and/or silane sulfide groups. However, other modifications known to the skilled person, also referred to as functionalizations, are also possible. Metal atoms can be a component of such functionalizations.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung enthält die Kautschukmischung mehr als 70 phr wenigstens eines Styrol-Butadien-Copolymers. So werden besonders gute Werte hinsichtlich des Nassgriff erzielt.According to a preferred embodiment of the invention, the rubber mixture contains more than 70 phr of at least one styrene-butadiene copolymer. This achieves particularly good wet grip values.
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 in dieser Schrift auf 100 Gewichtsteile der gesamten Masse aller in der Mischung vorhandenen hochmolekularen und dadurch festen Kautschuke bezogen.The term phr (parts per hundred parts of rubber by weight) used in this document is the standard quantity used in the rubber industry for compound formulations. The dosage of the parts by weight of the individual substances in this document is based on 100 parts by weight of the total mass of all high-molecular-weight and therefore solid rubbers present in the compound.
Um den Nassgriff und das Handlingverhalten weiter zu verbessern, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Kautschukmischung mehr als 50 phr zumindest eines lösungspolymerisierten Styrol-Butadien-Copolymers enthält, bevorzugt mehr als 70 phr. In order to further improve wet grip and handling behavior, it has proven advantageous if the rubber mixture contains more than 50 phr of at least one solution-polymerized styrene-butadiene copolymer, preferably more than 70 phr.
Gemäß der Erfindung enthält die Kautschukmischung weiterhin wenigstens einen Füllstoff.According to the invention, the rubber mixture further contains at least one filler.
Die Kautschukmischung enthält in Ausführungsformen unterschiedliche Füllstoffe, wie Ruße, Kieselsäuren, Alumosilicate, Kreide, Stärke, Magnesiumoxid, Titandioxid oder Kautschukgele in üblichen Mengen, wobei die Füllstoffe in Kombination eingesetzt werden können. Weiterhin sind Kohlenstoffnanoröhrchen (carbon nanotubes (CNT) inklusive diskreter CNTs, sogenannte hollow carbon fibers (HCF) und modifizierte CNT enthaltend eine oder mehrere funktionelle Gruppen, wie Hydroxy-, Carboxy und Carbonyl-Gruppen) denkbar. Auch Graphit und Graphene sowie sogenannte „carbonsilica dual-phase filler“ sind als Füllstoff einsetzbar.The rubber mixture contains various fillers, such as carbon black, silica, aluminosilicates, chalk, starch, magnesium oxide, titanium dioxide, or rubber gels, in typical amounts. The fillers can be used in combination. Carbon nanotubes (CNTs) (including discrete CNTs, so-called hollow carbon fibers (HCFs), and modified CNTs containing one or more functional groups, such as hydroxyl, carboxyl, and carbonyl groups) are also conceivable. Graphite and graphene, as well as so-called "carbonsilica dual-phase fillers," can also be used as fillers.
Die Mengen an Füllstoff liegen in den Fachmann bekannten Bereichen. Vorzugsweise enthält die Kautschukmischung mehr als 50 phr Füllstoff, um den Rollwiderstand und das Abriebverhalten zu verbessern.The amounts of filler are within ranges known to those skilled in the art. The rubber compound preferably contains more than 50 phr of filler to improve rolling resistance and abrasion behavior.
Ist in der Kautschukmischung Ruß enthalten, können alle dem Fachmann bekannten Ruß-Typen eingesetzt werden. Der Rußgehalt beträgt bevorzugt maximal 300 phr, bevorzugter maximal 200 phr, bevorzugter maximal 150 phr. Bevorzugt wird ein Ruß eingesetzt, der eine Jodadsorptionszahl gemäß ASTM D 1510 von 30 bis 180 g/kg, bevorzugt 30 bis 130 kg/g, und eine DBP-Zahl gemäß ASTM D 2414 von 80 bis 200 ml/100 g, bevorzugt 100 bis 200 ml/100g, besonders bevorzugt 100 bis 180 ml/100g, aufweist. Hiermit werden für die Anwendung im Fahrzeugreifen besonders gute Rollwiderstandsindikatoren (Rückprallelastizität bei 70 °C) bei guten sonstigen Reifeneigenschaften erzielt.If the rubber mixture contains carbon black, all types of carbon black known to those skilled in the art can be used. The carbon black content is preferably a maximum of 300 phr, more preferably a maximum of 200 phr, and even more preferably a maximum of 150 phr. Preference is given to using a carbon black that has an iodine adsorption number according to ASTM D 1510 of 30 to 180 g/kg, preferably 30 to 130 kg/g, and a DBP number according to ASTM D 2414 of 80 to 200 ml/100 g, preferably 100 to 200 ml/100 g, particularly preferably 100 to 180 ml/100 g. This achieves particularly good rolling resistance indicators (rebound resilience at 70°C) for use in vehicle tires, along with good other tire properties.
Zumindest einer der erfindungsgemäß eingesetzten Füllstoffe weist freie Hydroxy-, also OH-Gruppen auf. Bevorzugt handelt es sich um einen mineralischen Füllstoff. Der Gehalt an dem Füllstoff mit freien Hydroxy-Gruppen beträgt bevorzugt 10 bis 300 phr, bevorzugter 30 bis 250 phr, besonders bevorzugt 40 bis 200 phr.At least one of the fillers used according to the invention contains free hydroxyl, i.e., OH, groups. This is preferably a mineral filler. The content of the filler with free hydroxyl groups is preferably 10 to 300 phr, more preferably 30 to 250 phr, and particularly preferably 40 to 200 phr.
In Ausführungsformen wird als Füllstoff Kieselsäure bzw. Silica eingesetzt.In some embodiments, silicic acid or silica is used as a filler.
Enthält die Kautschukmischung Kieselsäure, können unterschiedlichste Kieselsäuren, wie „low surface area“ oder hoch dispergierbare Kieselsäure, auch im Gemisch, zum Einsatz kommen. Besonders bevorzugt ist es, wenn eine fein verteilte, gefällte Kieselsäure verwendet wird, die eine CTAB-Oberfläche (gemäß ASTM D 3765) von 30 bis 350 m2/g, vorzugsweise von 80 bis 280 m2/g, aufweist. Als Kieselsäuren können sowohl konventionelle Kieselsäuren wie die des Typs VN3 (Handelsname) der Firma Evonik als auch hoch dispergierbare Kieselsäuren, so genannte HD-Kieselsäuren (z. B. Ultrasil 7000 der Firma Evonik), zum Einsatz kommen.If the rubber compound contains silica, a wide variety of silicas, such as low surface area or highly dispersible silica, can be used, even in mixtures. It is particularly preferred to use a finely dispersed, precipitated silica with a CTAB surface area (according to ASTM D 3765) of 30 to 350 m² /g, preferably 80 to 280 m² /g. Both conventional silicas such as type VN3 (trade name) from Evonik and highly dispersible silicas, so-called HD silicas (e.g., Ultrasil 7000 from Evonik), can be used as silicas.
Zur Verbesserung der Verarbeitbarkeit und zur Anbindung eines ggf. vorhandenen polaren Füllstoffes an den Kautschuk werden der Kautschukmischung Silan-Kupplungsagenzien zugesetzt. Die Silan-Kupplungsagenzien reagieren mit den oberflächlichen Silanolgruppen der Kieselsäure oder anderen polaren Gruppen während des ersten Mischschritts. Derartige Silan-Kupplungsagenzien sind bifunktionelle Organosilane, die am Siliciumatom mindestens eine Alkoxy-, Cycloalkoxy- oder Phenoxygruppe als Abgangsgruppe besitzen und die als andere Funktionalität eine Gruppe aufweisen, die gegebenenfalls nach Spaltung eine chemische Reaktion mit den Doppelbindungen des Polymers eingehen kann. Bei der letztgenannten Gruppe kann es sich z. B. um die folgenden chemischen Gruppen handeln: -SCN, -SH, -NH2 oder -Sx- (mit x = 2-8). So können als Silan-Kupplungsagenzien z. B. 3-Mercaptopropyltriethoxysilan, 3 Thiocyanato-propyltrimethoxysilan oder 3,3'-Bis(triethoxysilylpropyl)polysulfide mit 2 bis 8 Schwefelatomen, wie z. B. 3,3'-Bis(triethoxysilylpropyl)disulfid (TESPD), 3,3'-Bis(triethoxysilylpropyl)tetrasulfid (TESPT) oder auch Gemische aus den Sulfiden mit 1 bis 8 Schwefelatomen mit unterschiedlichen Gehalten an den verschiedenen Sulfiden, verwendet werden. Die Silan-Kupplungsagenzien können dabei auch als Gemisch mit Industrieruß zugesetzt werden, wie z. B. TESPT auf Ruß (Handelsname X50S der Firma Evonik). Auch geblockte Mercaptosilane, wie sie z. B. aus der
In der Kautschukmischung können Weichmacher in Mengen von 1 bis 120 phr, bevorzugt von 5 bis 90 phr, besonders bevorzugt von 15 bis 80 phr, enthalten sein. Als Weichmacher können alle dem Fachmann bekannten Weichmacher wie aromatische, naphthenische oder paraffinische Mineralölweichmacher, wie z.B. MES (mild extraction solvate) oder RAE (Residual Aromatic Extract) oder TDAE (treated distillate aromatic extract), oder Rubber-to-Liquid-Öle (RTL) oder Biomass-to-Liquid-Öle (BTL) bevorzugt mit einem Gehalt an polyzyklischen Aromaten von weniger als 3 Gew.-% gemäß Methode IP 346 oder Rapsöl oder Faktisse oder Weichmacherharze oder Flüssig-Polymere, wie flüssiges Polybutadien - auch in modifizierter Form - eingesetzt werden. Der oder die Weichmacher werden bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Kautschukmischung bevorzugt in wenigstens einer Grundmischstufe zugegeben.The rubber mixture may contain plasticizers in amounts of 1 to 120 phr, preferably 5 to 90 phr, particularly preferably 15 to 80 phr. Plasticizers that can be used include all plasticizers known to the person skilled in the art, such as aromatic, naphthenic, or paraffinic mineral oil plasticizers, such as MES (mild extraction solvate) or RAE (residual aromatic extract) or TDAE (treated distillate aromatic extract), or rubber-to-liquid oils (RTL) or biomass-to-liquid oils (BTL), preferably with a polycyclic aromatics content of less than 3% by weight according to method IP 346, or rapeseed oil or factice, or plasticizer resins, or liquid polymers, such as liquid polybutadiene—also in modified form. The plasticizer(s) are preferably added in at least one basic mixing stage during the production of the rubber mixture according to the invention.
Des Weiteren kann die Kautschukmischung Zusatzstoffe und Prozesshilfsmittel in üblichen Gewichtsteilen enthalten, die bei deren Herstellung erfindungsgemäß in verschiedenen Mischschritten zugegeben werden. Zu den Zusatzstoffen, die während des ersten Mischschritts zum Mischen der ersten Kautschukmischung zugegeben werden, zählen
- a) Mastikationshilfsmittel, wie z. B. 2,2'-Dibenzamidodiphenyldisulfid (DBD). Zu den Zusatzstoffen und Prozesshilfsmitteln, die während des erfindungsgemäßen zweiten Mischschritts zum Mischen der zweiten Kautschukmischung zur zuvor gemischten ersten Kautschukmischung zugegeben werden, zählen
- b) Wachse, und
- c) Aktivatoren, wie z. B. Zinkoxid und Fettsäuren, insbesondere zum Beispiel Stearinsäure oder Zinkkomplexe wie z. B. Zinkethylhexanoat, Zu den Zusatzstoffen und Prozesshilfsmitteln, die zur Steuerung der Kinetik des ersten Mischschritts entweder zum Mischen der ersten oder zweiten Kautschukmischung zugegeben werden, zählen
- d) Alterungsschutzmittel, wie z. B. N-Phenyl-N'-(1,3-dimethylbutyl)-p-phenylendiamin (6PPD), N,N'-Diphenyl-p-phenylendiamin (DPPD), N,N'-Ditolyl-p-phenylendiamin (DTPD), N-Isopropyl-N'-phenyl-p-phenylendiamin (IPPD), 2,2,4-Trimethyl-1,2-dihydrochinolin (TMQ),
- e) Verarbeitungshilfsmittel, wie z.B. Fettsäuresalze, wie z.B. Zinkseifen, und Fettsäureester und deren Derivate, sowie im Handel erhältliche Mischungen wie zum Beispiel Struktol® EF 44.
- a) Mastication aids, such as 2,2'-dibenzamidodiphenyl disulfide (DBD). The additives and processing aids added to the previously mixed first rubber mixture during the second mixing step according to the invention for mixing the second rubber mixture include
- b) waxes, and
- c) Activators, such as zinc oxide and fatty acids, in particular, for example, stearic acid or zinc complexes such as zinc ethylhexanoate. The additives and processing aids added to control the kinetics of the first mixing step, either for mixing the first or second rubber compound, include
- d) Anti-aging agents such as N-phenyl-N'-(1,3-dimethylbutyl)-p-phenylenediamine (6PPD), N,N'-diphenyl-p-phenylenediamine (DPPD), N,N'-ditolyl-p-phenylenediamine (DTPD), N-isopropyl-N'-phenyl-p-phenylenediamine (IPPD), 2,2,4-trimethyl-1,2-dihydroquinoline (TMQ),
- e) processing aids such as fatty acid salts, such as zinc soaps, and fatty acid esters and their derivatives, as well as commercially available mixtures such as Struktol® EF 44.
Der Mengenanteil der Gesamtmenge an weiteren Zusatzstoffen beträgt 3 bis 150 phr, bevorzugt 3 bis 100 phr und besonders bevorzugt 5 bis 80 phr.The proportion of the total amount of other additives is 3 to 150 phr, preferably 3 to 100 phr and particularly preferably 5 to 80 phr.
Der Mengenanteil der Gesamtmenge an weiteren Zusatzstoffen, die während des zweiten Mischschrittes zugegeben werden, beträgt 3 bis 150 phr, bevorzugt 4 bis 100 phr, 5 bis 80 phr und besonders bevorzugt 5 bis 25 phr.The proportion of the total amount of further additives added during the second mixing step is 3 to 150 phr, preferably 4 to 100 phr, 5 to 80 phr and particularly preferably 5 to 25 phr.
Die Zugabe der genannten Zusatzstoffe im zweiten statt im ersten Mischschritt führt überraschenderweise zur Verbesserung wichtiger Reifeneigenschaften eines aus der Kautschukmischung hergestellten Reifens und ermöglicht darüber hinaus eine bessere Verarbeitbarkeit und Produzierbarkeit der Kautschukmischung, wodurch die Produktionseffizienz und -qualität weiter erhöht werden.The addition of the above-mentioned additives in the second mixing step instead of the first surprisingly leads to an improvement in important tire properties of a tire made from the rubber compound and also enables better processability and producibility of the rubber compound, thereby further increasing production efficiency and quality.
Insbesondere werden hierdurch beispielsweise die Verstärkung des Reifens erhöht (erhöhte Zugfestigkeit) bzw. der Abrieb (verringerter Abrieb bei erhöhter Zugfestigkeit) und der Rollwiderstand des Reifens verringert.In particular, this increases the reinforcement of the tire (increased tensile strength) or abrasion (reduced abrasion with increased tensile strength) and reduces the rolling resistance of the tire.
Die Vulkanisation der Kautschukmischung wird in einem dritten Mischschritt in Anwesenheit von Schwefel und/oder Schwefelspendern mit Hilfe von Vulkanisationsbeschleunigern durchgeführt, wobei einige Vulkanisationsbeschleuniger zugleich als Schwefelspender wirken können. Dabei ist der Beschleuniger ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Thiazolbeschleunigern und/oder Mercaptobeschleunigern und/oder Sulfenamidbeschleunigern und/oder Thiocarbamatbeschleunigern und/oder Thiurambeschleunigern und/oder Thiophosphatbeschleunigern und/oder Thioharnstoffbeschleunigern und/oder Xanthogenat-Beschleunigern und/oder Guanidin-Beschleunigern.The vulcanization of the rubber compound is carried out in a third mixing step in the presence of sulfur and/or sulfur donors using vulcanization accelerators, whereby some vulcanization accelerators can also act as sulfur donors. The accelerator is selected from the group consisting of thiazole accelerators, mercapto accelerators, sulfenamide accelerators, thiocarbamate accelerators, thiuram accelerators, thiophosphate accelerators, thiourea accelerators, xanthate accelerators, and/or guanidine accelerators.
Bevorzugt ist die Verwendung eines Guanidin-Beschleunigers, zum Beispiel N,N'-Diphenylguanidin (DPG). Das DPG wird in einer Ausführungsform bereits während des ersten Mischschritts zur Kautschukmischung zugesetzt. Dies hat den Vorteil, dass sich die Prozesssicherheit des Mischverfahrens erhöht, insbesondere kann hierdurch die An-Vulkanisation der Kautschukmischung vor dem dritten Mischschritt verzögert werden.The use of a guanidine accelerator, for example, N,N'-diphenylguanidine (DPG), is preferred. In one embodiment, the DPG is added to the rubber mixture during the first mixing step. This has the advantage of increasing the process reliability of the mixing process; in particular, it can delay the initial vulcanization of the rubber mixture before the third mixing step.
Zum Beispiel kann auch ein Sulfenamidbeschleuniger verwendet werden, der ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus N-Cyclohexyl-2-benzothiazolsufenamid (CBS) und/oder N,N-Dicyclohexylbenzothiazol-2-sulfenamid (DCBS) und/oder Benzothiazyl-2-sulfenmorpholid (MBS) und/oder N-tert-Butyl-2-benzothiazylsulfenamid (TBBS).For example, a sulfenamide accelerator selected from the group consisting of N-cyclohexyl-2-benzothiazolesufenamide (CBS) and/or N,N-dicyclohexylbenzothiazole-2-sulfenamide (DCBS) and/or benzothiazyl-2-sulfenemorpholide (MBS) and/or N-tert-butyl-2-benzothiazylsulfenamide (TBBS) may also be used.
Außerdem kann die Kautschukmischung Vulkanisationsverzögerer enthalten.The rubber compound may also contain vulcanization retarders.
Als schwefelspendende Substanz können dabei alle dem Fachmann bekannten schwefelspendenden Substanzen verwendet werden. Enthält die Kautschukmischung eine schwefelspendende Substanz, ist diese bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus z. B. Thiuramdisulfiden, wie z. B. Tetrabenzylthiuramdisulfid (TBzTD), Tetramethylthiuramdisulfid (TMTD) oder Tetraethylthiuramdisulfid (TETD), Thiuramtetrasulfiden, wie z. B. Dipentamethylenthiuramtetrasulfid (DPTT), Dithiophosphaten, wie z. B. DipDis (Bis-(Diisopropyl)thiophosphoryldisulfid), Bis(O,O-2-ethylhexyl-thiophosphoryl)Polysulfid (z. B. Rhenocure SDT 50®, Rheinchemie GmbH, Zinkdichloryldithiophosphat (z. B. Rhenocure ZDT/S®, Rheinchemie GmbH) oder Zinkalkyldithiophosphat, und 1,6-Bis(N,N-dibenzylthiocarbamoyldithio)hexan und Diarylpolysulfiden und Dialkylpolysulfiden.All sulfur-donating substances known to the person skilled in the art can be used as the sulfur-donating substance. If the rubber mixture contains a sulfur-donating substance, it is preferably selected from the group consisting of, for example, thiuram disulfides, such as tetrabenzylthiuram disulfide (TBzTD), tetramethylthiuram disulfide (TMTD) or tetraethylthiuram disulfide (TETD), thiuram tetrasulfides, such as dipentamethylenethiuram tetrasulfide (DPTT), dithiophosphates, such as B. DipDis (bis-(diisopropyl)thiophosphoryl disulfide), bis(O,O-2-ethylhexyl-thiophosphoryl)polysulfide (e.g. Rhenocure SDT 50®, Rheinchemie GmbH), zinc dichloryldithiophosphate (e.g. Rhenocure ZDT/S®, Rheinchemie GmbH) or zinc alkyldithiophosphate, and 1,6-bis(N,N-dibenzylthiocarbamoyldithio)hexane and diarylpolysulfides and dialkylpolysulfides.
Auch weitere netzwerkbildende Systeme, wie sie beispielsweise unter den HandelsnamenOther network-building systems, such as those sold under the trade names
Vulkuren®, Duralink® oder Perkalink® erhältlich sind, oder netzwerkbildende Systeme, wie sie in der
Der Kautschukmischung wird bei deren Herstellung bevorzugt wenigstens ein Vulkanisationsmittel ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Schwefel, Schwefelspender, Vulkanisationsbeschleuniger und Vulkanisationsmittel, die mit einer Funktionalität größer vier vernetzen, in der Fertigmischstufe zugegeben. Hierdurch lässt sich aus der gemischten Fertigmischung durch Vulkanisation eine schwefelvernetzte Kautschukmischung für die Anwendung im Fahrzeugluftreifen herstellen.During the final mixing stage, at least one vulcanizing agent selected from the group consisting of sulfur, sulfur donor, vulcanization accelerator, and vulcanizing agents that crosslink with a functionality greater than four is preferably added to the rubber mixture during its production. This allows the mixed final mixture to be vulcanized to produce a sulfur-crosslinked rubber mixture for use in pneumatic vehicle tires.
Die Begriffe „vulkanisiert“ und „vernetzt“ werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung synonym verwendet.The terms “vulcanized” and “crosslinked” are used synonymously in the context of the present invention.
Die Herstellung der 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. Anschließend erfolgt die Weiterverarbeitung durch Vulkanisation, wobei aufgrund des im Rahmen der vorliegenden Erfindung zugegebenen Vulkanisationssystems eine Schwefelvernetzung stattfindet.The rubber compound is manufactured according to the process commonly used in the rubber industry, in which a base compound is first produced in one or more mixing stages, containing all components except the vulcanization system (sulfur and vulcanization-influencing substances). The finished compound is created by adding the vulcanization system in a final mixing stage. The mixture is further processed, for example, by an extrusion process and formed into the appropriate shape. Further processing then takes place by vulcanization, whereby sulfur crosslinking occurs due to the vulcanization system added within the scope of the present invention.
Die Kautschukmischung wird für die Herstellung von Fahrzeugluftreifen, wie PKW-, LKW- oder Zweiradreifen, verwendet, wobei die Kautschukmischung zumindest den mit der Fahrbahn in Berührung kommenden Teil des Laufstreifens bildet.The rubber compound is used for the manufacture of pneumatic vehicle tires, such as car, truck or two-wheel tires, whereby the rubber compound forms at least the part of the tread that comes into contact with the road surface.
Die Erfindung soll nun anhand von Vergleichs- und Ausführungsbeispielen, die in der Tabelle 1 zusammengefasst sind, näher erläutert werden.The invention will now be explained in more detail using comparative and exemplary embodiments, which are summarized in Table 1.
Die Vergleichsmischungen sind dabei mit V1 bis V3, die erfindungsgemäßen Mischungen sind ist mit E1 bis E3 gekennzeichnet.The comparison mixtures are marked V1 to V3, the mixtures according to the invention are marked E1 to E3.
Die Mischungsherstellung von V1, V2 und V3 erfolgte soweit nicht anders angegeben nach den in der Kautschukindustrie üblichen Verfahren unter üblichen Bedingungen in drei Stufen in einem Labormischer bei dem zunächst in der ersten Mischstufe (Grundmischstufe) in einem ersten Mischschritt alle Bestandteile außer dem Vulkanisationssystem (Schwefel und vulkanisationsbeeinflussende Substanzen) vermischt wurden.Unless otherwise stated, the compounding of V1, V2 and V3 was carried out according to the procedures customary in the rubber industry under normal conditions in three stages in a laboratory mixer in which all components except the vulcanization system (sulfur and vulcanization-influencing substances) were mixed in a first mixing step in the first mixing stage (basic mixing stage).
In der zweiten Mischstufe wurde die Grundmischung nochmals mechanisch durchmischt, ohne dass weitere Substanzen zur Mischung hinzugefügt wurden.In the second mixing stage, the base mixture was mixed mechanically again without adding any further substances to the mixture.
Durch Zugabe des Vulkanisationssystems in der dritten Stufe (Fertigmischstufe) wurde die Fertigmischung in einem zweiten Mischschritt erzeugt, wobei bei 90 bis 120 °C gemischt wurde.By adding the vulcanization system in the third stage (finished mix stage), the finished mix was produced in a second mixing step, mixing at 90 to 120 °C.
In den Vergleichsbeispielen V1 und V3 wurden unterschiedliche Silan-Kopplungsagenzien verwendet.In comparative examples V1 and V3, different silane coupling agents were used.
In V2 wurde der Vulkanisierungsbeschleuniger DPG im Unterschied zu V1 bereits in der Grundmischstufe statt in der Fertigmischstufe hinzugefügt.In V2, in contrast to V1, the vulcanization accelerator DPG was added in the basic mixing stage instead of in the final mixing stage.
Die Mischungsherstellung von E1, E2 und E3 erfolgte soweit nicht anders angegeben nach den in der Kautschukindustrie üblichen Verfahren unter üblichen Bedingungen.Unless otherwise stated, the compounding of E1, E2 and E3 was carried out according to the procedures customary in the rubber industry under standard conditions.
Erfindungsgemäß erfolgte das Mischen in drei Stufen in einem Labormischer bei dem zunächst in einem ersten Mischschritt der Grundmischstufe alle Bestandteile außer Aktivatoren und Verarbeitungshilfsmitteln wie Zinkoxid, Stearinsäure und Zinkseifen und außer dem Vulkanisationssystem (Schwefel und vulkanisationsbeeinflussende Substanzen) zu einer ersten Kautschukmischung vermischt wurden.According to the invention, the mixing was carried out in three stages in a laboratory mixer in which, in a first mixing step of the basic mixing stage, all components except activators and processing aids such as zinc oxide, stearic acid and zinc soaps and except the vulcanization system (sulfur and vulcanization-influencing substances) were mixed to form a first rubber mixture.
In einem zweiten Mischschritt der Grundmischstufe wurden die Aktivatoren, wie Zinkoxid und Stearinsäure und Verarbeitungshilfsmittel wie hier zum Beispiel Struktol® EF 44 zur ersten Kautschukmischung hinzugefügt, um eine zweite Kautschukmischung zu erhalten, die in der Zusammensetzung der Grundmischung der Vergleichsbeispiele entspricht. Der zweite Mischschritt der Grundmischstufe ersetzt erfindungsgemäß die zweite Mischstufe des Vergleichsverfahrens oder kann in weiteren Ausführungsformen auch zusätzlich dazu durchgeführt werden.In a second mixing step of the basic mixing stage, the activators, such as zinc oxide and stearic acid, and processing aids such as Struktol® EF 44, were added to the first rubber mixture to obtain a second rubber mixture whose composition corresponds to the basic mixture of the comparative examples. According to the invention, the second mixing step of the basic mixing stage replaces the second mixing stage of the comparative process or, in other embodiments, can also be carried out in addition to it.
Durch Zugabe des Vulkanisationssystems in der dritten Stufe (Fertigmischstufe) wurde wiederum die Fertigmischung erzeugt, wobei bei 90 bis 120 °C gemischt wurde.By adding the vulcanization system in the third stage (finished mixing stage), the finished mixture was again produced, with mixing taking place at 90 to 120 °C.
In den Beispielen E1 und E3 wurden dieselben unterschiedlichen Silan-Kopplungsagenzien wie in den Vergleichsbeispielen V1 und V3 verwendet.In Examples E1 and E3, the same different silane coupling agents were used as in Comparative Examples V1 and V3.
In E2 wurde der Vulkanisierungsbeschleuniger DPG im Unterschied zu E1 wiederum bereits im ersten Mischschritt der Grundmischstufe statt in der Fertigmischstufe hinzugefügt.In E2, in contrast to E1, the vulcanization accelerator DPG was added in the first mixing step of the basic mixing stage instead of in the final mixing stage.
Nach dem zweiten Mischungsschritt wurden testweise wichtige Prozessparameter ermittelt und in Tabelle 1 dargestellt:
- Die Mooney-Viskosität wurde bei Verwendung von großen Rotoren (L), einem Vorheizintervall von 1 min (Minuten) und einem Messintervall von 4 min bei einer Außentemperatur von 130 °C gemessen. Die Mooney-Viskosität wird als ML(1+4/130 °C) abgekürzt. Die Viskosität ist ein Prozessparameter, der Auskunft über die Weiterverarbeitbarkeit der Kautschukmischung gibt. Ist die Viskosität sehr hoch, lässt sich die Kautschukmischung schwer händeln und z.B. in die einzelnen Mischvorrichtungen fördern.
- The Mooney viscosity was measured using large rotors (L), a preheating interval of 1 min (minutes), and a measurement interval of 4 min at an outside temperature of 130 °C. The Mooney viscosity is abbreviated as ML(1+4/130 °C). Viscosity is a process parameter that information about the further processability of the rubber compound. If the viscosity is very high, the rubber compound is difficult to handle and, for example, to convey into the individual mixing devices.
Die in Tabelle 1 dargestellten Messwerte ergeben, dass die Mooney-Viskosität der Kautschukmischungen durch das modifizierte Herstellungsverfahren nicht beeinträchtigt werden.The measured values shown in Table 1 show that the Mooney viscosity of the rubber compounds is not affected by the modified manufacturing process.
Der Mooney Scorch wird als die Zeit in Minuten bis zum Erreichen einer Mooney-Viskosität von ML(1+4/130 °C) = 5 angegeben. Der Mooney Scorch ist ein Parameter für die Prozesssicherheit. Ein hoher Mooney Scorch bedeutet, dass sich die Kautschukmischung stabil gegen eine unerwünschte spontane Vulkanisation während des Mischvorganges verhält. Die in Tabelle 1 dargestellten Messwerte ergeben, dass der Mooney Scorch der Kautschukmischungen durch das modifizierte Herstellungsverfahren nicht beeinträchtigt wird oder sogar erhöht wird.The Mooney scorch is expressed as the time in minutes until a Mooney viscosity of ML(1+4/130 °C) = 5 is reached. The Mooney scorch is a parameter for process reliability. A high Mooney scorch means that the rubber compound is stable against unwanted spontaneous vulcanization during the mixing process. The measured values presented in Table 1 show that the Mooney scorch of the rubber compounds is not affected or even increased by the modified manufacturing process.
Aus sämtlichen Mischungen wurden Prüfkörper durch 20-minütige Vulkanisation unter Druck bei 160 °C hergestellt und mit diesen Prüfkörpern für die Kautschukindustrie typische Materialeigenschaften mit den im Folgenden angegebenen Testverfahren ermittelt:
- - Rückprallelastizität bei 70°C gemäß DIN 53 512
- - Shore-A-Härte bei Raumtemperatur mittels Durometer gemäß DIN ISO 7619-1 als Indikator für das Bremsverhalten
- - Zugfestigkeit bis zum Bruch in MPa (Megapascal)
- - Verhältnis M300/M50 von Modulus 300 % (notwendige mechanische Spannung um eine Dehnung der Länge des Vulkanisats um 300 % zu erreichen) zu Modulus 50 % (notwendige mechanische Spannung um eine Dehnung der Länge des Vulkanisats um 50 % zu erreichen) bei Beanspruchung auf Zug (jeweils gemessen in MPa)
- - Rebound resilience at 70°C according to DIN 53 512
- - Shore A hardness at room temperature using a durometer according to DIN ISO 7619-1 as an indicator of braking performance
- - Tensile strength at break in MPa (megapascals)
- - Ratio M300/M50 of modulus 300% (necessary mechanical stress to achieve a length extension of the vulcanizate by 300%) to modulus 50% (necessary mechanical stress to achieve a length extension of the vulcanizate by 50%) under tensile stress (each measured in MPa)
Aus der Tabelle 1 wird ersichtlich, dass die Zugfestigkeit der Vulkanisate bei einer Herstellung gemäß des erfindungsgemäßen Mischverfahrens zunimmt.Table 1 shows that the tensile strength of the vulcanizates increases when produced according to the mixing process of the invention.
Weiterhin wurde Weiterhin wird ersichtlich, dass sich bei Beanspruchung des Vulkanisats auf Zug das Verhältnis M300/M50 von Modulus 300% zu Modulus 50% bei einer Herstellung gemäß des erfindungsgemäßen Mischverfahrens erhöht.Furthermore, it is evident that when the vulcanizate is subjected to tensile stress, the ratio M300/M50 increases from modulus 300% to modulus 50% when produced according to the mixing process according to the invention.
Hieraus ist jeweils abzuleiten, dass die Verstärkung des Vulkanisats zunimmt und der Abrieb des Vulkanisats im Gebrauch vorteilhaft verringert werden kann.From this it can be deduced that the reinforcement of the vulcanizate increases and the abrasion of the vulcanizate during use can be advantageously reduced.
Weiterhin wurde der dynamische Speichermodul (Steifigkeit) G' der vulkanisierten Mischung bei 1 % bis 100% Dehnung in Anlehnung an ASTM D6601 mittels RPA (= engl. „rubber process analyzer“) vom zweiten Dehnungsdurchlauf bei 1 Hz und 70°C als Maß für den Payne-Effekt der Mischung ermittelt und als Graph aufgetragen.Furthermore, the dynamic storage modulus (stiffness) G' of the vulcanized compound at 1% to 100% elongation was determined according to ASTM D6601 using RPA (rubber process analyzer) from the second elongation run at 1 Hz and 70°C as a measure of the Payne effect of the compound and plotted as a graph.
Die Differenz aus dynamischem Speichermodul G'(1%) und G'(100%) sowie der Tangens delta bei 10% Dehnung bei 70°C dienen als Maße für den Rollwiderstand der Mischung.The difference between dynamic storage modulus G'(1%) and G'(100%) as well as the tangent delta at 10% elongation at 70°C serve as measures for the rolling resistance of the compound.
Die engere Hysterese, zahlenmäßig ausgedrückt durch [delta(G'(1%)-G'(100%))] bzw. tan delta(10%), bei Auswertung der RPA-Analyse zeigt, dass der Rollwiderstand des Vulkanisats vorteilhafterweise abnimmt.The narrower hysteresis, numerically expressed by [delta(G'(1%)-G'(100%))] or tan delta(10%), when evaluating the RPA analysis shows that the rolling resistance of the vulcanizate advantageously decreases.
Weiterhin ist zu sehen, dass Produkteigenschaften wie die Härte und die Rückprallelastizität des Vulkanisats durch das modifizierte Herstellungsverfahren nicht beeinträchtigt werden.Furthermore, it can be seen that product properties such as the hardness and rebound resilience of the vulcanizate are not affected by the modified manufacturing process.
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- DE 10 2017 223 554 A1 [0008, 0015]DE 10 2017 223 554 A1 [0008, 0015]
- DE 10 2015 210 342 A [0024]DE 10 2015 210 342 A [0024]
- WO 99/09036 [0048]WO 99/09036 [0048]
- WO 2008/083241 A1 [0048]WO 2008/083241 A1 [0048]
- WO 2008/083242 A1 [0048]WO 2008/083242 A1 [0048]
- WO 2008/083243 A1 [0048]WO 2008/083243 A1 [0048]
- WO 2008/083244 A1 [0048]WO 2008/083244 A1 [0048]
- US 20080161477 A1 [0048]US 20080161477 A1 [0048]
- EP 2 114 961 B1 [0048]EP 2 114 961 B1 [0048]
- WO 2010/049216 A2 [0061]WO 2010/049216 A2 [0061]
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