DE19920788A1 - Carboxyl group-containing diene rubbers - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft Kautschukmischungen enthaltend Dienkautschuke mit einem Gehalt an Carboxylgruppen von 0,1 bis 2 Gew.-% und einer Glastempe ratur von -110 bis -50° sowie deren Mischungen mit Füllstoffen, gegebenenfalls weiteren Kautschuken und Kautschukhilfsmitteln und daraus hergestellte Vulkani sate. Die erfindungsgemäßen Kautschukmischungen eignen sich zur Herstellung von hochverstärkten, abriebbeständigen Formkörpern, insbesondere zur Herstellung von Reifenlaufflächen, die eine besonders hohe Naßrutschfestigkeit, Abriebbeständigkeit und niedrigen Rollwiderstand aufweisen sowie für Reifenseitenwände mit besonders guter Ermüdungsbeständigkeit.The present invention relates to rubber mixtures containing diene rubbers with a carboxyl group content of 0.1 to 2 wt .-% and a glass temper rature from -110 to -50 ° and their mixtures with fillers, if appropriate other rubbers and rubber auxiliaries and vulcanis made therefrom sate. The rubber mixtures according to the invention are suitable for the production of highly reinforced, abrasion-resistant moldings, in particular for the production of Tire treads that have a particularly high wet skid resistance, abrasion resistance and have low rolling resistance as well as for tire sidewalls with special good fatigue resistance.
Doppelbindungshaltige anionisch polymerisierte Lösungskautschuke, wie Lösungs- Polybutadien und Lösungs-Styrol/Butadien-Kautschuke, besitzen gegenüber entspre chenden Emulsionskautschuken Vorteile bei der Herstellung rollwiderstandsarmer Reifenlaufflächen. Die Vorteile liegen u. a. in der Steuerbarkeit des Vinylgehalts und der damit verbundenen Glastemperatur und der Molekülverzweigung. Hieraus erge ben sich in der praktischen Anwendung besondere Vorteile in der Relation von Naß rutschfestigkeit und Rollwiderstand des Reifens. So beschreibt US-PS 5.227.425 die Herstellung von Reifenlaufflächen aus einem Lösungs-SBR-Kautschuk und Kiesel säure. Zur weiteren Verbesserung der Eigenschaften sind zahlreiche Methoden zur Endgruppen-Modifizierung entwickelt worden, wie in EP-A 334 042 beschrieben, mit Dimethylaminopropyl-acrylamid, oder, wie in EP-A 447.066 beschrieben, mit Silylethern. Durch das hohe Molekulargewicht der Kautschuke ist der Gewichtsanteil der Endgruppe jedoch gering und kann daher die Wechselwirkung zwischen Füllstoff und Kautschukmolekül nur wenig beeinflussen. Es war u. a. eine Aufgabe der vorlie genden Erfindung Dienkautschuke mit einem deutlich höheren Gehalt an wirkungs vollen Gruppen zur Füllstoffwechselwirkung und besonders niedriger Glastemperatur herzustellen. Double bond-containing anionically polymerized solution rubbers, such as Polybutadiene and solution styrene / butadiene rubbers have opposite Emulsion rubbers advantages in the production of low rolling resistance Tire treads. The advantages are u. a. in the controllability of the vinyl content and the associated glass temperature and the molecular branching. From this result ben practical advantages in relation to the wet Tire slip resistance and rolling resistance. So describes US-PS 5,227,425 Production of tire treads from a solution SBR rubber and pebble acid. There are numerous methods for improving the properties End group modification has been developed as described in EP-A 334 042, with dimethylaminopropyl acrylamide, or as described in EP-A 447.066 Silyl ethers. Due to the high molecular weight of the rubbers, the weight proportion the end group, however, is small and therefore the interaction between filler and affect the rubber molecule only little. It was u. a. a task of the present Invention diene rubbers with a significantly higher content of active full groups on filler interaction and particularly low glass temperature to manufacture.
US-PS 2.662.874 beschreibt die Herstellung von elastischen Materialien aus Metall ionen-vernetzten polymeren Carboxylaten mit einem Gehalt von 0,001 bis 0,3 Carboxyläquivalenten pro 100 g Kautschuk. Die genannten elastischen Materialien weisen einen sehr breiten Carboxylgruppengehalt auf und sind für die Reifenanwen dung der vorliegenden Erfindung aufgrund der inhärenten Hydrolyseempfindlichkeit der Metallsalze ungeeignet.US-PS 2,662,874 describes the production of elastic materials made of metal ion-crosslinked polymeric carboxylates with a content of 0.001 to 0.3 Carboxyl equivalents per 100 g rubber. The elastic materials mentioned have a very wide carboxyl group content and are for tire users tion of the present invention due to its inherent sensitivity to hydrolysis the metal salts are unsuitable.
Ein Verfahren zur Herstellung von carboxylgruppenhaltigen (3,9 bis 8,9 Gew.-% Carboxylgruppen) Lösungs-Polybutadien-Kautschuken wird u. a. in DE-OS 26 53 144 beschrieben. Diese Kautschuke besitzen aufgrund des hohen Vinylgehalts und des hohen Carboxylgruppengehalts zu hohe Glastemperaturen (< -40°C) ver bunden mit ungünstigen Dämpfungseigenschaften sind damit kein Ersatz für Poly butadienkautschuk.A process for the preparation of carboxyl group-containing (3.9 to 8.9% by weight Carboxyl groups) solution polybutadiene rubbers is u. a. in DE-OS 26 53 144. These rubbers have due to the high vinyl content and the high carboxyl group content too high glass temperatures (<-40 ° C) ver bundles with unfavorable damping properties are therefore no substitute for poly butadiene rubber.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, Mischungen carboxylgruppen haltiger Lösungskautschuke zu Verfügung zu stellen, aus denen sich Reifen mit ver besserter Naßrutschfestigkeit, niedrigerem Rollwiderstand sowie hoher mechanischer Festigkeit und verbessertem Abriebverhalten herstellen lassen.The object of the present invention was therefore mixtures of carboxyl groups to provide solution rubber, from which tires with ver better wet skid resistance, lower rolling resistance and high mechanical Strength and improved abrasion behavior.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind daher Kautschukmischungen, enthal tend einen oder mehrere Kautschuke mit im Bereich von 0,1 bis 2 Gew.-% an gebun denen Carboxylgruppen oder deren Salzen und einer Glastemperatur im Bereich von -110 bis -50°C und einen oder mehrere Füllstoffe im Bereich von 10 bis 500 Gew.-Teilen bezogen auf 100 Gew.-Teile Kautschuk.The present invention therefore relates to rubber mixtures tend one or more rubbers with in the range of 0.1 to 2 wt .-% on those carboxyl groups or their salts and a glass transition temperature in the range of -110 to -50 ° C and one or more fillers in the range of 10 to 500 Parts by weight based on 100 parts by weight of rubber.
Bevorzugt sind erfindungsgemäße Kautschukmischungen, in denen der carboxyl gruppenhaltige Kautschuk einen Gehalt an gebundenen Carboxylgruppen oder deren Salzen von 0,1 bis 1 Gew.-% besitzt sowie eine Glastemperatur im Bereich von -110 bis -50°C, vorzugsweise -100 bis -60°C besitzt und einen Gehalt an 1,2-gebundenen Diolefinen (Vinylgehalt) im Bereich von 0 bis 50 Gew.-%, besonders bevorzugt 1 bis 15 Gew.-% und einen cis-1,4-Gehalt im Bereich von 30 bis 100 Gew.-%, besonders bevorzugt 90 bis 100 Gew.-%, sowie mittlere Molgewichte (Zahlenmittel) von 50.000 bis 2.000.000, bevorzugt 100.000 bis 1.000.000 sowie Mooney-Viskositäten ML 1+4 (100°C) von 10 bis 200, vorzugsweise 30 bis 150 besitzt.Rubber mixtures according to the invention in which the carboxyl group-containing rubber containing bound carboxyl groups or their Salts from 0.1 to 1 wt .-% and has a glass transition temperature in the range of -110 to -50 ° C, preferably -100 to -60 ° C and has a content of 1,2-bonded Diolefins (vinyl content) in the range from 0 to 50% by weight, particularly preferably 1 to 15% by weight and a cis-1,4 content in the range from 30 to 100% by weight, particularly preferably 90 to 100 wt .-%, and average molecular weights (number average) of 50,000 to 2,000,000, preferably 100,000 to 1,000,000 and Mooney viscosities ML 1 + 4 (100 ° C) from 10 to 200, preferably 30 to 150.
Die Glastemperatur kann mit bekannten Methoden bestimmt werden, z. B. mittels DSC (Differential-Scanning-Calorimetrie, Aufheizrate 20 K/Min.). Die Bestimmung des Carboxylgruppengehalts kann ebenfalls nach bekannten Methoden wie z. B. Titration der freien Säure, Spektroskopie, Elementaranalyse etc. erfolgen.The glass temperature can be determined using known methods, e.g. B. means DSC (differential scanning calorimetry, heating rate 20 K / min.). The determination the carboxyl group content can also by known methods such. B. Free acid titration, spectroscopy, elemental analysis etc. are carried out.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Kautschuke für die erfindungsgemäßen Kautschukmischungen erfolgt bevorzugt durch Polymerisation mittels Koordina tionskatalysatoren oder anionische Lösungspolymerisation. Unter Koordinationska talysatoren sind in diesem Zusammenhang Ziegler-Natta-Katalysatoren, Koordina tions-Katalysatoren und monometallische Katalysatorsysteme zu verstehen. Bevor zugte Koordinationskatalysatoren sind solche auf Basis Ni, Co, Ti oder Nd. Kataly satoren für die anionische Lösungspolymerisation sind auf Alkali- oder Erdalkali metallbasis, wie z. B. n-Butyllithium. Zusätzlich können die bekannten randomizer und Kontrollagentien für die Mikrostruktur des Polymers verwendet werden. Derar tige Lösungspolymerisationen sind bekannt und z. B. in I. Fronta Elastomers and Rubber Compounding Materials; Elsevier 1989, Seite 113-131 und in Houben- Weyl, Methoden der Organischen Chemie, Thieme Verlag, Stuttgart, 1961, Band XIV/1, Seiten 645 bis 673 oder im Band E 20 (1987), Seiten 114 bis 134 und Seiten 134 bis 153 beschrieben.The production of the rubbers according to the invention for the inventive Rubber mixtures are preferably made by polymerisation using a coordina tion catalysts or anionic solution polymerization. Under coordination co In this context, catalysts are Ziegler-Natta catalysts, Koordina tion catalysts and monometallic catalyst systems to understand. Before Coordinated catalysts are those based on Ni, Co, Ti or Nd. Kataly Catalysts for anionic solution polymerization are based on alkali or alkaline earths metal base, such as B. n-butyllithium. In addition, the well-known randomizer and control agents for the microstructure of the polymer can be used. Derar term solution polymerizations are known and z. B. in I. Fronta Elastomers and Rubber compounding materials; Elsevier 1989, pages 113-131 and in Houben- Weyl, Methods of Organic Chemistry, Thieme Verlag, Stuttgart, 1961, volume XIV / 1, pages 645 to 673 or in volume E 20 (1987), pages 114 to 134 and pages 134 to 153.
Als Diolefine dienen erfindungsgemäß zur Polymerisation 1,3-Butadien, Isopren, 1,3-Pentadien, 2,3-Dimethylbutadien, 1-Vinyl-1,3-Butadien und/oder 1,3-Hexadien. Besonders bevorzugt werden 1,3-Butadien und Isopren eingesetzt.According to the invention, 1,3-butadiene, isoprene, 1,3-pentadiene, 2,3-dimethylbutadiene, 1-vinyl-1,3-butadiene and / or 1,3-hexadiene. 1,3-Butadiene and isoprene are particularly preferably used.
Die Carboxylgruppen können in den Kautschuk eingeführt werden dadurch, daß man entweder metallierten Lösungskautschuken Carboxyl-liefernde Verbindungen, bei spielsweise CO2, zusetzt oder indem man in einer nachgeschalteten Reaktion den fertigen Kautschuk mit Carboxylgruppen-haltigen Verbindungen, beispielsweise Carboxylgruppen-haltigen Mercaptanen behandelt.The carboxyl groups can be introduced into the rubber by either adding carboxyl-providing compounds, for example CO 2 , to metalated solution rubbers or by treating the finished rubber with compounds containing carboxyl groups, for example mercaptans containing carboxyl groups, in a subsequent reaction.
Bevorzugt erfolgt die Einführung der Carboxylgruppen in den Kautschuk nach
erfolgter Polymerisation der eingesetzten Monomere in Lösung durch Umsetzung der
erhaltenen Polymerisate, gegebenenfalls in Gegenwart von Radikalstartern, mit
Carboxylmercaptanen der Formel (I)
The carboxyl groups are preferably introduced into the rubber after the monomers used have been polymerized in solution by reacting the polymers obtained, if appropriate in the presence of radical initiators, with carboxyl mercaptans of the formula (I)
HS-R1-COOX (I),
HS-R 1 -COOX (I),
worin
R1 für eine lineare, verzweigte oder cyclische C1-C36-Alkylgruppe steht, die
gegebenenfalls mit bis zu 3 weiteren Carboxylgruppen substituiert sein
kann, oder durch Stickstoff-, Sauerstoff- oder Schwefelatome unterbrochen
sein kann, und
X für Wasserstoff oder für ein Metall- oder Ammoniumion steht.wherein
R 1 stands for a linear, branched or cyclic C 1 -C 36 alkyl group which can optionally be substituted with up to 3 further carboxyl groups or can be interrupted by nitrogen, oxygen or sulfur atoms, and
X represents hydrogen or a metal or ammonium ion.
Dieses Verfahren stellt einen weiteren Gegenstand der Erfindung dar.This method is a further subject of the invention.
Unter C1-C36-Alkyl werden sämtliche dem Fachmann bekannte lineare, cyclische oder verzweigte Alkylreste mit 1 bis 36 C-Atomen verstanden, wie Methyl, Ethyl, n-Propyl, i-Propyl, n-Butyl, i-Butyl, t-Butyl, n-Pentyl, i-Pentyl, neo-Pentyl, n-Hexyl, Cyclohexyl, i-Hexyl, Heptyl, Octyl, Nonyl, Decyl, Undecyl und Dodecyl.C 1 -C 36 -alkyl is understood to mean all linear, cyclic or branched alkyl radicals with 1 to 36 C atoms known to the person skilled in the art, such as methyl, ethyl, n-propyl, i-propyl, n-butyl, i-butyl, t -Butyl, n-pentyl, i-pentyl, neo-pentyl, n-hexyl, cyclohexyl, i-hexyl, heptyl, octyl, nonyl, decyl, undecyl and dodecyl.
Bevorzugte Carboxylmercaptane der Formel (I) sind Thioglykolsäure, 2-Mercapto propionsäure (Thiomilchsäure), 3-Mercaptopropionsäure, 4-Mercaptobuttersäure, Mercaptoundecansäure, Mercaptooctadecansäure, 2-Mercaptobernsteinsäure sowie deren Alkali- und Erdalkali oder Ammoniumsalze. Besonders bevorzugt werden 3- Mercaptopropionsäure, Mercaptobuttersäure und 2-Mercaptobernsteinsäure sowie deren Lithium, Natrium, Kalium, Magnesium, Calcium oder Ammoniumsalze einge setzt. Ganz besonders bevorzugt wird 3-Mercaptopropionsäure sowie deren Lithium, Natrium, Kalium, Magnesium, Calcium oder Ammoniumsalze.Preferred carboxyl mercaptans of the formula (I) are thioglycolic acid, 2-mercapto propionic acid (thiolactic acid), 3-mercaptopropionic acid, 4-mercaptobutyric acid, Mercaptoundecanoic acid, mercaptooctadecanoic acid, 2-mercaptosuccinic acid and their alkali and alkaline earth metal or ammonium salts. 3- are particularly preferred Mercaptopropionic acid, mercaptobutyric acid and 2-mercaptosuccinic acid as well whose lithium, sodium, potassium, magnesium, calcium or ammonium salts puts. 3-Mercaptopropionic acid and its lithium are very particularly preferred, Sodium, potassium, magnesium, calcium or ammonium salts.
Im allgemeinen führt man die Reaktion der Carboxylmercaptanen mit den Lösungs kautschuken in einem Lösungsmittel, beispielsweise Kohlenwasserstoffen, wie Pen tan, Hexan, Cyclohexan, Benzol und/oder Toluol, durch bei Temperaturen von 40 bis 150°C in Gegenwart von Radikalstartern, z. B. Peroxiden, wie Dilauroylperoxid, Azoinitiatoren, wie Azobisisobutyronitril, Benzpinakolsilylethern oder in Gegenwart von Photoinitiatoren und sichtbarem oder UV-Licht. Bevorzugte Radikalstarter sind Diacylperoxide, wie Dilauroylperoxid, Didecanoylperoxid, Di(3,5,5-trimethyl-hexa noyl)peroxid und Perketale, wie 1.1-Di(tert.-butylperoxy)-3.3,5-trimethyl-cyclo hexan, 1.1-Di(tert.-butylperoxy)-cyclohexan und 1.1-Di(tert.-butylperoxy)-butan.In general, the reaction of the carboxyl mercaptans with the solution is carried out rubbers in a solvent, for example hydrocarbons, such as pen tan, hexane, cyclohexane, benzene and / or toluene, by at temperatures from 40 to 150 ° C in the presence of radical starters, e.g. B. peroxides, such as dilauroyl peroxide, Azo initiators, such as azobisisobutyronitrile, benzpinacol silyl ethers or in the presence of photoinitiators and visible or UV light. Preferred radical initiators are Diacyl peroxides such as dilauroyl peroxide, didecanoyl peroxide, di (3,5,5-trimethyl-hexa noyl) peroxide and perketals, such as 1,1-di (tert-butylperoxy) -3,3,5-trimethyl-cyclo hexane, 1,1-di (tert-butylperoxy) cyclohexane and 1,1-di (tert-butylperoxy) butane.
Die Menge an einzusetzenden Carboxylmercaptanen richtet sich nach dem gewünschten Gehalt an gebundenen Carboxylgruppen oder deren Salzen in dem in die Kautschukmischungen einzusetzenden Lösungskautschuk.The amount of carboxyl mercaptans to be used depends on the desired content of bound carboxyl groups or their salts in the in the rubber compounds to be used.
Die Carbonsäuresalze können auch nach der Einführung der Carbonsäuregruppe in den Kautschuk durch deren Neutralisation hergestellt werden.The carboxylic acid salts can also after the introduction of the carboxylic acid group in the rubber is made by neutralizing it.
Als Füllstoffe kommen für die erfindungsgemäßen Kautschukmischungen alle bekannten in der Kautschukindustrie verwendeten Füllstoffe in Betracht, diese umfassend sowohl aktive als auch inaktive Füllstoffe.All come as fillers for the rubber mixtures according to the invention known fillers used in the rubber industry, these comprising both active and inactive fillers.
Zu erwähnen sind:
To be mentioned are:
- - hochdisperse Kieselsäuren, hergestellt z. B. durch Fällung von Lösungen von Silikaten oder Flammenhydrolyse von Siliciumhalogeniden mit spezifischen Oberflächen von 5-1000, vorzugsweise 20-400 m2/g (BET-Oberfläche) und mit Primärteilchengrößen von 10-400 nm. Die Kieselsäuren können gegebenenfalls auch als Mischoxide mit anderen Metalloxiden, wie Al-, Mg-, Ca-, Ba-, Zn-, Zr-, Ti-oxiden vorliegen;- highly disperse silicas, manufactured e.g. B. by precipitation of solutions of silicates or flame hydrolysis of silicon halides with specific surfaces of 5-1000, preferably 20-400 m 2 / g (BET surface area) and with primary particle sizes of 10-400 nm. The silicas can optionally also be mixed oxides other metal oxides, such as Al, Mg, Ca, Ba, Zn, Zr, Ti oxides;
- - synthetische Silikate, wie Aluminiumsilikat, Erdalkaisilikat wie Magnesium silikat oder Calciumsilikat, mit BET-Oberflächen von 20-400 m2/g und Primärteilchendurchmessern von 10-400 nm;- Synthetic silicates, such as aluminum silicate, alkaline earth silicate, such as magnesium silicate or calcium silicate, with BET surfaces of 20-400 m 2 / g and primary particle diameters of 10-400 nm;
- - natürliche Silikate, wie Kaolin und andere natürlich vorkommende Kieselsäure;- natural silicates such as kaolin and other naturally occurring silica;
- - Glasfasern und Glasfaserprodukte (Matten, Stränge) oder Mikroglaskugeln;- Glass fibers and glass fiber products (mats, strands) or micro glass balls;
- - Metalloxide, wie Zinkoxid, Calciumoxid, Magnesiumoxid, Aluminiumoxid;- metal oxides, such as zinc oxide, calcium oxide, magnesium oxide, aluminum oxide;
- - Metallcarbonate, wie Magnesiumcarbonat, Calciumcarbonat, Zinkcarbonat;Metal carbonates, such as magnesium carbonate, calcium carbonate, zinc carbonate;
- - Metallhydroxide, wie z. B. Aluminiumhydroxid, Magnesiumhydroxid;- Metal hydroxides, such as. B. aluminum hydroxide, magnesium hydroxide;
- - Ruße. Die hierbei zu verwendenen Ruße sind nach dem Flammruß, Furnace- oder Gasrußverfahren hergestellt und besitzen BET-Oberflächen von 20-200 m2/g, z. B. SAF-, ISAF-, HAF-, FEF- oder GPF-Ruße;- soot. The carbon blacks to be used here are produced using the soot, furnace or gas black process and have BET surface areas of 20-200 m 2 / g, for. B. SAF, ISAF, HAF, FEF or GPF carbon blacks;
- - Kautschukgele, insbesondere solche auf Basis Polybutadien, Butadien/Styrol- Copolymere, Butadien/Acrylnitril-Copolymere und Polychloropren.Rubber gels, especially those based on polybutadiene, butadiene / styrene Copolymers, butadiene / acrylonitrile copolymers and polychloroprene.
Bevorzugt werden als Füllstoffe eingesetzt hochdisperse Kieselsäuren und/oder Ruße.Highly disperse silicas and / or are preferably used as fillers Russian.
Die genannten Füllstoffe können alleine oder im Gemisch eingesetzt werden. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform enthalten die Kautschukmischungen als Füllstoffe ein Gemisch aus hellen Füllstoffen, wie hochdispersen Kieselsäuren, und Rußen, wobei das Mischungsverhältnis von hellen Füllstoffen zu Rußen bei 0,05 bis 20, bevorzugt 0,1 bis 10 liegt. The fillers mentioned can be used alone or in a mixture. In a particularly preferred embodiment contain the rubber mixtures as Fillers a mixture of light fillers, such as highly disperse silicas, and Carbon black, the mixing ratio of light fillers to carbon black at 0.05 to 20, preferably 0.1 to 10.
Die Füllstoffe werden hierbei in Mengen im Bereich von 10 bis 500 Gew.-Teile bezogen auf 100 Gew.-Teile Kautschuk eingesetzt. Bevorzugt werden 20 bis 200 Gew.-Teile eingesetzt.The fillers are used in amounts ranging from 10 to 500 parts by weight based on 100 parts by weight of rubber. 20 to 200 are preferred Parts by weight used.
Die erfindungsgemäßen Kautschukmischungen können neben einem, zwei, drei oder mehreren verschiedenen erfindungsgemäßen Carboxylgruppen-haltigen Lösungskaut schuken noch andere Kautschuke enthalten, wie Naturkautschuk als auch andere Synthesekautschuke.The rubber mixtures according to the invention can in addition to one, two, three or several different solutions containing carboxyl groups according to the invention still contain other rubbers, such as natural rubber as well as others Synthetic rubbers.
Bevorzugte Synthesekautschuke sind beispielsweise bei W. Hofmann, Kautschuk
technologie, Gentner Verlag, Stuttgart 1980 und I. Franta, Elastomers and Rubber
Coumpounding Materials, Elsevier, Amsterdam 1989 beschrieben. Sie umfassen u. a.
BR - Polybutadien
ABR - Butadien/Acrylsäure-C1-4-alkylester-Copolymere
CR - Polychloropren
IR - Polyisopren
SBR - Styrol/Butadien-Copolymerisate mit Styrolgehalten von 1-60,
vorzugsweise 20-50 Gew.-%
IIR - Isobutylen/Isopren-Copolymerisate
NBR - Butadien/Acrylnitril-Copolmere mit Acrylnitrilgehalten von 5-60,
vorzugsweise 10-40 Gew.-%
HNBR - teilhydrierter oder volllständig hydrierter NBR-Kautschuk
EPDM - Ethylen/Propylen/Dien-Copolymerisate
sowie Mischungen dieser Kautschuke. Für die Herstellung von Kfz-Reifen sind
insbesondere Naturkautschuk, Emulsions-SBR sowie Lösungs-SBR-Kautschuke mit
einer Glastemperatur oberhalb von -50°C, die gegebenenfalls mit Silylethern oder
anderen funktionellen Gruppen z. B. nach EP-A 447.066 modifiziert sein können,
Polybutadienkautschuk mit hohem 1,4-cis-Gehalt (< 90%), der mit Katalysatoren auf
Basis Ni, Co, Ti oder Nd hergestellt wurde, sowie Polybutadienkautschuk mit einem
Vinylgehalt von bis zu 75% sowie deren Mischungen von Interesse.Preferred synthetic rubbers are described, for example, by W. Hofmann, Kautschuk Technologie, Gentner Verlag, Stuttgart 1980 and I. Franta, Elastomers and Rubber Coumpounding Materials, Elsevier, Amsterdam 1989. They include, among others
BR - polybutadiene
ABR - butadiene / acrylic acid C1-4 alkyl ester copolymers
CR - polychloroprene
IR - polyisoprene
SBR - styrene / butadiene copolymers with styrene contents of 1-60, preferably 20-50% by weight
IIR - isobutylene / isoprene copolymers
NBR - butadiene / acrylonitrile copolymers with acrylonitrile contents of 5-60, preferably 10-40% by weight
HNBR - partially hydrogenated or fully hydrogenated NBR rubber
EPDM - ethylene / propylene / diene copolymers
as well as mixtures of these rubbers. For the manufacture of motor vehicle tires, natural rubber, emulsion SBR and solution SBR rubbers with a glass transition temperature above -50 ° C., which may be combined with silyl ethers or other functional groups, for. B. can be modified according to EP-A 447.066, polybutadiene rubber with a high 1,4-cis content (<90%), which was produced with catalysts based on Ni, Co, Ti or Nd, and polybutadiene rubber with a vinyl content of up to 75% and their mixtures of interest.
Ganz besonders bevorzugte erfindungsgemäße Kautschukmischungen enthalten neben einem oder mehreren Carboxylgruppen-haltigen Kautschuken mit einer Glastemperatur zwischen -110° bis -50°C zusätzliche Kautschuke ausgewählt aus der Reihe Naturkautschuk, Polysisopren und Styrol/Butadien-Copolymere mit Styrolgehalten zwischen 10 und 50 Gew.-%. Die Menge an diesen zusätzlichen Kautschuken liegt üblicherweise im Bereich von 0,5 bis 95, bevorzugt 40 bis 90 Gew.-%, bezogen auf die gesamte Kautschukmenge in der Kautschukmischung. Die Menge an zusätzlich zugegebenen Kautschuken richtet sich wieder nach dem jeweiligen Verwendungs zweck der erfindungsgemäßen Kautschukmischungen.Very particularly preferred rubber mixtures according to the invention also contain one or more rubbers containing carboxyl groups with a glass transition temperature between -110 ° to -50 ° C additional rubbers selected from the range Natural rubber, polysisoprene and styrene / butadiene copolymers with styrene contents between 10 and 50% by weight. The amount of these additional rubbers is usually in the range from 0.5 to 95, preferably 40 to 90% by weight, based on the total amount of rubber in the rubber mixture. The amount of additional added rubbers depend again on the respective use Purpose of the rubber mixtures according to the invention.
Selbstverständlich können die erfindungsgemäßen Kautschukmischungen noch andere Kautschukhilfsmittel enthalten, die beispielsweise der Vernetzung der aus den Kautschukmischungen hergestellten Vulkanisate dienen, oder die die physikalischen Eigenschaften der aus den erfindungsgemäßen Kautschukmischungen hergestellten Vulkanisate für deren speziellen Einsatzzweck verbessern.Of course, the rubber mixtures according to the invention can also do other Contain rubber auxiliaries, for example the crosslinking of the Rubber compounds produced vulcanizates serve, or the physical Properties of those produced from the rubber mixtures according to the invention Improve vulcanizates for their special purpose.
Als Vernetzeragentien können beispielsweise Schwefel oder Schwefel-liefernde Verbindungen eingesetzt werden, so wie Radikale-liefernde Vernetzeragentien, wie organische Peroxide. Bevorzugt wird Schwefel als Vernetzeragenz eingesetzt. Darüber hinaus können, wie erwähnt, die erfindungsgemäßen Kautschukmischungen weitere Hilfsmittel, wie die bekannten Reaktionsbeschleuniger, Alterungsschutzmittel, Wärme stabilisatoren, Lichtschutzmittel, Ozonschutzmittel, Verarbeitungshilfsmittel, Weich macher, Tackifier, Treibmittel, Farbstoffe, Pigmente, Wachse, Streckmittel, organische Säuren, Verzögerer, Metalloxide sowie Aktivatoren, enthalten.For example, sulfur or sulfur-supplying agents can be used as cross-linking agents Compounds are used, such as radical-providing crosslinking agents, such as organic peroxides. Sulfur is preferably used as crosslinking agent. About that In addition, as mentioned, the rubber mixtures according to the invention can be others Aids, such as the known reaction accelerators, anti-aging agents, heat stabilizers, light stabilizers, ozone protection agents, processing aids, soft makers, tackifiers, blowing agents, dyes, pigments, waxes, extenders, organic Acids, retarders, metal oxides and activators.
Die erfindungsgemäßen Kautschukhilfsmittel werden in den üblichen, bekannten Mengen eingesetzt, wobei sich die eingesetzte Menge nach dem späteren Verwen dungszweck der Kautschukmischungen richtet. Üblich sind beispielsweise Mengen an Kautschukhilfsmitteln im Bereich von 2 bis 70 Gew.-Teilen, bezogen auf 100 Gew.- Teile Kautschuk.The rubber auxiliaries according to the invention are known in the usual Amounts used, the amount used after the later use purpose of the rubber compounds. For example, amounts of Rubber auxiliaries in the range from 2 to 70 parts by weight, based on 100 parts by weight Parts of rubber.
Für die erfindungsgemäßen Kautschukmischungen, die mit hochaktiven Kieselsäuren gefüllt sind, ist die Verwendung von zusätzlichen Füllstoffaktivatoren besonders vor teilhaft. Bevorzugte Füllstoffaktivatoren sind schwefelhaltige Silylether, insbesondere Bis-(trialkoxisilyl-alkyl)-polysulfide, wie sie in DE 21 41 159 und DE 22 55 577 beschrieben sind. Darüber hinaus kommen in Frage oligomere und/oder polymere schwefelhaltige Silylether entsprechend der Beschreibung in DE 44 35 311 und EP 670.347. Außerdem sind einzusetzen Mercapatoalkyltrialkoxisilane, insbesondere Mercaptopropyltriethoxisilan und Thiocyanatoalkylsilylether (siehe DE 195 44 469). Die Füllstoffaktivatoren werden in üblichen Mengen eingesetzt, d. h. in Mengen von 0,1 bis 15 Gew.-Teile, bezogen auf 100 Gew.-Teile Kautschuk.For the rubber mixtures according to the invention which contain highly active silicas are filled, the use of additional filler activators is particularly important partial. Preferred filler activators are sulfur-containing silyl ethers, in particular Bis (trialkoxisilyl-alkyl) polysulfides, as described in DE 21 41 159 and DE 22 55 577 are described. In addition, oligomeric and / or polymeric are also suitable sulfur-containing silyl ethers as described in DE 44 35 311 and EP 670.347. Mercapatoalkyltrialkoxisilanes are also to be used, in particular Mercaptopropyltriethoxisilan and Thiocyanatoalkylsilylether (see DE 195 44 469). The filler activators are used in conventional amounts, i. H. in quantities of 0.1 to 15 parts by weight, based on 100 parts by weight of rubber.
Die erfindungsgemäßen Kautschukmischungen können z. B. hergestellt werden durch Abmischung der Carboxylgruppen-haltigen Lösungskautschuke mit den entsprechen den Füllstoffen sowie gegebenenfalls weiteren Kautschuken und weiteren Kautschukhilfsmitteln in geeigneten Mischapparaturen, wie Knetern, Walzen oder Extrudern.The rubber mixtures according to the invention can, for. B. are produced by Mixing the carboxyl group-containing solution rubbers with the corresponding the fillers and optionally further rubbers and others Rubber auxiliaries in suitable mixing equipment, such as kneaders, rollers or Extruding.
Bevorzugt werden die erfindungsgemäßen Kautschukmischungen hergestellt, indem man zunächst die Polymerisation der genannten Monomeren in Lösung vornimmt, die Carboxylgruppen in den Lösungskautschuk einführt und nach Beendigung der Polymerisation und der Einführung der Carboxylgruppen den im entsprechenden Lösungsmittel vorliegenden Lösungskautschuk mit den entsprechenden Füllstoffen und gegebenenfalls weiteren Kautschuken und weiteren Kautschukhilfsmitteln, insbesondere Weichmachern, in den entsprechenden Mengen vermischt und anschließend das Lösungsmittel mit heißem Wasser und/oder Wasserdampf bei Temperaturen von 50 bis 200°C, gegebenenfalls unter Vakuum, entfernt. The rubber mixtures according to the invention are preferably produced by one first carries out the polymerization of the monomers mentioned in solution, the Introduces carboxyl groups into the solution rubber and after termination of the Polymerization and the introduction of the carboxyl groups in the corresponding Solvent rubber present with the appropriate fillers and optionally further rubbers and further rubber auxiliaries, especially plasticizers, mixed in the appropriate amounts and then add the solvent with hot water and / or steam Temperatures of 50 to 200 ° C, optionally under vacuum, removed.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung der erfin dungsgemäßen Kautschukmischungen zur Herstellung von Formkörpern aller Art, insbesondere für die Herstellung von Reifen, besonders bevorzugt Reifenlaufflächen und Reifenseitenwänden, dienen. Another object of the present invention is the use of the inventions rubber mixtures according to the invention for the production of moldings of all kinds, especially for the production of tires, particularly preferably tire treads and tire sidewalls.
Eine Lösung von 500 g Lösungs-Polybutadien-Kautschuk Buna CB 65 (Bayer AG, Li-Typ, cis-1,4-Gehalt ca. 40%) in 4 l Cyclohexan wird bei 70°C mit 12,5 g 3-Mer captopropionsäure und 0,5 g Dilauroylperoxid versetzt. Anschließend rührte man 5 Stunden bei 80-85°C nach. Zu diesem Zeitpunkt hatte sich die 3-Mercaptopropion säure zu 36% umgesetzt. Dann setzte man 2,5 g Antioxidant Vulkanox 4020 (Bayer AG) hinzu und destillierte das Lösungsmittel mit Wasserdampf (100-110°C) ab. Nach dem Trocknen bei 70°C im Vakuum erhielt man 505 g eines farblosen Kau tschuks mit dem Schwefelgehalt 0,3 Gew.-% (Elementaranalyse), Carboxylgruppen- Gehalt 0,38 Gew.-%, ML 1+4 (100°C) 92, cis-1,4-Gehalt 40%. Glastemperatur: -90°C.A solution of 500 g of solution polybutadiene rubber Buna CB 65 (Bayer AG, Li type, cis 1,4-content approx. 40%) in 4 l cyclohexane is at 70 ° C with 12.5 g 3-mer captopropionic acid and 0.5 g dilauroyl peroxide. Then you stirred 5 Hours at 80-85 ° C after. At this point the 3-mercaptopropion had 36% acid converted. Then 2.5 g of the antioxidant Vulkanox 4020 (Bayer AG) and distilled off the solvent with steam (100-110 ° C). After drying at 70 ° C. in vacuo, 505 g of a colorless chew were obtained Tschuks with a sulfur content of 0.3% by weight (elemental analysis), carboxyl group Content 0.38% by weight, ML 1 + 4 (100 ° C) 92, cis 1,4-content 40%. Glass temperature: -90 ° C.
Eine Lösung von 500 g Lösungs-Polybutadien-Kautschuk Buna CB 65 (Bayer AG, Li-Typ, cis-1,4-Gehalt ca. 40%) in 4 l Cyclohexan wird bei 70°C mit 6,25 g 3-Mer captopropionsäure und 0,5 g Dilauroylperoxid versetzt. Anschließend rührte man 5 Stunden bei 80-85°C nach. Zu diesem Zeitpunkt hatte sich die 3-Mercaptopropion säure zu 46% umgesetzt. Dann setzte man 2,5 g Antioxidant Vulkanox 4020 (Bayer AG) hinzu und destillierte das Lösungsmittel mit Wasserdampf (100-110°C) ab. Nach dem Trocknen bei 70°C im Vakuum erhielt man 503 g eines farblosen Kau tschuks mit dem Schwefelgehalt 0,2 Gew.-% (Elementaranalyse), Carboxylgruppen- Gehalt 0,24 Gew.-%, ML 1+4 (100°C) 84, cis-1,4-Gehalt 40%. Glastemperatur: -90°C. A solution of 500 g of solution polybutadiene rubber Buna CB 65 (Bayer AG, Li type, cis 1,4-content approx. 40%) in 4 l cyclohexane at 70 ° C with 6.25 g 3-mer captopropionic acid and 0.5 g dilauroyl peroxide. Then you stirred 5 Hours at 80-85 ° C after. At this point the 3-mercaptopropion had acid converted to 46%. Then 2.5 g of the antioxidant Vulkanox 4020 (Bayer AG) and distilled off the solvent with steam (100-110 ° C). After drying at 70 ° C. in vacuo, 503 g of a colorless chew were obtained Tschuks with a sulfur content of 0.2% by weight (elemental analysis), carboxyl group Content 0.24% by weight, ML 1 + 4 (100 ° C) 84, cis 1,4-content 40%. Glass temperature: -90 ° C.
Nach dem Verfahren von Beispiel 1 setzte man 500 g BR-Kautschuk Buna CB 65 in 4 l Cyclohexan bei 80°C mit 12,5 g 3-Mercaptopropionsäure und 0,5 g Dilauroylper oxid um. Reaktionsdauer: 5 Stunden. Zu diesem Zeitpunkt hatte sich die 3- Mercaptopropionsäure zu 36% umgesetzt. Carboxylgruppengehalt des Polymers: 0.38 Gew.-%. Dann setzte man unter Rühren bei 75°C 2,5 g Stabilisator Vulkanox® 4020 (Bayer AG), 189,5 g aromatisches Mineralöl Renopal® 450 (Fuchs Mineral ölwerke) und 405 g hochaktive gefällte Kieselsäure Vulkasil® S (N2-Oberfläche ca. 180 m2/g, Bayer AG) hinzu und rührte bis zur gleichmäßigen Verteilung bei dieser Temperatur ca. 30 Minuten nach. Anschließend wurde das Lösungsmittel durch Einleiten von Wasserdampf (100-110°C) entfernt. Dabei wurde das Reaktionsgefäß von außen bei 75-80°C beheizt. Im Anschluß daran wurde der feuchte Feststoff entnommen und über ein Sieb von feinteiliger Kieselsäure abfiltriert und dann bei 65°C im Vakuum getrocknet. Man erhielt 1090 g eines braunen Kieselsäure/- Kautschuk-Masterbatches (99% der Theorie). Das Abwasser war frei von Kiesel säure.According to the procedure of Example 1, 500 g of BR rubber Buna CB 65 were reacted in 4 l of cyclohexane at 80 ° C. with 12.5 g of 3-mercaptopropionic acid and 0.5 g of dilauroyl peroxide. Response time: 5 hours. At this point, 36% of the 3-mercaptopropionic acid had reacted. Carboxyl group content of the polymer: 0.38% by weight. Then 2.5 g of stabilizer Vulkanox® 4020 (Bayer AG), 189.5 g of aromatic mineral oil Renopal® 450 (Fuchs Mineralölwerke) and 405 g of highly active precipitated silica Vulkasil® S (N 2 surface) were added with stirring at 75 ° C approx. 180 m 2 / g, Bayer AG) and stirred for approx. 30 minutes until uniform distribution at this temperature. The solvent was then removed by introducing steam (100-110 ° C). The reaction vessel was heated from the outside at 75-80 ° C. The moist solid was then removed and filtered through a sieve of finely divided silica and then dried at 65 ° C. in vacuo. 1090 g of a brown silica / rubber masterbatch (99% of theory) were obtained. The wastewater was free of silica.
Es wurde wie in Beispiel 3 verfahren, wobei eine Lösung von 500 g BR-Kautschuk Buna CB 65 und 2,5 g Vulkanox® 4020 in 4 l Cyclohexan bei 75°C mit 400 g hoch aktiver gefällter Kieselsäure Vulkasil® S gemischt wurde. Anschließend entfernte man das Lösungsmittel durch Einleiten von Wasserdampf (100-110°C), wobei das Reaktionsgefäß von außen mit 75-80°C beheizt wurde. Im Anschluß daran wurde der feuchte Feststoff entnommen und über ein Sieb von feinteiliger Kieselsäure abfiltriert und dann bei 65°C im Vakuum getrocknet. Man erhielt 597 g (66% d. Theorie) eines inhomogenen Kieselsäure/Kautschuk-Masterbatches. Das Abwasser enthielt große Mengen (ca. 75% der eingesetzten Menge) Kieselsäure.The procedure was as in Example 3, with a solution of 500 g of BR rubber Buna CB 65 and 2.5 g Vulkanox® 4020 in 4 l cyclohexane at 75 ° C with 400 g high active precipitated silica Vulkasil® S was mixed. Then removed the solvent by introducing steam (100-110 ° C), which Reaction vessel was heated from the outside at 75-80 ° C. Subsequently, the removed moist solid and filtered through a sieve of finely divided silica and then dried at 65 ° C in a vacuum. 597 g (66% of theory) of one were obtained inhomogeneous silica / rubber masterbatches. The sewage contained large ones Quantities (approx. 75% of the quantity used) silica.
Claims (5)
HS-R1-COOX (I),
wobei
R1 für eine lineare, verzweigte oder cyclische C1-C36-Alkylgruppe steht, die gegebenenfalls mit bis zu 3 weiteren Carboxylgruppen substitu iert sein kann, oder durch Stickstoff-, Sauerstoff- oder Schwefelatome unterbrochen sein kann, und
X für Wasserstoff oder für ein Metall- oder Ammoniumion steht,
gegebenenfalls in Gegenwart von Radikalstartern umsetzt.3. A process for the preparation of a rubber with in the range of 0.1 to 2 wt .-% of bound carboxyl groups, characterized in that the rubber after the polymerization in solution with carboxyl mercaptans of the general formula (I)
HS-R 1 -COOX (I),
in which
R 1 represents a linear, branched or cyclic C 1 -C 36 -alkyl group which can optionally be substituted with up to 3 further carboxyl groups or can be interrupted by nitrogen, oxygen or sulfur atoms, and
X represents hydrogen or a metal or ammonium ion,
if appropriate in the presence of free radical initiators.
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