DE4308488A1

DE4308488A1 - Ruß-/Kautschukzusammensetzung

Info

Publication number: DE4308488A1
Application number: DE4308488A
Authority: DE
Inventors: Nicolas Probst; Hendrik Smet
Original assignee: MMM SA
Current assignee: Imerys Graphite and Carbon Switzerland SA
Priority date: 1993-03-17
Filing date: 1993-03-17
Publication date: 1994-09-22
Also published as: WO1994021720A1; US5639817A; EP0689564A1

Description

Diese Erfindung betrifft eine neue Kautschukzusammensetzung, in die Ruß eingemischt ist. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Ruß-/Kau tschukzusammensetzung zur Verwendung in Reifenlaufflächen.

In Reifenzusammensetzungen spielt Ruß eine kritische Rolle. Die Unter schiede bei Rußeigenschaften haben einen starken Einfluß auf wichtige Merkmale einer Reifen-Kautschukzusammensetzung wie Abrieb und Wärmebildung. Aus diesem Grund werden insbesondere bei Hochlei stungsreifen und Reifen für hohe Beanspruchung unterschiedliche Ruß- /Kautschukzusammensetzungen für die Reifenlauffläche und für die Reifenwand verwendet.

Eine Aufgabe dieser Erfindung ist die Bereitstellung einer neuen Ruß- /Kautschukzusammensetzung.

Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung ist die Bereitstellung einer Ruß- /Kautschukzusammensetzung, die ein Steuern von Eigenschaften von Reifenzusammensetzungen mittels Einmischen einer derartigen Ruß-/Kau tschukzusammensetzung in Reifenzusammensetzungen gestattet.

Außerdem ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung die Bereitstellung eines neuen Rußes, der aufgrund seiner Eigenschaften in Ruß-/Kau tschukzusammensetzungen ein besonders vorteilhaftes "Maßschneidern" der Eigenschaften solcher Ruß-/Kautschukzusammensetzungen gestattet, und zwar mittels Mischen der neuen Ruß-/Kautschukzusammensetzung in andere Kautschukzusammensetzungen.

Gemäß dieser Erfindung wird eine neue Ruß-/Kautschukzusammenset zung, wie in den Ansprüchen definiert, bereitgestellt.

Insbesondere ist der Ruß in der Zusammensetzung dieser Erfindung durch die folgenden Eigenschaften gekennzeichnet:

a) eine Oberfläche (bestimmt mittels Stickstoff oder mittels CTAB) von 30 bis 100 m²/g, bevorzugt 40 bis 80 m²/g;
b) eine DBP-Struktur von 90 bis 180 ml/100g, bevorzugt 130 bis 180 ml/ 100g;
c) eine 24M4-DBP-Struktur von 70 bis 130 ml/100g, bevorzugt 85 bis 120 ml/100g;

Die Ruß-/Kautschukzusammensetzung dieser Erfindung ist vorzugsweise durch die folgenden Merkmale gekennzeichnet:

a) tan δ (1 Hz) bei
-22°C < 0,320 bevorzugt < 0,340
18°C 0,140 bis 0,200 bevorzugt 0,150 bis 0,180
58°C 0,100 bis 0,140 bevorzugt 0,110 bis 0,130
98°C < 0,090 bevorzugt < 0,085
b) tan δ (10 Hz) bei
-22°C < 0,550 bevorzugt < 0,570
18°C 0,130 bis 0,200 bevorzugt 0,160 bis 0,185
58°C 0,110 bis 0,160 bevorzugt 0,130 bis 0,150
98°C < 0,110 bevorzugt < 0,100
c) G* (1 Hz) bei
-22°C 8 bis 16 bevorzugt 9 bis 12
18°C 3,5 bis 7,0 bevorzugt 4 bis 5,5
58°C 3 bis 5,0 bevorzugt 3 bis 4,5
98°C 2,5 bis 5,0 bevorzugt 2,8 bis 4,0 G* (-22°C) - G* (98°C); Maximum 8;
d) G* (10 Hz) bei
-22°C 14 bis 21 bevorzugt 15 bis 18
18°C 4 bis 8 bevorzugt 4,5 bis 6
58°C 3 bis 6 bevorzugt 3,4 bis 4,8
98°C 3 bis 5,5 bevorzugt 3 bis 4,5 G* (-22°C) - G* (98°C); Maximum 14.

Die oben genannten Eigenschaften werden gemäß den folgenden Ver fahren bestimmt:

Stickstoff-Oberfläche
ASTM D-3037
CTAB-Oberfläche	ASTM D-3765
DBP	ASTM D-2414
24M4-DBP	ASTM D-3493
tan δ	in ASTM D3191 bei 155°C bei t₉₀ vulkanisiert
G*	in ASTM D3191 bei 155°C bei t₉₀ vulkanisiert

tan δ und G* wurden auf einem Rheometrix RDA 700 unter Verwen dung der folgenden Parameter gemessen:

Probenform:
Streifen
Deformation:	Torsion
Deformationsamplitude:	2%
Temperaturen:	-20°C, 20°C, 60°C, 100°C
Frequenz:	0,1 - 100 Rad/s (Radian/s)

Der bevorzugte Ruß dieser Erfindung besitzt große Aggregate, die vor zugsweise von verzweigter oder kettenartiger Struktur (vgl. beiliegend SEM-Bild) sind.

Stickstoff-Oberfläche und die CTAB-Oberfläche sind vorzugsweise beide etwa die gleiche, es liegen keine Porosität oder teerartige Reste vor.

Die Kautschukzusammensetzung gemäß dieser Erfindung enthält bevorzugt 40 bis 200 Gewichtsteile des oben genannten Rußes auf 100 Gewichts teile Kautschuk. Der Kautschuk ist bevorzugt ausgewählt aus einem, zwei oder drei der folgenden Elastomere:
Naturkautschuk
Diolefin-/Monovinylaren-Copolymer-Kautschuk, insbesondere Butadien- /Styrol-Copolymer-Kautschuk
Polyalkadien, stärker bevorzugt Polybutadien und Polyisopren.

Gegebenenfalls und bevorzugt kann die Zusammensetzung auch geringe Mengen an anderen Kautschuken enthalten, speziell Chlor- oder Brom kautschuke, wie Polyisopren oder Halobutyle. Halobutyle sind, z. B. Halo gen-Isobutylen-Kautschuke (CIIR - BIIR). Die Menge solcher spezieller Kautschuke in den Zusammensetzungen dieser Erfindung beträgt vorzugs weise 5 bis 30 Gewichtsteile bezogen auf 100 Gewichtsteile des Haupt kautschukes. Zusätzlich enthalten die Kautschukzusammensetzungen dieser Erfindung als den weiteren Hauptbestandteil den oben definierten Ruß, und sie enthalten üblicherweise andere typische Additive, wie Weichma cher; Antioxidationsmittel und Beschleuniger. Die Zusammensetzungen enthalten normalerweise Vulanisiermittel, wie Schwefel.

Die folgenden Beispiele veranschaulichen die Erfindung. Sie enthalten weiterhin besonders bevorzugte Merkmale der Erfindung.

Beispiel

Eine Ruß-/Kautschukzusammensetzung, die als Reifenlaufflächenzusam mensetzung für Personenwagenreifen geeignet ist, wurde hergestellt durch Vermischen der folgenden Bestandteile in einem Mischer für eine Ge samtmenge von etwa 1,5 kg Kautschukzusammensetzung:

Tabelle 1

(Mengen in Gewichtsteilen)

Tabelle 2

Die in der obigen Tabelle gezeigten Eigenschaften wurden gemäß den oben beschriebenen Verfahren bestimmt.

Die hergestellte Kautschukzusammensetzung wurde zur Bildung von Proben für verschiedene Tests für diese Zusammensetzung verwendet. Diese Tests wurden nach dem Vulkanisieren bzw. Härten der Proben durchgeführt, die bei einer Temperatur von 155°C und für eine Zeit von t₉₀ Minuten hergestellt wurden. Die wichtigsten mechanischen Eigen schaften sind in der folgenden Tabelle gezeigt:

Tabelle 3

Die Reifenleistungscharakteristiken G* und Tan δ wurden auch bei den vulkanisierten Proben unter Verwendung der Standardtechnologien zum Messen dieser oben aufgelisteten Merkmale gemessen. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle gezeigt:

Tabelle 4

Wie aus der letzten Tabelle ersichtlich, zeigt die Ruß-/Kautschukzusam mensetzung gemäß dieser Erfindung ein steileres Temperaturprofil für den tan δ als regulärer Laufflächenruß N339. Umgekehrt ist das Tempe raturprofil für den G*-Wert für die erfinderische Zusammensetzung nicht so steil wie für regulären Laufflächenruß. Die Reifenlaufflächenzusam mensetzung dieser Erfindung besitzt somit eine hohe Hysterese bei niedrigen Temperaturen und eine sehr niedrige Hysterese bei hohen Temperaturen. Dies erlaubt das Einmischen des definierten Rußes in eine Reifenlaufflächenzusammensetzung, ggf. zusammen mit anderen Rußen, so daß sowohl der Griff bei Nässe der Kautschukzusammen setzung verstärkt ist und der Rollwiderstand bei hoher Temperatur reduziert ist. Dies stellt eine vorteilhafte Kombination von Eigenschaften einer Ruß-/Kautschukzusammensetzung dar. Das jeweilige Temperatur profil gestattet die Verwendung dieses Rußes zum "Maßschneidern" von Reifenzusammensetzungen, insbesondere wenn man spezielle Ruße mit hohem Abriebwiderstand in Kombination mit dem beanspruchten neuen Ruß verwendet.

Andere Eigenschaften werden auf einem akzeptierbaren Niveau gehalten und können angepaßt werden.

Claims

1. Ruß-/Kautschukzusammensetzung enthaltend 100 Gewichtsteile eines Kautschukes und 40 bis 200 Gewichtsteile eines Rußes, wobei der Ruß durch die folgenden Eigenschaften gekennzeichnet ist:

a) eine Oberfläche (bestimmt mittels Stickstoff oder mittels CTAB) von 30 bis 100 m²/g, bevorzugt 40 bis 80 m²/g;
b) eine DBP-Struktur mit 90 bis 180 ml/100g, bevorzugt 130 bis 180 ml/100g;
c) eine 24M4-DBP-Struktur mit 70 bis 130 ml/100g, bevorzugt 85 bis 120 ml/100g;

wobei die Ruß-/Kautschukzusammensetzung durch die folgenden Eigenschaften gekennzeichnet ist:

a) tan δ (1 Hz) bei
-22°C < 0,320 bevorzugt < 0,340
18°C 0,140 bis 0,200 bevorzugt 0,150 bis 0,180
58°C 0,100 bis 0,140 bevorzugt 0,110 bis 0,130
98°C < 0,090 bevorzugt < 0,085
b) tan δ (10 Hz) bei
-22°C < 0,550 bevorzugt < 0,570
18°C 0,130 bis 0,200 bevorzugt 0,160 bis 0,185
58°C 0,110 bis 0,160 bevorzugt 0,130 bis 0,150
98°C < 0,110 bevorzugt < 0,100
c) G* (1 Hz) bei
-22°C 8 bis 16 bevorzugt 9 bis 12
18°C 3,5 bis 7,0 bevorzugt 4 bis 5,5
58°C 3 bis 7,0 bevorzugt 3 bis 4,5
98°C 2,5 bis 5,0 bevorzugt 2,8 bis 4,0 G* (-22°C) - G* (98°C); Maximum 8;
d) G* (10 Hz) bei
-22°C 14 bis 21 bevorzugt 15 bis 18
18°C 4 bis 8 bevorzugt 4,5 bis 6
58°C 3 bis 6 bevorzugt 3,4 bis 4,8
98°C 3 bis 5,5 bevorzugt 3 bis 4,5 G* (-22°C) - G* (98°C); Maximum 14,

wobei die oben erwähnten Eigenschaften gemäß den folgenden Verfahren bestimmt werden: Stickstoff-Oberfläche ASTM D-3037 CTAB-Oberfläche ASTM D-3765 DBP ASTM D-2414 24M4-DBP ASTM D-3493 tan δ in ASTM D3191 bei 155°C bei t₉₀ vulkanisiert G* in ASTM D3191 bei 155°C bei t₉₀ vulkanisiert

2. Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kautschuk ausgewählt ist aus:
Naturkautschuk
Diolefin-/Monovirylaren-Copolymer-Kautschuk, insbesondere Butadien- /Styrol-Copolyiner-Kautschuk
Polyalkadien, stärker bevorzugt Polybutadien und Polyisopren.

3. Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, weiter enthaltend 5 bis 35 Gewichtsteile eines zweiten Typs oder dritten Typs von Kautschuk ausgewählt aus Halogen-, insbesondere Chlor- oder Bromkautschuken, bevorzugt
Chlorpolyisopren
Bromisopren
Halogenpolyisobutylen.

4. Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ge kennzeichnet durch einen Gehalt von 20 bis 100 Gewichtsteilen eines abriebfesten Reifenlaufflächenrußes und 20 bis 100 Gewichts teilen des Rußes gemäß Anspruch 1 bezogen auf 100 Gewichtsteile des Kautschukes.