WO1994021720A1 - Russ-/kautschukzusammensetzung - Google Patents
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Definitions
- This invention relates to a new rubber composition in which carbon black is mixed.
- the invention relates to a carbon black / rubber composition for use in tire treads.
- the differences in soot properties have a strong influence on important characteristics of a tire rubber composition, such as abrasion and fatigue. For this reason, different soot / rubber compositions are used for the tire tread and for the tire wall, in particular in the case of high-performance tires and tires for heavy use.
- An object of this invention is to provide a new carbon black / rubber composition.
- Another object of this invention is to provide a carbon black / rubber composition which allows properties of tire compositions to be controlled by blending such a carbon black / rubber composition into tire compositions
- Another object of this invention is to provide a new carbon black which, because of its properties in carbon black / rubber compositions, allows particularly advantageous "tailoring" of the properties of such carbon black / rubber compositions by mixing the new carbon black / rubber composition into other rubber compositions.
- the carbon black in the composition of this invention is characterized by the following properties:
- a surface area (determined using nitrogen or using CTAB) of 30 to 100 ⁇ r / g, preferably 40 to 80 m 2 / g;
- the carbon black / rubber composition of this invention is preferably characterized by the following features:
- Torsion Deformation amplitude 2%
- the preferred carbon black of this invention has large aggregates which are preferably of a branched or chain-like structure (see enclosed SEM-Büd).
- the nitrogen surface and the C AB surface are preferably both approximately the same, there are no porosity or tarry residues.
- the rubber composition according to this invention preferably contains 40 to 200 parts by weight of the above-mentioned carbon black per 100 parts by weight of rubber.
- the rubber is preferably selected from one, two or three of the following elastomers:
- Polyalkadiene more preferably polybutadiene and polyisoprene.
- the composition can also contain small amounts of other rubbers, especially chlorine or bromine rubbers, such as polyisoprene or halobutyls.
- Halobutyls are, for example, halogen-isobutylene rubbers (CllK - BUR).
- the amount of such special rubbers in the compositions of this invention is preferably 5 to 30 parts by weight based on 100 parts by weight of the main rubber.
- the rubber compositions of this invention contain the above-defined carbon black as the further main component, and they usually contain other typical additives such as plasticizers, anti-radiant agents and accelerators.
- the compositions normally contain vulcanizing agents such as sulfur.
- a carbon black / rubber composition which is suitable as a tire tread composition for passenger car tires was produced by mixing the following components in a mixer for a total amount of about 1.5 kg of rubber composition:
- ERSATZBL ⁇ T ⁇ (RULE 26) * ) A styrene-butadiene copolymer, commercially available from HÜLS. * 2) The carbon black used in the two test runs is N-339, commercially available from Columbian Carbon, and
- Ensaco 150 commercially available from MMM. * 3 ) Zinc alpha, commercially available from Zink Stamms. * 4 ) Stearic acid, manufactured and sold by Rheinchemie. ⁇ ) Ingralen, an aromatic made and sold by Fuchs
- the properties of the carbon black used are as follows:
- the rubber composition prepared was used to form samples for various tests for that composition. These tests were carried out after vulcanization or hardening of the samples, which were produced at a temperature of 155 ° C. and for a time of tg Q minutes. The most important mechanical properties are shown in the following table:
- the carbon black / rubber composition according to this invention shows a steeper temperature profile for the tan ⁇ than regular tread soot N339.
- the temperature profile for the G * value for the inventive composition is as steep as for regular tread soot.
- the tire tread composition of this invention thus has a high hysteresis at low temperatures and a very low hysteresis at high Temperatures. This allows the defined carbon black to be mixed into a tire tread composition, possibly together with other carbon blacks, so that both the grip is enhanced when the rubber composition is wet and the rolling resistance is reduced at high temperature. This provides an advantageous combination of properties of a carbon black /
- the particular temperature profile permits the use of this carbon black for "tailoring" tire compositions, especially when using special carbon blacks with high abrasion resistance in combination with the claimed new carbon black
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Abstract
Ruß-/Kautschukzusammensetzung enthaltend 100 Gewichtsteile eines Kautschuks und 40 bis 200 Gewichtsteile eines speziellen Rußes, wobei die Zusammensetzung ein steileres Tan δ-Temperaturprofil und flacheres G*-Temperaturprofil als bei Verwendung eines regulären Lauffflächenrußes aufweist.
Description
Ruß-/Kautschukzusammensetzung
Diese Erfindung betrifft eine neue Kautschukzusammensetzimg, 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 äπnebüdung. 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 πr/g, bevorzugt 40 bis 80 m2/g;
b) eine DBP-Struktur von 90 bis 180 ml/lOOg, bevorzugt 130 bis 180 ml/lOOg;
c) eine 24M4-DBP-Struktur γon 70 bis 130 ml/lOOg, bevorzugt 85 bis 120 ml/lOOg;
Die Ruß-/Kautschukzusammensetzung dieser Erfindung ist vorzugsweise durch die folgenden Merkmale gekennzeichnet:
a) Tan S (1 Hz) bei
-22°C > 0,320 18°C 0,140 bis 0,200
58°C 0,100 bis 0,140
98°C < 0,090
Tan* (—-22°C) '- - Tan5 ( i98°C) '-• M Λ ,i.ni .mum n 0,n76,;
TanÄ (-22°C)
b) Tan δ (10 Hz) bei
Tan« (-22°C)
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
CΪAB-Oberfläche ASTM D-3765
DBP ASTM D-2414 24M4-DBP ASTM D-3493
Tan δ in ASTM D3191 bei 155°C bei tgj, vulkanisiert
G* in ASTM D3191 bei 155°C bei t^ vulkanisiert.
Tan δ und G* wurden auf einem Rheometrix RDA 700 unter Verwen-
düng der folgenden Parameter gemessen:
Probenfoπn: 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-Büd) sind.
Stickstoff-Oberfläche und die C AB-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-/Monovi_n_ylaren-Copolymer-Kautschuk, insbesondere Butadien-
/St rol-Coporymer-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 (CllK - BUR). 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, Anticradationsmittel und Beschleuniger. Die Zusammensetzungen enthalten normalerweise Vulkanisiermittel, 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:
TabeUe 1
(Mengen in Gewichtsteilen)
ERSATZBLÄTΓ (REGEL 26)
*) Ein Styrol-Butadien-Copolymer, im Handel erhältlich von HÜLS. *2) Bei dem in den zwei Versuchsläufen verwendeten Ruß handelt es sich um N-339, im Handel erhältlich von Columbian Carbon, und
Ensaco 150, im Handel erhältlich von M.M.M.. *3) Zinkαxid, im Handel erhältlich von Zinkweiss. *4) Stearinsäure, hergestellt und vertrieben von Rheinchemie. ^) Ingralen, ein von Fuchs hergestelltes und vertriebenes aromatisches
Öl. *6) Protektor G, ein mikrokristallines Wachs hergestellt und vertrieben von LW-FULLER GmbH. 7) Vulkanαx 4010 NA, ein Phenyl-isopropyl-p-pheitylen-diamin hergestellt und vertrieben von Bayer. (8) Vulkacit CZ, ein Cyclohexylbenzothiazylsulphenamid hergestellt und vertrieben von Bayer. *9) Vulkacit D, ein Diphenylguanidin hergestellt und vertrieben von
Bayer. *10) Schwefel, hergestellt und vertrieben von Metallgesellschaft.
Die Eigenschaften des verwendeten Rußes sind wie folgt:
Tabelle 2
*1) Die Aggregatstruktur wurde mittels SEM bestimm
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 Vulkamsieren bzw. Härten der Proben durchgeführt, die bei einer Temperatur von 155°C und für eine Zeit von tgQ Minuten hergestellt wurden. Die wichtigsten mechanischen Eigen¬ schaften sind in der folgenden Tabelle gezeigt:
Tabelle 3
*1) Bestimmt gemäß DIN 53 505.
*2) Bestimmt gemäß DIN 53 512.
*3) Bestimmt gemäß DIN 53 504.
*4) Bestimmt gemäß DIN 53 504.
C5) Bestimmt gemäß DIN 53 504.
*6) Bestimmt gemäß DIN 53 507.
C) Bestimmt gemäß DIN 53 516.
*8) Bestimmt gemäß DIN 53 479.
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 Temperamrprofil für den Tan δ als regulärer Laufflächenruß N339. Umgekehrt ist das Tempe¬ ramrprofil für den G*-Wert für die erfinderische Zusammensetzung mcht so steil wie für regulären Laufflächenruß. Die Reifenlaufflächenzusam¬ mensetzung dieser Erfindung besitzt somit eine hohe Hysterese bei niedrigen Temperamren 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/lOOg, bevorzugt 130 bis
180 ml/lOOg;
c) eine 24M4-DBP-Struktur mit 70 bis 130 ml/lOOg, bevorzugt 85 bis 120 ml/lOOg;
wobei die Ruß-/Kautschukzusammeιιsetzung durch die folgenden Eigenschaften gekennzeichnet ist:
a) Tan δ (1 Hz) bei
b) Tan 5 (10 Hz) bei
-22°C > 0,550 bevorzugt > 0,570
18°C 0,130 bis 0,200 bevorzugt 0,160 bis 0,185 
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
G* (-22°C) - G* (98°C); Maximum 14,
wobei die oben erwähnten Eigenschaften gemäß den folgenden Verfahren bestimmt werden:
Stickstoff-Oberfläche ASTM D-3037
CIAB-Oberfläche ASTM D-3765 DBP ASTM D-2414
24M4-DBP ASTM D-3493 Tan « in ASTM D3191 bei 155°C bei tgQ vulkanisiert
G« in ASTM D3191 bei 155°C bei tpQ vulkanisiert
2. Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kautschuk ausgewählt ist aus:
Naturkautschuk Diolefin-/Monσviπylaren-Copolymer-Kautschuk, insbesondere Butadien-
/Styrol-Copolymer-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.
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