DE60200746T2

DE60200746T2 - Kautschukzusammensetzung

Info

Publication number: DE60200746T2
Application number: DE60200746T
Authority: DE
Inventors: Naohiko Kobe-shi Kikuchi
Original assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Priority date: 2001-08-24
Filing date: 2002-08-22
Publication date: 2005-07-21
Anticipated expiration: 2022-08-23
Also published as: EP1288253A1; JP3683519B2; EP1288253B1; US6759456B2; CN1407007A; CN1231532C; JP2003064222A; DE60200746D1; US20030100643A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kautschukzusammensetzung, welche den Abrollwiderstand herabsetzen kann.
Petroleumöle wie aromatisches Öl wurden als weichmachendes Mittel in einer Kautschukzusammensetzung für einen Reifen verwendet. Jedoch bestand das Problem, daß der Abrollwiderstand erhöht wird und die Ausnutzung des Brennstoffes erniedrigt wird, wenn Petroleumöle eingemischt werden. In den letzten Jahren steigt als Folge des starken Interesses an globalen Umweltproblemen die Nachfrage für ein neues weichmachendes Mittel alternativ zu Petroleumölen an.
Die EP 09 21 150 A1 beschreibt mit Schwefel vernetzbare Kautschukzusammensetzungen für Fahrzeugreifenlaufflächen: Eine beispielhafte Kautschukzusammensetzung (Nr. 4) umfaßt 85 Gew.-Teile von Siliziumdioxid und 5 Gew.-Teile von Ruß als anorganische Füllstoffe und 13 Gew.-Teile einer Silanverbindung, bezogen auf 100 Gew.-Teile von Komponenten aus natürlichem Kautschuk und synthetischem Kautschuk. Diese Kautschukzusammensetzung enthält weiterhin 5 Gew.-Teile Rapsöl und 36 Gew.-Teile aromatisches Öl. Der Effekt des Rapsöles auf den Abrollwiderstand wird nicht erwähnt.
Das Abstract der JP-A-55-112247 beschreibt eine Kautschukzusammensetzung, welche 1 bis 40 Gew.-Teile Cashew-Öl und 100 Gew.-Teile Naturkautschukkomponenten und Komponenten aus synthetischem Kautschuk enthält. Eine beispielhafte Zusammensetzung umfaßt weiterhin Ruß und Zinkoxid als die anorganischen Füllstoffe. Alternative anorganische Füllstoffe sind nicht erwähnt.
Die US 5 385 459 beschreibt zwei Kautschukzusammensetzungen, welche NBR oder Butylkautschuk als Kautschukkomponente, Ruß und Zinkoxid als anorganische Füllstoffe und Rizinusöl als Ölkomponente enthalten.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer neuen Kautschukzusammensetzung, welche den Abrollwiderstand unter Herabsetzung der Menge von einzusetzenden Petroleumölen reduzieren kann.
Bei der Suche nach der Lösung wurde gefunden, daß Abrollwiderstand unter Verwendung von besonderen pflanzlichen Ölen anstelle von Petroleumöl reduziert werden kann, und so wurde die vorliegende Erfindung abgeschlossen.
Die vorliegende Erfindung liefert eine Kautschukzusammensetzung, umfassend:
5 bis 150 Gew.-Teile eines anorganischen Füllstoffes,
0 bis 30 Gew.-Teile eines Silankupplungsmittels und
5 bis 100 Gew.-Teile eines pflanzlichen Öles, das eine Jodzahl von höchstens 130 hat,
bezogen auf 100 Gew.-Teile eines Dienkautschuks,
in welcher dieser anorganische Füllstoff aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Siliziumdioxid, Sericit, Calciumcarbonat, Ton, Aluminiumoxid, Aluminiumhydroxid, Magnesiumhydroxid, Magnesiumoxid und Titanoxid besteht, und
in welcher dieses pflanzliche Öl wenigstens 75 Gew.-% des Gesamtöles ausmacht.
Es wird bevorzugt, einen Naturkautschuk als Dienkautschuk in der Kautschukzusammensetzung zu verwenden.
Die Kautschukzusammensetzung der vorliegenden Erfindung umfaßt einen Dienkautschuk, einen anorganischen Füllstoff und ein pflanzliches Öl.
Beispiele von Dienkautschuk sind synthetische Kautschuke wie Styrol-Butadienkautschuk (SBR), Butadienkautschuk (BR) und Butylkautschuk (IIR), sowie Naturkautschuke. Solche Dienkautschuke können alleine oder in Kombination von zwei oder mehr verwendet werden. Naturkautschuke sind unter dem Gesichtspunkt der Reduzierung des Abrollwiderstandes bevorzugt. Die Menge von Naturkautschuk beträgt bevorzugt wenigstens 75 Gew.-%, mehr bevorzugt wenigstens 85 Gew.-%, bezogen auf den Dienkautschuk. Wenn die Menge von Naturkautschuk geringer als 75 Gew.-% ist, neigt die Reduzierung des Abrollwiderstandes dazu, gering zu sein.
Der anorganische Füllstoff wird als eine Alternative zu Ruß verwendet, welcher oftmals als ein verstärkender Füllstoff verwendet wurde. Durch Reduzieren der Menge von Ruß unter alternativer Verwendung des anorganischen Füllstoffes kann der Abrollwiderstand reduziert werden.
Beispiele von anorganischen Füllstoffen sind Siliziumdioxid, Sericit, Calciumcarbonat, Ton, Aluminiumoxid, Aluminiumhydroxid, Magnesiumhydroxid, Magnesiumoxid und Titanoxid. Hierunter ist Siliziumdioxid zur Sicherstellung der Verstärkung des Gummis bevorzugt.
Wenn Siliziumdioxid verwendet wird, wird es bevorzugt, daß Siliziumdioxid eine spezifische BET-Oberfläche von 150 bis 250 m²/g hat. Wenn die spezifische BET-Oberfläche von Siliziumdioxid geringer als 150 m²/g ist, besteht die Neigung zu geringerer Verstärkungseigenschaft. Wenn die spezifische BET-Oberfläche von Siliziumdioxid größer als 250 m²/g ist, besteht eine Neigung, daß die Dispergierfähigkeit schlechter wird, daß Agglomerierung hervorgerufen wird und damit die physikalischen Eigenschaften verschlechtert werden.
Die Menge von anorganischem Füllstoff beträgt 5 bis 150 Gew.-Teile, bezogen auf 100 Teile des Dienkautschuks. Wenn die Menge von anorganischem Füllstoff geringer als 5 Gew.-Teile ist, besteht die Neigung, daß die Verstärkungseigenschaft unzureichend ist. Wenn die Menge von anorganischem Füllstoff größer als 150 Gew.-Teile ist, besteht die Neigung, daß die Verarbeitbarkeit schlechter ist. Der untere Grenzwert der Menge von anorganischem Füllstoff beträgt bevorzugt 30 Gew.-Teile, mehr bevorzugt 40 Gew.-Teile. Der obere Grenzwert der Menge von anorganischem Füllstoff beträgt bevorzugt 120 Gew.-Teile, mehr bevorzugt 100 Gew.-Teile.
Die Menge von anorganischem Füllstoff beträgt wenigstens 75 Gew.-%, bevorzugt wenigstens 85 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge von Füllstoffen. Wenn die Menge von anorganischem Füllstoff geringer als 75 Gew.-% ist, besteht die Neigung, daß die Reduzierung des Abrollwiderstandes klein ist.
Es wird bevorzugt, ein Silankupplungsmittel zusammen mit dem anorganischen Füllstoff zu verwenden. Es gibt keine besondere Grenze für die Art des Silankupplungsmittels, sofern es häufig auf dem Gebiet der Herstellung von Reifen eingesetzt wird. Beispiele von Silankupplungsmittel sind Bis(3-triethoxysilylpropyl)tetrasulfid, Bis(3-trimethoxysilylpropyl)tetrasulfid, Bis(2-triethoxysilylpropyl)tetrasulfid, 3-Mercaptopropyltriethoxysilan und 2-Mercaptoethyltrimethoxysilan. Diese Silankupplungsmittel können alleine oder in einer beliebigen Kombination verwendet werden. Unter ihnen sind Bis(3-triethoxysilylpropyl)tetrasulfid und 3-Mercaptopropyltriethoxysilan unter dem Gesichtspunkt der Verstärkungseigenschaft von Silankupplungsmittel und der resultierenden Verarbeitbarkeit bevorzugt. Weiterhin wird Bis(3-triethoxysilylpropyl)tetrasulfid unter dem Gesichtspunkt der Verarbeitbarkeit besonders bevorzugt.
Es wird bevorzugt, daß die Menge von Silankupplungsmittel 0 bis 30 Gew.-Teile, bezogen auf 100 Teile des Dienkautschuks, beträgt.
Ebenfalls ist es bevorzugt, daß die Menge von Silankupplungsmittel 3 bis 20 Gew.-%, bezogen auf anorganische Füllstoffe, beträgt. Wenn die Menge von Silankupplungsmittel geringer als 3 Gew.-% ist, ist der Effekt der Zugabe von Silankupplungsmittel unzureichend. Wenn die Menge von Silankupplungsmittel mehr als 20 Gew.-% beträgt, bleibt der zu erzielende Effekt trotz des Kostenanstieges klein.
Bezüglich des pflanzlichen Öles sind solche mit einem niedrigen Unsättigungsgrad bevorzugt. Beispielsweise sind halbtrocknende Öle mit einer Jodzahl von 100 bis 130, nicht-trocknende Öle und feste Öle mit einer Jodzahl von höchstens 100 bevorzugt. Hier ist die Jodzahl als die Menge von Jod, bezogen auf Gramm, definiert, welche von 100 g Öl absorbiert werden kann. Konkrete Beispiele dieser pflanzlichen Öle sind halbtrocknende Öle wie Baumwollsaatöl und Rapssaatöl, nicht-trocknende Öle wie Rizinusöl und Erdnußöl, sowie feste Öle wie Palmöl und Kokosnußöl. Wenn die Jodzahl von pflanzlichem Öl mehr als 130 beträgt, besteht die Neigung, daß tanδ erhöht ist und die Härte erniedrigt wird, was eine Zunahme des Abrollwiderstandes und eine Abnahme der Lenkstabilität ergibt. Mehr bevorzugter Obergrenzwert für die Jodzahl des pflanzlichen Öles ist 120.
Die Menge von pflanzlichem Öl beträgt 5 bis 100 Gew.-Teile, bezogen auf 100 Teile des Dienkautschuks. Wenn die Menge von pflanzlichem Öl geringer als 5 Gew.-Teile ist, besteht die Neigung, daß der erweichende Effekt auf den Kautschuk unzureichend ist. Wenn die Menge von pflanzlichem Öl mehr als 100 Gew.-Teile beträgt, besteht die Neigung zur Abnahme der Verarbeitbarkeit. Bevorzugter oberer Grenzwert der Menge von pflanzlichem Öl ist 80 Gew.-Teile.
Weiterhin wird es bevorzugt, daß das pflanzliche Öl wenigstens 75 Gew.-%, insbesondere wenigstens 85 Gew.-% des Gesamtöles ausmacht. Wenn die Menge von pflanzlichem Öl geringer als 75 Gew.-% ist, besteht die Neigung, daß der Erniedrigungseffekt auf den Abrollwiderstand schlechter wird.
Es wird bevorzugt, das pflanzliche Öl so einzumischen, daß die Härte des Gummis nach Vulkanisation 40 bis 90 wird. Wenn die Härte von Gummi geringer als 40 ist, besteht eine Neigung, daß die erforderliche Steifigkeit nicht erreicht werden kann. Wenn die Härte von Gummi mehr als 90 beträgt, besteht die Neigung, daß die Verarbeitbarkeit schlechter ist.
Die Kautschukzusammensetzung der vorliegenden Erfindung kann mit Wachs, Antioxidans, ausgehärtetem Harz, Klebstoff, Stearinsäure, Zinkoxid, Vulkanisationsbeschleuniger, Schwefel und dergleichen zusätzlich zu Dienkautschuk, anorganischem Füllstoff, Silankupplungsmittel und pflanzlichem Öl zusammengegeben werden.
Die Kautschukzusammensetzung der vorliegenden Erfindung wird durch Kneten der oben genannten Komponenten erhalten, und sie kann als Teil von Reifen durch Verformen zu einer Laufflächenseitenwand, Gürtel, Innenseele, Zwischenlage und Wulst verwendet werden. Insbesondere wird es bevorzugt, die Kautschukzusammensetzung der vorliegenden Erfindung für Laufflächen unter dem Gesichtspunkt, daß die Lauffläche in starkem Maße zur Reduzierung des Abrollwiderstandes beiträgt, zu verwenden.
Bei der Herstellung eines Gürtels können Naturfasern wie aus Reyon und Acetat, hergestellt aus Holzpulpe oder Kupferseide, hergestellt aus rohem Baumwollsaatlinters anstelle der üblicherweise verwendeten synthetischen Fasern nützlich sein. Hierunter ist Reyon bevorzugt, da Reyon eine hohe Festigkeit, wie für Reifen erforderlich, besitzt.
BEISPIELE
Die vorliegende Erfindung wird im einzelnen basierend auf den Beispielen unten erläutert, ist jedoch nicht hierauf beschränkt. "Teil/e" und "%" in den folgenden Beispielen bedeutet "Gew.-Teil/e" bzw. "Gew.-%", falls nichts anderes angegeben ist.

Die in den Beispielen und Vergleichsbeispielen verwendeten Materialien sind unten zusammengefaßt.

SBR:	SBR1502, erhältlich von Sumitomo Chemical Co., Ltd.
BR:	BR150B, erhältlich von Ube Industries, Ltd.
IIR:	C1-IIR10 68, erhältlich von Exxon Chemical Japan Ltd. Naturkautschuk: RSS #3
Ruß (ISAF):	Diablack I, erhältlich von Mitsubishi Chemical Corporation
Ruß (FEF):	Diablack E, erhältlich von Mitsubishi Chemical Corporation
Ruß (GPF):	Diablack G, erhältlich von Mitsubishi Chemical Corporation
Ruß (HAF):	Diablack HA, erhältlich von Mitsubishi Chemical Corporation

Ruß (LM-HAF):	Diablack LH, erhältlich von Mitsubishi Chemical Corporation
Siliziumdioxid:	Ultrasil VN3, erhältlich von Degussa Hules Co.
Kupplungsmittel:	Si-69, erhältlich von Degussa Hules Co.
Sericite:	KM-S, erhältlich von Nippon Forum Co., Ltd.
Calciumcarbonat:	Hakuenka CC, erhältlich von SHIRAISHI KOGYO KAISHA LTD.
Aromatisches Öl:	Process X-140, erhältlich von Japan Energy Corporation
Mineralöl:	Diana Process PA32, erhältlich von Idemitsu Kosan Co., Ltd.
Pflanzliches Öl:	Purified palm oil J(S) [gereinigtes Palmöl J(S)], erhältlich von Nisshin Oil Mills, Ltd.
Wachs:	Ozoace 0355, erhältlich von Nippon Seiro Co., Ltd.
Antioxidans:	Antigen 6C, erhältlich von Sumitomo Chemical Co., Ltd.
Ausgehärtetes Harz:	Sumilite resin PR12686, erhältlich von Sumitomo Bakelite Co., Ltd.
Klebstoff (COST):	COST-F, erhältlich von Japan Energy Corporation
Klebstoff (5.620):	Sumicanol 620, erhältlich von Sumitomo Chemical Co., Ltd.
Stearinsäure:	Stearic acid Tsubaki, erhältlich von NOF Corporation
Zinkoxid:	Zinkoxide, erhältlich von Mitsui Mining and Smelting Co., Ltd.
Schwefel:	Pulverförmiger Schwefel, erhältlich von Tsurumi Chemicals Co., Ltd.
Vulkanisationsbeschleuniger:	Nocceler NS, erhältlich von Ohuchi Shinko Kagaku Kogyo Co., Ltd.

BEISPIEL 1
Das Kneten wurde mit den in Tabelle 1 aufgelisteten Verbindungen durchgeführt, und Lauffläche A (40% des Reifengewichtes), Seitenwand A (17% des Reifengewichtes), Innenseele A (8% des Reifengewichtes), Wulstferse A (3% des Reifengewichtes), Wulst A (5% des Reifengewichtes), Karkassenoberteil A (8% des Reifengewichtes) und Karkassenlagenoberteil A (3% des Reifengewichtes) wurden geformt. Stahlkord (8% des Reifengewichtes) wurde für die Karkasse verwendet und Kord (5 des Reifengewichtes), hergestellt aus Reyon 1840 dtex/2 wurde für die Karkassenlage verwendet.
Ein nicht-vulkanisierter Reifen wurde durch Zusammenbau der oben genannten Komponenten und anderer Teile (3% des Reifengewichtes) auf einer Reifenformmaschine in einer üblichen Weise präpariert, und der nicht-vulkanisierte Reifen wurde in einer Vulkanisiervorrichtung erhitzt und gepreßt, um einen Reifen mit einer Größe von 195/65R15 91S zu erhalten.
VERGLEICHSBEISPIEL 1
Das Kneten wurde entsprechend den in Tabelle 1 aufgelisteten Verbindungen durchgeführt, und Lauffläche B, Seitenwand B, Innenseele B, Wulstferse B, Wulst B, Zwischenlage B und Karkassenlage B wurden geformt. Unter Verwendung dieser Teile wurde ein konventioneller Reifen in derselben Weise wie in Beispiel 1 präpariert, mit der Ausnahme, daß ein Kord hergestellt aus Polyester 1670 dtex/2 für die Karkassenlage verwendet wurde.
Die in Beispiel und Vergleichsbeispiel hergestellten Reifen wurden den folgenden Untersuchungen auf Dauerlauftest und Leistungsfähigkeit unterzogen.
1) Lebensdauer bei Hochgeschwindigkeit
Die Untersuchung auf Lebensfähigkeit bei Hochgeschwindigkeit wurde entsprechend der JIS D4230 "Reifen für Kraftfahrzeuge", Bereich S Hochgeschwindigkeits-Dauerlauftest A, durchgeführt.
2) Abrollwiderstand-Koeffizient (RRC)
Der Abrollwiderstand wurde unter Bedingung einer Geschwindigkeit von 80 km/h, einem Luftdruck von 250 kPa und einer Belastung von 4,0 kN gemessen. Der Abrollwiderstand-Koeffizient wurde durch Dividieren des Wertes des Abrollwiderstandes durch den Belastungswert und Multiplizieren des Ergebnisses mit 10⁴ erhalten. Je kleiner der Koeffizient ist, um so niedriger und ausgezeichneter ist das Merkmal des Wärmeaufbaus.
3) Bremstest
Der Reibungskoeffizient μ wurde aus dem Bremsstoppabstand bestimmt, welche durch Abstoppen des Automobils, auf welchem der hergestellte Reifen montiert war und das mit einer Geschwindigkeit von 100 km/h auf trockener Asphaltstraße und nasser Asphaltstraße abrollte, gemessen. Der Reibungskoeffizient μ wird als ein Index zu dem μ-Wert von Vergleichsbeispiel 1 mit 100 wiedergegeben.
4) Einstufungstest bei realem Automobil
Die Merkmale des Griffes, der Steifigkeit und des Fahrkomforts wurden unter Benutzung eines tatsächlichen Automobils mit einer Motorgröße von 2000 cm³ untersucht, auf welchem der präparierte Reifen montiert war und das auf trockener Asphaltstraße und nasser Asphaltstraße auf einer Teststrecke gefahren wurde. Die Ergebnisse sind in Werten, basierend auf dem Wert des Vergleichsbeispiels 1 mit 6 angegeben. Je höher der Wert ist, um so besser sind die Eigenschaften.
Nur gut ausgebildete Fahrzeuglenker können die Wertedifferenz von 0,5 Punkten feststellen.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt. Tabelle 2 zeigt, daß der Reifen von Beispiel 1 einen kleineren Abrollwiderstand, einen besseren Brennstoffverbrauch und ebenfalls ausgezeichnete Lebensdauer bei Hochgeschwindigkeit und anderen Eigenschaften hatte, verglichen mit dem konventionellen Reifen von Vergleichsbeispiel 1.
TABELLE 2
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Abrollwiderstand reduziert und der Brennstoffverbrauch verbessert werden, indem pflanzliches Öl anstelle von Petroleumöl verwendet wird. Darüber hinaus ist es möglich, zu den Anstrengungen der Lösung von Umweltproblemen wie globalem Erwärmen als Folge von CO₂-Emission durch Herabsetzung der Menge von zu verwendenden Petroleumölen beizutragen.

Claims

Kautschukzusammensetzung, umfassend: 5 bis 150 Gew.-Teile eines anorganischen Füllstoffes, 0 bis 30 Gew.-Teile eines Silankupplungsmittels, und 5 bis 100 Gew.-Teile eines pflanzlichen Öles, das eine Jodzahl von höchstens 130 hat, bezogen auf 100 Gew.-Teile eines Dienkautschuks, in welcher dieser anorganische Füllstoff aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Siliziumdioxid, Sericit, Calciumkarbonat, Ton, Aluminiumoxid, Aluminiumhydroxid, Magnesiumhydroxid, Magnesiumoxid und Titanoxid besteht, und in welcher dieses pflanzliche Öl wenigstens 75 Gew.-% des Gesamtöles ausmacht.
Kautschukzusammensetzung von Anspruch 1, in welcher ein Naturkautschuk als Dienkautschuk verwendet wird.