DE60203979T2

DE60203979T2 - Reifen enthaltend einen Blend aus einem Polybutadien-reichen Kautschuk und einer geringen Menge eines Styrol-reichen Styrol/Isopren Elastomers

Info

Publication number: DE60203979T2
Application number: DE60203979T
Authority: DE
Inventors: David John Uniontown Zanzig; Adel Farhan Bath Halasa; Chad Aaaron Copley Jasiunas
Original assignee: Goodyear Tire and Rubber Co
Current assignee: Goodyear Tire and Rubber Co
Priority date: 2001-10-31
Filing date: 2002-10-25
Publication date: 2006-01-19
Anticipated expiration: 2022-10-26
Also published as: US20030100660A1; US6812277B2; EP1308317B1; DE60203979D1; EP1308317A1; BR0204327A

Description

Gebiet der Erfindung
Pneumatik-Gummireifen mit zumindest einer Komponente oder einer Kautschukzusammensetzung, die einen größeren Anteil 1,4-Polybutadienelastomer (BR) mit relativ niedriger Tg (Einfriertemperatur) und hohem cis-Gehalt und einen kleineren Anteil eines styrolreichen Styrol-/Isoprenelastomers (SIR) mit relativ hoher Tg aufweist, wobei die Tg besagten BRs mindestens 60°C niedriger als die Tg besagten SIRs ist. Besagtes SIR hat einen Styrolgehalt von mindestens 30 Gewichtsprozent. Die styrolbasierten Einheiten besagten SIRs liegen im Wesentlichen ohne große Blöcke von Styroleinheiten vor. Besagtes BR ist ein hoch-cishaltiges 1,4-Polybutadien mit einem cis-1,4-Gehalt von mindestens 96 Prozent und hat vorzugsweise eine verzweigte Makrostruktur. In einem Aspekt ist besagte Reifenkomponente eine Reifenlauffläche, insbesondere eine umfangsgerichtete Reifenlauffläche.
Hintergrund der Erfindung
Pneumatik-Gummireifen werden oft mit einer Komponente aus einer Kautschukzusammensetzung hergestellt, die aus einem Gemisch von Elastomeren zusammengestellt ist.
Beispielsweise besteht eine Gummi-Laufflächenkomponente typischerweise aus einem Gemisch von Elastomeren, um wünschenswerte Reifenlaufflächeneigenschaften, wie beispielsweise Antrieb, Verringerung des Laufflächenabriebs und verringerten Rollwiderstand, zu fördern.
Historisch gesehen sind Reifenlaufflächen für Personenkraftwagen üblicherweise aus Kautschukgemischen aus einem Styrol-/Butadiencopolymer-Elastomer (SBR), das üblicherweise zur Förderung der Antriebsmerkmale der Reifenlauffläche verwendet wird, und cis-1,4-Polybutadienkautschuk, der normalerweise zur Förderung der Verringerung des Laufflächenverschleißes und der Verringerung des Rollwiderstandes für die Reifenlauffläche verwendet wird, zusammengesetzt.
Solche Kautschukgemische sind typischerweise SBR-reich, dadurch, dass das SBR konventionell als Haupt-Elastomerkomponente der Laufflächenkautschukzusammensetzung verwendet wird, da der Laufflächenantrieb auf der Straßenoberfläche üblicherweise ein signifikant wünschenswertes Merkmal für den Reifen ist und auch, weil das SBR in seinem unvulkanisierten Zustand relativ leicht zu verarbeiten ist. Im Gegensatz dazu stellt der cis-1,4-Polybutadienkautschuk konventionell eine geringere Komponente der Kautschukzusammensetzung dar, da er in seinem unvulkanisierten Zustand typischerweise eine relativ hohe Viskosität (hohe Mooney-Viskosität) hat und daher in der Kautschukverarbeitungsapparatur schwieriger zu verarbeiten ist.
Solche SBR-reichen Kautschukzusammensetzungen für Reifenlaufflächen können manchmal auch kleinere Mengen von einem oder mehr Elastomeren enthalten, zusätzlich zu besagter kleinerer Menge cis-1,4-Polybutadienkautschuk, wie beispielsweise cis-1,4-Polyisoprenkautschuk (insbesondere Naturkautschuk), Isopren-/Butadien-Copolymerkautschuk und/oder 3,4-Polyisoprenkautschuk, und eventuell Trans-1,4-Butadien.
Für einen Reifen ist es oft erwünscht, eine oder mehr der Eigenschaften Laufflächenverschleiß, Rutschfestigkeit und Rollwiderstand durch die Auswahl der Kautschukzusammensetzung einer Reifenlauffläche zu optimieren.
Wie den Fachleuten in dieser Technik bekannt ist, verringert jedoch eine Optimierung einer dieser Reifeneigenschaften durch Variieren der Kautschukzusammensetzung der Reifenlauffläche üblicherweise eine oder mehr der anderen zwei Eigenschaften.
Daher stellt es eine Herausforderung dar, eine Optimierung all der Eigenschaften Laufflächenabrieb, Naßrutschfestigkeit und Rollwiderstand durch die Kautschukzusammensetzung für die Reifenlauffläche zu erzielen.
Entsprechend könnte für Hochleistungsreifen eine Steigerung der Verschleißrate der Lauffläche akzeptabel sein, wo ein sehr guter Nass- und Trockenantrieb einer Reifenlauffläche erwünscht ist. Somit können Kautschukzusammensetzungen, die einen sehr guten Nass- und Trockenantrieb für eine Reifenlauffläche hervorheben sollen, jedoch oft einen relativ niedrigeren Abriebwiderstand, höheren Rollwiderstand und niedrigeren Schneeantrieb und höheren Versprödungspunkt aufweisen. Diese Rezepturen enthalten üblicherweise eine höhere Konzentration von SBR als eine Hauptkomponente von Kautschukzusammensetzungen für solche Reifenlaufflächen.
Ein antriebförderndes Elastomer, wie beispielsweise Styrol-/Butadien-Elastomer, das für Laufflächenkautschukzusammensetzungen verwendet werden könnte, kann typischerweise eine relativ hohe Tg über –50°C aufweisen, wie beispielsweise eine Tg innerhalb eines Bereichs von Null bis hinunter zu –50°C.
Polymere mit hoher Tg erhöhen jedoch typischerweise den Versprödungspunkt der Kautschukzusammensetzungen, und daher sind solche Kautschukzusammensetzungen empfänglicher für Rissbildung bei kalten Temperaturen. Beispielsweise können Kautschukzusammensetzungen für Laufflächen für Ganzjahresreifen wünschenswerterweise einen Versprödungspunkt unter –40°C haben.
Im Gegensatz zu solchem Styrol-/Butadienkautschuk mit hoher Tg könnte ein Elastomer, wie beispielsweise cis-1,4-Polybutadien, das in Kombination mit einem solchen Styrol-/Butadienkautschuk in einer Laufflächenkautschukzusammensetzung verwendet wird, um einen guten (relativ niedrigen) Laufflächenverschleiß zu fördern, eine viel niedrigere Tg haben, beispielsweise eine Tg unter –90°C.
In einer solchen Kautschukzusammensetzung wird der cis-1,4-Polybutadienkautschuk mit niedriger Tg üblicherweise zur Förderung des Laufflächenverschleißes für eine Reifenlauffläche verwendet. Obwohl die Menge an cis-1,4-Polybutadien üblicherweise auf eine relativ geringe Komponente der Elastomere für eine Reifenlauffläche (z.B. üblicherweise weniger als 35 Gewichtsprozent davon) begrenzt ist, da, wenn das cis-1,4-Polybutadienelastomer als eine größere Komponente (z.B. größer als 50 Gewichtsprozent) vorhanden ist, die resultierende Kautschukzusammensetzung typischerweise eine relativ hohe und im allgemeinen inakzeptable Misch- und Verarbeitungsviskosität (z.B. eine hohe Mooney-ML 1 + 4-Viskosität) ohne Vermischen eines Kautschukverarbeitungsöls mit dem cis-1,4-Polybutadien, um dessen Verarbeitungsviskosität zu verringern, aufweist. Zusätzlich führen Niveaus von cis-1,4-Polybutadien von mehr als 35 Gewichtsprozent in Laufflächen üblicherweise zu einem inakzeptablen Nassantrieb.
In einer solchen Kautschukzusammensetzung wird der Styrol-/Butadienkautschuk üblicherweise zur Förderung des Antriebs für eine Reifenlauffläche verwendet und ist typischerweise als eine größere Komponente der Elastomere vorhanden (z.B. größer als 50 Gewichtsprozent). Der Styrolgehalt des Styrol-/Butadienkautschuks in kommerziellen Reifenlaufflächen liegt konventionell in einem Bereich von 10 bis 20 Gewichtsprozent des Elastomers.
Styrol-/Butadienkautschuk und cis-1,4-Polybutadienkautschuk sind typischerweise kompatibel, und daher kann ein Graph von Tangens delta zur Temperatur für ein Gemisch solcher Elastomere nur eine einzige maximale Spitze aufweisen. Daher werden für Kautschukzusammensetzungen auf Basis solcher kompatibler Kautschukgemische physikalische Niedrigtemperatureigenschaften typischerweise für physikalische Hochtemperatureigenschaften der Kautschukzusammensetzung aufgegeben. Beispielsweise kann eine Reifenlaufflächeneigenschaft typischerweise einen Kompromiss mit einem Anstieg der Nassantriebseigenschaft eingehen, wenn ein solches kompatibles Kautschukgemisch für eine Reifenlaufflächen-Kautschukzusammensetzung verwendet wird. Weiterhin kann die Kaltversprödungspunkttemperatur der Reifenlaufflächen-Kautschukzusammensetzung typischerweise mit einem Anstieg des Nassantriebs angehoben werden, wenn ein kompatibles Gemisch solcher Elastomere für die Reifenlaufflächen-Kautschukzusammensetzung verwendet wird, um die Reifenlauffläche weniger gebrauchsgeeignet bei sehr niedrigen Betriebstemperaturen zu machen.
Für eine Beschreibung dieser Erfindung verweisen Begriffe wie etwa „verbundener Kautschuk", „Kautschukverbindung" und „Verbindung", falls hierin verwendet, auf Kautschukzusammensetzungen, die aus einem oder mehr Elastomeren, vermischt mit verschiedenen Inhaltsstoffen, einschließlich Vulkanisiermitteln wie etwa Schwefel und Aushärtebeschleunigungsmitteln, zusammengesetzt sind. Die Begriffe „Elastomer" und „Kautschuk" könnten hierin austauschbar verwendet sein. Es wird angenommen, dass all diese Begriffe den Fachleuten in dieser Technik wohlbekannt sind.
Ein Verweis auf die Einfriertemperatur oder Tg eines Elastomers oder einer Elastomerzusammensetzung, falls hierin darauf verwiesen wird, stellt die Einfriertemperatur(en) des jeweiligen Elastomers bzw. Elastomerzusammensetzung in seinem bzw. ihrem unvulkanisierten Zustand oder eventuell einem vulkanisierten Zustand im Fall einer Elastomerzusammensetzung dar. Eine Tg kann geeigneterweise mit einem Differentialscankalorimeter (DSC) bei einer Temperatursteigerungsrate von 10°C pro Minute bestimmt werden (ASTM 3418).
Ein Verweis auf den Versprödungspunkt einer Kautschukzusammensetzung bezieht sich auf einen Kalttemperatureigenschaftswert gemäß ASTM D746 für die Kautschukzusammensetzung und ist ein Maß einer Temperatur, wenn eine Kautschukzusammensetzung spröde wird, und daher ein Maßstab der Gebrauchseignung der Kautschukzusammensetzung bei sehr kalten Temperaturen.
Offenlegung und Praxis der Erfindung
In Übereinstimmung mit dieser Erfindung wird ein Pneumatik-Gummireifen verschafft, der eine Reifenlauffläche (umfangsgerichtete Gummilauffläche) aufweist, wobei besagte Lauffläche eine Kautschukzusammensetzung ist, die, basiert auf Gewichtsanteilen pro 100 Gewichtsanteile der Laufflächenkautschukelastomere (ThK), aufweist

(A) Elastomere, enthaltend
(1) 5 bis 45, alternativ 10 bis 40, ThK Styrol-/Isopren-Copolymer-Elastomer (SIR) mit einem Styrolgehalt in einem Bereich von 30 bis 55, alternativ 30 bis 50, Prozent, einer Einzel-Tg innerhalb eines Bereichs von 0°C bis –40°C, alternativ in einem Bereich von –5°C bis –30°C, und worin die Isoprenkomponente besagten SIRs eine Mikrostruktur hat, die einen maximalen 3,4-Polyisoprengehalt von 11 Prozent aufweist, und wobei die Styrolverteilung in besagtem SIR dadurch gekennzeichnet ist, dass
(a) der Mindestprozentsatz der Styroleinheiten, die in nicht mehr als fünf sequentiellen Styroleinheiten (St₅) vorliegen, etwa gleich der Summe von 125,6 minus 0,92 Mal der gewichtsbezogene Prozentsatz von Styroleinheiten in dem SIR ist, und
(b) der Höchstprozentsatz der Styroleinheiten, die in mehr als fünf sequentiellen Styroleinheiten vorliegen gleich 100 weniger der besagte Mindest-St₅-Einheiten-Prozentsatz ist, und
(2) 55 bis 95, alternativ 60 bis 90, ThK cis-1,4-Polybutadienkautschuk (BR) mit einem cis-1,4-Gehalt von zumindest 95 Prozent und einer Einzel-Tg innerhalb eines Bereichs von –100°C bis –107°C, wobei das Gewichtsverhältnis besagten BRs zu besagtem SIR zumindest 1,1:1 beträgt und alternativ innerhalb eines Bereichs von 60:40 bis 80:20 liegt, wobei die Tg besagten BRs zumindest 60°C, und vorzugsweise zumindest 85°C, niedriger als die Tg besagten SIRs liegt, und optionsweies zumindest 95°C niedriger als die Tg besagten SIRs liegt;
(B) 40 bis 110, alternativ 50 bis 90, ThK Verstärkungsfüllmittel, das zumindest einen der Stoffe Rußschwarz, Aggregaten ausgefällten Silikas, und silikahaltiges Rußschwarz, das Silikabereiche an seiner Oberfläche enthält, aufweist; und
(C) ein Koppelungsmittel, wenn besagtes Verstärkungsfüllmittel ausgefälltes Silika und/oder silikahaltiges Rußschwarz ist, mit einem Anteil, der reaktiv ist mit Hydroxylgruppen, die an der Oberfläche besagter Aggregate des ausgefällten Silikas enthalten sind, und Hydroxylgruppen, die an der Oberfläche der Silikabereiche von besagtem silikahaltigen Rußschwarz enthalten sind.

In der Praxis kann besagtes BR ein spezialisiertes BR, wie ein cis-1,4-Polybutadienelastomer mit einem cis-1,4-Gehalt in einem Bereich von 96 bis 98 Prozent sein, und hergestellt sein durch Polymerisieren von 1,3-Butadien in Gegenwart einer Organonickelverbindung wie eines Nickelsalzes einer Carboxylsäure, einer Organoaluminiumverbindung wie einer Trialkylaluminiumverbindung, Wasserstofffluorid und parastyroliertem Diphenylamin, wobei besagte Organoaluminiumverbindung und besagte fluorinhaltige Verbindung in Gegenwart besagten parastyrolierten Diphenylamins zusammengebracht werden. Ein solch spezialisiertes BR kann in seinem unvulkanisierten Zustand einen Mooney-(ML 1 + 4)-Viskositätswert bei 100°C in einem Bereich von 35 bis 45 und einen Kaltflusswert von weniger als 1,2 mg/Minute haben. Ein solches spezialisiertes BR kann hierin auch als ein verzweigtes BR bezeichnet werden, da es hierin als einen gewissen Grad an Verzweigung enthaltend betrachtet wird. Zum Zweck der Beschreibung dieser Erfindung soll der Begriff „BR" üblicherweise das spezialisierte BR, oder verzweigte BR umfassen, wenn nicht anderweitig angedeutet.
In der weiteren Praxis dieser Erfindung kann besagte Kautschukzusammensetzung auch zwischen Null und 20, alternativ 10 bis 20 ThK zumindest eines Elastomers, anders als besagte SIR- und BR-Elastomere, enthalten, gewählt aus Polymeren von Isopren und/oder 1,3-Butadien und Copolymeren von Styrol mit 1,3-Butadien und Copolymeren (Terpolymeren) von Styrol, 1,3-Butadien und Isopren.
Ein signifikanter Aspekt dieser Erfindung ist die Verwendung eines hoch-styrolhaltigen Styrol-/Isopren-Elastomers (SIR) in Kombination mit einem BR, und insbesondere besagtes spezialisiertes BR enthaltend, worin das BR in der Mehrheit ist und daher als die kontinuierliche Phase darstellend betrachtet wird, insofern die besagten SIR- und besagten BR-Elastomere betroffen sind, als auch eine Anforderung, dass besagte Elastomere individuell Einzel-Tgs innerhalb der vorgeschriebenen Temperaturbereiche haben und die Tg besagten BRs zumindest 60°C, vorzugsweise zumindest 85°C, niedriger als die Tg besagten SIRs ist.
Für eine detailliertere Herstellung besagten spezialisierten BRs, das hierin als verzweigtes und leichter zu verarbeitendes BR betrachtet wird, siehe US-A-5.451.646.
Im allgemeinen kann besagtes spezialisiertes BR dadurch gekennzeichnet sein, dass es einen cis-1,4-Gehalt von zumindest 96 Prozent, eine Tg in einem Bereich von 100°C bis 107°C, einen Mooney-(ML 1 + 4)-Viskositätswert bei 100°C in einem Bereich von 30 bis 40 und vorzugsweise einen Schmelzpunkt (ASTM D3418) in einem Bereich von –4°C bis –6°C aufweist.
Das hoch-styrolhaltige Styrol-/Isoprenelastomer, das eine im Wesentlichen zufällige Styrolverteilung aufweist (SIR) kann beispielsweise durch die in Beispiel 1 hierin beschriebene Prozedur hergestellt werden.
Es ist zu würdigen, dass besagtes SIR-Elastomer seine von Styrol abgeleiteten Einheiten in einer im Wesentlichen zufälligen Verteilung in besagtem Copolymer enthält, wie durch die vorgenannte Styrolverteilungskennzeichnung dargestellt, worin ein größerer Teil der Styroleinheiten in einer Abfolge von 5 oder weniger sequentieller Einheiten vorliegen und nur ein kleinerer Teil in größeren als 5 sequentiellen Einheiten vorliegen.
Die Differenz der räumlich definierten Tgs der SIR- und BR-Elastomere von zumindest 60°C, vorzugsweise zumindest 85°C, wird auch als ein wichtiger Aspekt der Erfindung betrachtet, um eine gute Ausgewogenheit von sowohl relativ guter Abriebfestigkeit, die den Reifenlaufflächenverschleiß für eine Reifenlauffläche aus einer solchen Kautschukzusammensetzung angibt, und einer relativ hohen Hysterese bei niedrigen Temperaturen in einem Bereich von –20°C bis +10°C (oder sogar bis zu +20°C) als ein Anzeichen für guten Nassantrieb einer Reifenlauffläche aus einer solchen Kautschukzusammensetzung zu verschaffen.
Auf diese Weise wird hierin erwogen, dass das BR-Elastomer mit relativ niedriger Tg relativ unmischbar mit dem SIR-Elastomer mit höherer Tg ist, sodass solche Elastomere zwei Phasen haben. Durch Verwendung von BR als größerem Anteil wird die BR-Phase hierin als die kontinuierliche Phase betrachtet und die SIR als eine diskontinuierliche Phase aufweisend, insofern besagte zwei Elastomere betroffen sind.
In der Praxis der Erfindung ist es wichtig, dass das BR, und insbesondere der spezialisierte cis-1,4-Polybutadienkautschuk mit verbesserter Verarbeitung (auf den hier manchmal als ein spezialisiertes BR verwiesen wird) in der Mehrheit verwendet wird und daher die kontinuierliche Phase des Gemischs der relativ unmischbaren BR- und SIR-Elastomere ist. Die Verwendung des spezialisierten BR mit verbesserter Verarbeitung wird hierin als bei der Verarbeitung der Kautschukzusammensetzung, die das spezialisierte BR enthält, helfend angesehen. Indem das BR als die kontinuierliche Phase vorliegt, wird hierin angenommen, dass die Senkung des Reifenlaufflächenverschleißes und des Versprödungspunktes der Kautschukzusammensetzung optimiert werden. Das heißt, Laufflächenverschleiß und Versprödungspunkt werden von der kontinuierliche Phase kontrolliert und dominiert, die, für diese Erfindung, das BR ist, das hierin als das wünschenswerte Elastomer in Hinblick auf Reifenlaufflächenverschleiß und Versprödungspunkt der Kautschukzusammensetzung betrachtet wird.
In der Praxis wird das relativ hoch-styrolhaltige Styrol-/Isopren-Copolymerelastomer (SIR), während es im Vergleich zu dem BR-Elastomer in einer Minderheit verwendet wird, hierin als wichtig zur Förderung von Reifenlaufflächenantrieb, Hysterese oder Reibungskoeffi zient der Kautschukzusammensetzung erachtet. Hierin ist erwünscht, dass der relativ hohe Styrolgehalt des SIR-Elastomers zumindest 30 Prozent sei, um die Förderung der Reifenlaufflächenantriebsverbesserung zu unterstützen. Indem das SIR als die kleinere, dispergierte Phase verwendet wird, wird hierin erwogen, dass die Hysterese- und Nassantriebseigenschaften der Kautschukzusammensetzung verbessert werden können, ohne die Laufflächenverschleiß- und Versprödungspunkteigenschaften negativ zu beeinflussen.
Die Verwendung des spezialisierten hoch-cis-haltigen 1,4-Polybutadienkautschuks (BR) wird hierin als wichtig zur Förderung einer guten Ausgewogenheit von Abriebfestigkeit und Hysterese der Kautschukzusammensetzung und zur Unterstützung bei der Verarbeitbarkeit der Kautschukzusammensetzung erachtet, und weiterhin gestattet sie eine Verwendung einer größeren Menge eines Polybutadienkautschuks in der Kautschukzusammensetzung.
Die Verwendung einer kleineren Menge von cis-1,4-Polyisopren, vorzugsweise Naturkautschuk, in der Kautschukzusammensetzung wird hierin als normalerweise nützlich für die Verbesserung der Verarbeitbarkeit der unvulkanisierten Kautschukzusammensetzung mit einer Mindestmenge an Verarbeitungsöl und Verarbeitungszusätzen, die hierin als die Abriebfestigkeit negativ verlagernd angesehen werden, erachtet.
Der Zusatz einer kleinen, geringeren Menge von cis-1,4-Polyisopren-Naturkautschuk wird hierin auch als wichtig betrachtet, um zur Verschleißfestigkeitseigenschaft für die Laufflächenkautschukzusammensetzung beizutragen.
Die Verwendung von kautschukverstärkendem Rußschwarz bzw. Rußschwarzarten und Silikaverstärkungsfüllmitteln für diese Erfindung wird hierin als wichtig betrachtet, um eine gute Abriebfestigkeit oder Reibungskoeffizienten und auch eine verbesserte oder relativ hohe Hysterese für einen relativ guten Antrieb für eine Reifenlauffläche zu verschaffen.
Repräsentativ für solche kautschukverstärkenden Rußschwarzarten sind beispielsweise N131, N205 und N299. Beispiele verstärkender Rußschwarzarten für Elastomere, im allgemeinen zusammen mit ihren Iodzahlwerten und DBP(Dibutylphthalat)-Absorptionswerten finden sich in The Vanderbilt Rubber Handbook (Vanderbilt-Gummihandbuch), (1990), 13. Auflage, Seiten 416 bis 419.
Wie hier vorangehend erläutert, wird die Verwendung der Kombination des vorgenannten SIR- und BR-Elastomergemischs hierin als wichtig angesehen, um für die Reifenlauffläche sowohl die Abriebfestigkeit (zur Verbesserung des Laufflächenverschleißes) als auch die Hysterese (zur Verbesserung des Antriebs) zu optimieren.
In der Tat wird hierin erwogen, dass die Nutzung der selektierten und kombinierten Elastomere zur Verschaffung eines unvermischbaren Elastomergemischs, wie durch eine schwefelvulkanisierte Elastomerzusammensetzung definiert, die die zwei tan-delta-Spitzen (in einem Graph von tan-delta-Werten zu Temperatur) hat, signifikant ist, für neu und für ein Abweichen von der Verwendung typischer Gemische von Elastomeren mit einer vulkanisierten Elastomerzusammensetzung mit einer tan-delta-Spitze innerhalb eines Temperaturbereichs von –90°C bis 10°C gehalten wird, unter Nutzung der definierten Elastomere, die Tgs aufweisen, welche zumindest um 60°C auseinander liegen.
Wie hierin vorangehend erläutert, wird in der weiteren Praxis dieser Erfindung, während die vorgenannte synthetische Elastomer-Basiszusammensetzung aufrechterhalten wird, hierin vorgesehen, dass die Laufflächenkautschukzusammensetzung eine sehr geringe Menge von 5 bis 15, oder vielleicht bis zu 20, ThK zumindest einen zusätzlichen dienbasierten synthetischen Elastomers enthalten kann.
Solche zusätzlichen synthetischen dienbasierten Elastomere können beispielsweise cis-1,4-Polyisopren, hoch-vinylhaltiges Polybutadien mit einem Vinylgehalt von 30 bis etwa 90 Prozent, und 3,4-Polyisopren sein.
In der Praxis wird bevorzugt, dass die in der Laufflächenzusammensetzung verwendeten Elastomere (einschließlich sowohl der anderen als auch der zusätzlichen Elastomere), ausschließlich der Polymere und Copolymere von Isobutylen, einschließlich Halogenmodifikationen davon, sind.
Wie hierin vorangehend erläutert, basiert die Erfindung auf einer neuen Kombination von Elastomeren, nämlich besagtem SIR und besagtem BR. Dieser Aspekt der Erfindung wird als besonders wichtig für die Erzeugung einer Reifenlaufflächenkautschukzusammensetzung mit guten Abriebeigenschaften betrachtet, die auch mit guten Antriebs- oder Reibungskoeffizient- oder Hystereseeigenschaften gekoppelt sind. Dieser Aspekt der Erfindung ist insbesondere auf ihre enger definierten Aspekte gerichtet, der in seiner engeren Form wiederholt wird.
Während es erwogen wird, dass ein Reifenlaufflächenkautschuk konventionell mit einem partikelförmigen Rußschwarz-Verstärkungsfüllmittel verstärkt wird, wird anerkannt, dass für manche Reifenanwendungen auch Aggregate ausgefällter Silikaverstärkung erwünscht sein können. In diesem Fall könnten 5 bis 25 ThK oder alternativ 25 bis 80 oder 30 bis 80 ThK ausgefällten Silikas verwendet werden, wobei die Gesamtmenge von Kohlenstoff und ausgefälltem Silika in einem Bereich von 40 bis 110 liegt.
Die üblicherweise eingesetzten siliziumhaltigen Pigmente, die in Kautschukverbindungsanwendungen verwendet werden, sind normalerweise Aggregate ausgefällter siliziumhaltiger Pigmente (worauf hierin als Silika verwiesen wird).
Die verwendeten siliziumhaltigen Pigmente können ausgefällte Silikas sein, wie beispielsweise die durch die Säuerung eines löslichen Silikats, beispielsweise Natriumsilikat, erhaltenen.
Das BET-Oberflächengebiet des Silika, wie unter Verwendung von Stickstoffgas gemessen, kann beispielsweise in einem Bereich von 50 bis 300, alternativ 120 bis 200, Quadratmetern pro Gramm liegen. Ein BET-Verfahren zur Messung des Oberflächengebiets ist in The Journal of the American Chemical Society (Journal der Amerikanischen Chem. Gesellschaft), Band 60, Seite 304 (1930) beschrieben.
Das Silika kann auch einen Dibutylphthalat(DBP)-Absorptionswert in einem Bereich von 100 bis 400 und üblicherweise 150 bis 300 cm³/100 g haben.
Zur Verwendung in dieser Erfindung können verschiedene kommerziell erhältliche Silikas erwogen werden, wie etwa, nur als Beispiel und ohne Einschränkung angeführt, kommerziell von PPG Industries unter der Bezeichnung Hi Sil mit den Bezeichnungen 210, 243 usw. erhältliche Silikas; von Rhodia erhältliche Silikas mit den Bezeichnungen Zeosil 1165MP, Zeosil 165GR und von der Degussa AG erhältliche Silikas mit Bezeichnungen wie etwa VN2, VN3, Ultrasil 3370 und Ultrasil 7005, und Silikas von J. M. Huber wie Zeopol 8745, Zeopol 8755 und Zeopol 8715.
Silikahaltige Rußschwarzarten, die Silikabereiche an ihrer Oberfläche enthalten, können beispielsweise durch Co-Verdampfen von Rußschwarz und Silika hergestellt werden.
Wird Silikaverstärkung für eine Gummireifenlauffläche verwendet, so wird das Silika konventionell mit einem Koppelungsmittel, was auch manchmal als Verstärkungsmittel bezeichnet wird, verwendet.
Oft werden Verbindungen verwendet mit einem Anteil, der in der Lage ist, mit beiden auf der Silikaoberfläche enthaltenen Hydroxylgruppen (z.B. Silanolgruppen) zu reagieren, und einem anderen Anteil, der mit dem dienbasierten Kautschukelastomermolekül so in Wechselwirkung tritt, was verursacht, dass das Silika einen Verstärkungseffekt auf den Kautschuk ausübt, wobei viele dieser Verbindungen den Fachleuten in dieser Technik im allgemeinen als Koppelungsmittel oder Koppler bekannt sind. Solche Koppelungsmittel können beispielsweise mit den Silikapartikeln vorgemischt oder vorreagiert werden oder der Kautschukmischung während der Kautschuk-/Silika-Verarbeitungs- oder Mischstufe zugesetzt werden. Werden Koppelungsmittel und Silika der Kautschukmischung getrennt während der Kautschuk-/Silikamisch- oder Verarbeitungsstufe zugesetzt, so wird angenommen, dass das Koppelungsmittel sich dann in situ mit dem Silika verbindet.
Insbesondere können solche Koppelungsmittel beispielsweise aus einem Silan zusammengesetzt sein, das einen Bestandteil oder Anteil (den Silanteil) aufweist, der in der Lage ist, mit den an der Silikaoberfläche enthaltenen Hydroxylgruppen zu reagieren, und auch einen Bestandteil, oder Anteil aufweist, der in der Lage ist, mit dem dienbasierten Kautschuk, insbesondere einem schwefelvulkanisierbaren Kautschuk, der Kohlenstoff-zu-Kohlenstoff-Doppelbindungen, oder Ungesättigtheit, enthält, in Wechselwirkung zu treten. Auf diese Weise wirkt das Koppelungsmittel dann als eine Verbindungsbrücke zwischen dem Silika und dem Kautschuk und verbessert somit den Kautschukverstärkungsaspekt des Silika.
In einem Aspekt bildet das Silan des Koppelungsmittels offensichtlich eine Bindung zur Silikaoberfläche, möglicherweise durch Hydrolyse, und die kautschukreaktive Komponente des Koppelungsmittels verbindet sich mit dem Kautschuk selbst.
Zur Verwendung beim Kombinieren von Silika und Kautschuk werden zahlreiche Koppelungsmittel gelehrt, wie beispielsweise Silankoppelungsmittel, die eine Polysulfidkomponente oder -struktur, wie etwa bis-(3-trialkoxysilylalkyl)polysulfid, wie beispielsweise bis-(3-triethoxysilylpropyl)polysulfid, enthalten, das einen Durchschnitt von entweder 2 bis 2,6 oder 3,5 bis 5 verbindenden Schwefelatomen in seiner Polysulfidbrücke enthält, vorzugsweise einen Durchschnitt von 2 bis 2,6.
Von den Fachleuten in der Technik wird leicht verstanden, dass die Kautschukzusammensetzungen der Lauffläche mit konventionellen Verbindungsinhaltsstoffen hergestellt würden, einschließlich der vorgenannten Verstärkungsfüllmittel wie etwa Rußschwarz, wie hierin vorangehend definiert, eventuell eines Zusatzes einer kleineren Menge ausgefällten Silikas, üblicherweise in Kombination mit einem Silika-Koppelungsmittel, als auch Anti-Abbaumittel(n), Verarbeitungsöls, wie hierin vorangehend definiert, Stearinsäure oder eines Zinkstearats, Zinkoxids, schwefelbeitragenden Materials bzw. Materialien, und Vulkanisationsbeschleuniger(n), wie hierin vorangehend beschrieben.
Eine solche Kautschukherstellung ist den Fachleuten in dieser Art wohlbekannt. Anti-Abbaumittel gehören typischerweise dem Amin- oder Phenoltyp an. Während Stearinsäure typischerweise als Kautschukverbindungsinhaltsstoff angeführt wird, kann hervorgehoben werden, dass der Inhaltsstoff selbst üblicherweise als eine Mischung organischer Säuren erhalten und verwendet wird, die in erster Linie aus Stearinsäure mit zumindest einem der Stoffe Ölsäure, Linolensäure und Palmito-Oleinsäure und/oder Palmitinsäure bestehen, die normalerweise in der Stearinsäure, wie sie typischerweise verwendet wird, enthalten sind. Die Mischung kann geringe Mengen (weniger als etwa sechs Gewichtsprozent) Myristinsäure, Arachidsäure und/oder Arachidonsäure enthalten. Auf solches Material oder Gemisch wird in der Kautschukverbindungstechnik konventionell als Stearinsäure verwiesen.
Wo normale oder typische Kautschukzusammensetzungsmengen oder Bereiche von Mengen solcher Zusätze verwendet werden, werden sie anderweitig nicht als Teil der Erfindung betrachtet. Beispielsweise können einige der Inhaltsstoffe in einem Aspekt als Verarbeitungshilfen eingestuft sein. Solche Verarbeitungshilfen können beispielsweise Wachse sein, wie etwa mikrokristalline und paraffinische Wachse, die typischerweise in einem Bereich von 1 bis 5 ThK und oft in einem Bereich von 1 bis 3 ThK verwendet werden; und Harze, üblicherweise als Klebrigmacher, wie beispielsweise synthetischer Kohlenwasserstoff und natürliche Harze, die typischerweise in einem Bereich von 1 bis 5 ThK und oft in einem Bereich von 1 bis 3 ThK verwendet werden. Ein Vulkanisiermittel könnte als eine Kombination von Schwefel und Schwefel-Aushärtebeschleuniger(n) für die Kautschukverbindung (worauf normalerweise als Beschleuniger verwiesen wird) oder ein Schwefeldonor/beschleuniger eingestuft werden. In einem Schwefel- und Beschleunigeraushartemittel liegt die Menge verwendeten Schwefels in einem Bereich von 0,5 bis 5 ThK und üblicherweise in einem Bereich von 0,5 bis 3 ThK; und das bzw. die Beschleunigungsmittel, oft vom Sulfenamidtyp, wird bzw. werden in einem Bereich von 0,5 bis 3 ThK und oft in einem Bereich von 1 bis 2 ThK verwendet. Das bevorzugte Aushärtesystem von Schwefel und Beschleunigungsmitteln ist jedoch bereits hierin vorangehend definiert worden.
Die Inhaltsstoffe, einschließlich der Elastomere, jedoch ausschließlich des Schwefels und der Beschleunigungsaushärtemittel, werden normalerweise zuerst in einer Serie von zumindest zwei aufeinanderfolgenden Mischstufen zusammengemischt, obwohl manchmal eine Mischstufe verwendet werden könnte, bis auf eine Temperatur in einem Bereich von 145°C bis 180°C, und solche Mischstufen wird typischerweise als nicht-produktive Mischstufen bezeichnet. Danach werden der Schwefel und die Beschleunigungsmittel, und möglicherweise ein oder mehr Verzögerungsmittel und ein oder mehr Anti-Abbaumittel, damit bis auf eine Temperatur von 90°C bis 120°C vermischt und wird dies typischerweise als eine produktive Mischstufe bezeichnet. Solche Mischprozedur ist den Fachleuten in dieser Technik wohlbekannt.
Nach dem Mischen kann der verbundene Kautschuk beispielsweise durch Extrusion durch eine geeignete Düse verarbeitet werden, um eine Reifenlauffläche zu bilden. Die Reifenlauffläche wird dann typischerweise auf eine schwefelvulkanisierbare Reifenkarkasse gebaut, und die Gesamtheit davon wird in einer geeigneten Form unter erhöhten Druck- und Temperaturbedingungen mittels den Fachleuten in dieser Art wohlbekannten Verfahren vulkanisiert. In solchem Fall des Runderneuerns eines Reifens könnte die Reifenlauffläche zuerst vorvulkanisiert werden und dann mit einem vulkanisierbaren Klebemittelstreifen zwischen der Lauffläche und der Karkasse auf der bereits vulkanisierten Reifenkarkasse angebracht werden und könnte die Gesamtheit dann Vulkanisierbedingungen unterzogen werden, um den vorgenannten Klebemittelstreifen zu vulkanisieren.
Die Erfindung kann besser verstanden werden unter Verweis auf das folgende Beispiel, worin die Anteile und Prozentsätze gewichtsbezogen sind, wenn nicht anders angedeutet.
BEISPIEL I – Synthese von SIR
Ein styrolreicher Styrol-/Isoprenkautschuk (hoch-styrolhaltiges SIR) wurde durch Polymerisation von Styrol- und Isoprenmonomeren in Gegenwart eines aus Natriumdodecylbenzolsulfonat (SDBS) und n-Butyllithium (BuLi) zusammengesetzten Katalysators in einem Hexanlösungsmittel gemäß der folgenden Prozedur hergestellt (synthetisiert).
Ein geeigneter Glassreaktor mit einer mechanischen Rührvorrichtung und Temperatursteuerung mittels Kühlwasser und Niederdruckdampf wurde mit 900 Gramm einer Lösung beschickt, die sich aus 180 Gramm Styrol und 720 Gramm Hexallösungsmittel zusammensetzte, und 1100 Gramm einer Lösung, die sich aus 220 Gramm Isopren und 880 Gramm Hexanlösungsmittel zusammensetzte. Die Mischung innerhalb des Reaktors wurde auf eine Temperatur von etwa 65°C erhitzt. Während des Rührens wurden 2,67 mmol BuLi und 2 mmol SDBS (Katalysatorkomponenten – ein Molverhältnis von SDBS zu BuLi von 0,75/1) in den Reaktor gegeben, um die Polymerisation der Monomere in Gang zu setzen. Über den Verlauf der Reaktion wurden Proben genommen, um die Monomerumwandlung in Funktion der Zeit zu bestimmen. Die Polymerisation wurde mit denaturiertem Ethylalkohol gestoppt und dem resultierenden Polymer wurde ein Antioxidans zugesetzt. Das Polymer wurde dann mehrere Tage in einem Ofen (etwa 65°C) getrocknet, um das Lösungsmittel durch Verdampfung zu entfernen, um ein hoch-styrolhaltiges SIR zu ergeben, das etwa 45 Gewichtsprozent gebundenes Styrol enthielt.
Entsprechend wird hierin erwogen, dass besagtes SIR durch Polymerisieren von Styrol- und Isoprenmonomeren in einem organischen Lösungsmittel (beispielsweise Hexan) in Gegenwart eines anionischen Polymerisationskatalysators, wie etwa einer Organolithiumverbindung (beispielsweise n-Butyllithium) und eines Natriumalkoxids oder Natriumsulfonats, hergestellt werden kann.
BEISPIEL II – Synthetisierte SIRs
Unter Verwendung der Prozedur von Beispiel I wurde eine Serie hoch-styrolhaltiger SIR-Polymere synthetisiert. Während die Reaktionsbedingungen (Temperatur, Zeit usw.) konstant gehalten wurden, wurde der Styrolgehalt von 30 bis 60 Prozent des Polymers (Elastomer) variiert. Somit wurde eine Serie von Elastomeren hergestellt, die einen Bereich von Einfriertemperaturen (Tgs) zur Bewertung aufwiesen.
Die folgende Tabelle 1 illustriert verschiedene Eigenschaften der Elastomere. Auf die Elastomerproben wird als Proben A bis E verwiesen, wobei Probe A die gemäß Beispiel I hergestellte Probe darstellt.
Tabelle 1
Alle Polymercharakterisationen wurden unter Verwendung der Standardverfahren ausgeführt. In Tabelle 1 wurde die Tg durch Differentialscankalorimetrie(DSC)-Techniken ermittelt. Der Begriff „%3,4" bezieht sich auf die Mikrostruktur des SIR in Begriffen von Prozenten 3,4-Struktur des Isoprenanteils des SIR. Der Begriff „%1,4" bezieht sich auf die Mikrostruktur des SIR in Begriffen von Prozent von 1,4-Struktur auf dem Isoprenanteil des SIR. Diese wurden durch kernmagnetische Resonanz(NMR)-Techniken ermittelt. Der Begriff „Mn" bezieht sich auf das zahlendurchschnittliche Molekulargewicht des SIR. Der Begriff „PDI" bezieht sich auf den Polydispersitätsindex, der ein Maß des gewichtsdurchschnittlichen Molekulargewichts geteilt durch das zahlendurchschnittliche Molekulargewicht ist und die Linearität des resultierenden Polymers angibt. Der Begriff „Mooney" bezieht sich auf die Mooney(ML 1 + 4)-Viskosität des Elastomers, genommen bei 100°C.
Aus Tabelle 1 ist ersichtlich, dass die Einfriertemperatur (Tg) des Polymers durch die Styrolmenge in dem Copolymer gesteuert wird. Auch wenn die Menge von 3,4-Polyisopren weniger als 11 Prozent beträgt, ist es nicht abhängig von der Copolymerzusammensetzung.
Dies wird hierin als signifikant erachtet, da es zeigt, dass das Styrol zufallsverteilt in die Polymerkette eingebaut wird. Auch stellt das 3,4-Polyisopren nur einen kleinen Bruchteil des gesamten Isoprens dar, daher sollte das resultierende Polymer überlegene Eigenschaften aufweisen.
BEISPIEL III – SIR-Styrolsequenzen
Die Styrolsequenzverteilung von in den Proben A bis I enthaltenen Styroleinheiten wurden durch Ozonolysetechniken ermittelt. Tabelle 2 gibt die Styrolsequenzen wieder.
Tabelle 2 – Styrolverteilungen Probenidentifikation
Aus Tabelle 2 ist ersichtlich, dass für SIR mit unter 35 Prozent Styrol ein zufallsverteiltes Copolymer, sofern die Styroleinheiten betroffen sind, produziert wird. Sogar Polymere, die bis zu 60 Prozent Styrol enthalten, sind nahezu zufallsverteilt.
Dies wird hierin als signifikant erachtet, da nicht bekannt ist, dass Styrol-/Isoprencopolymere mit zufallsverteiltem hohem Styrolgehalt und niedrigem 3,4-Isoprengehalt in der Literatur berichtet sind.
Außerdem ist ersichtlich, dass aus den in Tabelle 2 wiedergegebenen Styrolsequenzen das folgende in der nachfolgenden Tabelle 3 zusammengefasst werden kann.
Tabelle 3 – Styrolverteilungen Probenidentifikation
Aus Tabelle 3 ist ersichtlich, dass für Polymere, die bis zu 60 Prozent Styrol enthalten, der Großteil der Styroleinheiten als fünf Styroleinheiten oder weniger vorliegt. Nur sehr geringe Mengen von Styroleinheiten liegen als 10 Styroleinheiten oder mehr, falls vorhanden, vor.
Dies wird hierin als signifikant erachtet, da solche im Wesentlichen zufallsverteilten hoch-styrolhaltigen Styrol-/Isopren-Copolymere, die durch ein neues Katalysatorsystem für eine solche Copolymerisation erzeugt werden, hierin als neu und signifikant erfinderisch betrachtet werden.
Aus Tabelle 3 wird hierin erwogen, dass vernünftigerweise geschlussfolgert werden könnte, dass das SIR (Styrol-/Isopren-Elastomer) für diese Erfindung mit einem hohen Styrolgehalt in einem Bereich von 30 bis 55 Gewichtsprozent, wobei der Mindestprozentsatz der in nicht mehr als fünf sequentiellen Styroleinheiten (St₅) vorliegenden Styroleinheiten etwa gleich der Summe von 125,6 minus 0,92 Mal der Gewichtsprozentsatz von Styroleinheiten in dem SIR ist.
Entsprechend ist der Höchstprozentsatz von in solchem SIR in mehr als 5 sequentiellen Einheiten vorliegenden Styroleinheiten gleich 100 weniger als besagter Mindest-St₅-Einheiten-Prozentsatz.
BEISPIEL IV
Es wurden Mischungen von Dienkautschukzusammensetzungen hergestellt und hierin als Proben 1, 2 und 3 bezeichnet, wobei Probe 1 eine Kontrollprobe ist.
Kontrollprobe 1 verwendete ein Gemisch von Styrol-/Butadienkautschuk (SBR), cis-1,4-Polyisopren-Naturkautschuk und 3,4-Polyisoprenkautschuk.
Probe 2 verwendete ein Gemisch hoch-styrolhaltigen Styrol-/Isoprenkautschuks (hoch-styrolhaltiges SIR, nämlich Probe A von Beispiel II) und spezialisierten BRs, nämlich einen verzweigten cis-1,4-Polybutadienkautschuk (in diesem Beispiel als „verzweigtes BR" bezeichnet).
Probe 3 verwendet ein Gemisch von Styrol-/Butadienkautschuk (SBR) und verzweigtem BR.
Es wurden konventionelle, bevorzugte Mengen von Anti-Abbaumittel(n) (vom Paraphenylendiamintyp), klebrigmachendem Harz, Fettsäure, Zinkoxid, Kautschukverarbeitungsöl und Peptisiermittel verwendet.
Die Kautschukgemische sind in der nachfolgenden Tabelle 4 beispielhaft dargestellt.
Tabelle 4
Die hergestellten Kautschukzusammensetzungen (Proben) wurden auf einer Temperatur von etwa 160°C etwa 14 Minuten lang vulkanisiert, und die verschiedenen physikalischen Eigenschaften (hierin werden aufgerundete Zahlen wiedergegeben) waren wie in der nachfolgenden Tabelle 5.
Tabelle 5
Aus Tabelle 5 ist ersichtlich, dass Probe 2 (Gemisch aus SIR/verzweigtem BR) im Vergleich zu Probe 3 (Gemisch aus SBR/verzweigtem BR) und der Kontrollprobe 1 ausgezeichnete Modul-, Zugkraft- und Verlängerung bei Bruch-Eigenschaften und überlegene Härtewerte aufwies. Dies wird hierin als signifikant für die Reifenhaltbarkeit und die Reifenhandhabung für einen Reifen mit einer Lauffläche aus einer solchen Kautschukzusammensetzung erachtet.
Aus Tabelle 5 ist auch ersichtlich, dass Probe 2 (Gemisch aus SIR/verzweigtem BR) überlegene Hystereseeigenschaften wie etwa Rückprall- und tan-delta-Werte aufweist.
Aus Tabelle 5 ist ersichtlich, dass Probe 2 den niedrigsten Rückprallwert bei 23°C und den höchsten tan-delta-Wert bei 0°C aufweist. Dies deutet einen überlegenen Nassantrieb für einen Reifen mit einer Lauffläche aus einer solchen Kautschukzusammensetzung an.
Es ist auch ersichtlich, dass Probe 2 eine ausgezeichnete Abriebfestigkeit (Laufflächenverschleiß) und einen niedrigen Versprödungspunkt hat. Der Aspekt des niedrigen Versprödungspunkts war ein unerwartetes Ergebnis. Dies ist vielleicht deswegen, weil das SIR-Elastomer im Vergleich zu dem verzweigten BR als eine geringere Komponente in der Kautschukzusammensetzung gehalten wird, da normalerweise erwartet würde, dass das hoch-styrolhaltige SIR den Versprödungspunkt der Kautschukzusammensetzung nachteilig erhöhen würde.
Ein analytischer Graph einer Tangens Delta(tan delta)-Kurve zur Temperatur für eine Reifenlaufflächenkautschukzusammensetzung wird hierin als informativ angesehen. Insbesondere weist ein solcher tan delta zu Temperatur-Graph für eine Reifenlaufflächenkautschukzusammensetzung wünschenswerterweise einen Höchstwert von tan delta in dem Temperaturbereich von –20°C bis +20°C (zwischen den vertikalen Linien „a" und „b" von 1) auf, was einen guten Nassantrieb für eine Lauffläche aus einer solchen Kautschukzusammensetzung vorhersagt, und einen Mindestwert von tan delta in dem Bereich von 60°C, was einen guten Rollwiderstand für eine Lauffläche aus einer solchen Kautschukzusammensetzung vorhersagt.
Es ist ersichtlich, dass die Rückprall- und tan delta-Werte bei 100°C für Probe 2 und Probe 3 gleichartig sind, was einen niedrigen Rollwiderstand für einen Reifen mit einer Lauffläche aus solchen Kautschukzusammensetzungen anzeigt. Somit ist vorhersagbar, dass ein verbesserter Antrieb einer solchen Lauffläche für eine Lauffläche von Probe 2 erhalten würde, während der Rollwiderstand der Probe 3 beibehalten würde.
Unter Verwendung der in Tabelle 5 dieses Beispiels wiedergegebenen physikalischen Eigenschaften und zur weiteren Illustration der Kautschukzusammensetzung dieser Erfindung wird 1 als ein Graph von tan delta zu Temperatur für die Proben 2 und 3 dargestellt, wobei Probe 2 das Gemisch besagten SIRs und besagten verzweigten BRs ist und Probe 3 ein Gemisch von SBR und besagtem verzweigten BR ist.
Das SIR hatte einen Styrolgehalt von etwa 45 Prozent und eine Styrolsequenz von zumindest 90 Prozent Einheiten, die in 5 oder weniger sequentiellen Einheiten vorlagen, und nicht mehr als etwa 10 Prozent Einheiten, die in mehr als 5 sequentiellen Einheiten vorlagen.
Bei Betrachtung von 1 ist ersichtlich, dass Probe 2 zwei deutliche Übergänge aufweist, nämlich einen Übergang in dem Bereich von etwa –95°C und einen Übergang in dem Bereich von etwa 0°C, wodurch ein unvermischbares Kautschukgemisch angedeutet wird. Probe 3 weist jedoch nur einen Übergang in dem Bereich von etwa –60°C auf, wodurch ein mischbares Kautschukgemisch angedeutet wird.
Die Betrachtung des Graphen von 1 zeigt eine Maximierung für Probe 2, das unvermischbare Gemisch, der tan delta-Kurve in dem Bereich von etwa 0°C und eine Minimierung der tan delta-Kurve in dem Bereich von etwa 60°C. Dies wird hierin als signifikant betrachtet, da, wenn beide solche Eigenschaften optimiert werden, wie durch eine solche tan delta-Kurve angedeutet ist, nämlich sowohl die Maximierung in dem 0°C-Bereich kombiniert mit einer Minimierung in dem 60°C-Bereich, wird hierin erachtet, dass es vorhersagbar ist, dass, für einen Reifen mit einer solchen Laufflächenzusammensetzung, sowohl Nassantrieb, wie durch einen höheren tan delta bei 0°C vorhergesagt, als auch Rollwiderstand, wie durch einen niedrigeren tan delta bei 60°C vorhergesagt, verbessert sind.
2 wird als ein Graph von DIN-Abrieb zu tan delta (0°C) für Probe 2 (das Gemisch von SIR/verzweigtem BR) und Probe 3 dargestellt. In 2 ist ersichtlich, dass Probe 2 für gleichartige DIN-Abriebwerte (Laufflächenverschleiß) einen signifikant höheren (4 ×) tan delta-Wert (bei 0°C) als dieser Wert für Probe 3 aufweist.
Dies wird hierin als signifikant erachtet, da es illustriert, dass die Kautschukzusammensetzung von Probe 2 einen im Wesentlichen größeren vorhersagbaren Nassantrieb (für eine Reifenlauffläche) ohne Abstriche am Laufflächenverschleiß hat, was ein unerwartetes Ergebnis ist und hierin als signifikante Entdeckung angesehen wird.
In der Tat zeigt die Betrachtung von 2, dass dieses neue unvermischbare Gemisch von Elastomeren im Vergleich zur derzeigen SBR-/BR-Technologie eine signifikante Verbesserung von Nassantrieb und Laufflächenverschleiß verschafft.

Claims

Pneumatik-Gummireifen mit einer Lauffläche aus einer Kautschukzusammensetzung, dadurch gekennzeichnet, dass sie, basiert auf Gewichtsanteilen pro 100 Gewichtsanteile der Laufflächenkautschukelastomere (ThK), aufweist (A) Elastomere, enthaltend (1) 5 bis 45 ThK Styrol-/Isopren-Copolymer-Elastomer (SIR) mit einem Styrolgehalt in einem Bereich von 30 bis 55 Prozent, einer Einzel-Tg innerhalb eines Bereichs von 0°C bis –40°C, und wobei die Isoprenkomponente besagten SIRs eine Mikrostruktur hat, die einen maximalen 3,4-Polyisoprengehalt von 11 Prozent aufweist, und wobei die Styrolverteilung in besagtem SIR dadurch gekennzeichnet ist, dass (a) der Mindestprozentsatz der Styroleinheiten, die in nicht mehr als fünf sequentiellen Styroleinheiten (St5) vorliegen, die Summe von 125,6 minus 0,92 Mal der gewichtsbezogene Prozentsatz von Styroleinheiten in dem SIR ist, und (b) der Höchstprozentsatz der Styroleinheiten, die in mehr als fünf sequentiellen Styroleinheiten vorliegen, gleich 100 weniger der besagte Mindest-St5-Einheiten-Prozentsatz ist, und (2) 55 bis 95 ThK cis-1,4-Polybutadienkautschuk (BR) mit einem cis-1,4-Gehalt von zumindest 95 Prozent und einer Einzel-Tg innerhalb eines Bereichs von –100°C bis –107°C, wobei das Gewichtsverhältnis besagten BRs zu besagtem SIR innerhalb eines Bereichs von 60:40 bis 80:20 liegt, wobei die Tg besagten BRs zumindest 60°C niedriger als die Tg besagten SIRs ist, (B) 40 bis 110 ThK Verstärkungsfüllmittel, das zumindest einen der Stoffe Rußschwarz, Aggregate ausgefällten Silikas, und silikahaltiges Rußschwarz, das Silikabereiche an seiner Oberfläche enthält, aufweist; und (C) ein Koppelungsmittel, wenn besagtes Verstärkungsfüllmittel ausgefälltes Silika und/oder silikahaltiges Rußschwarz ist, mit einem Anteil, der reaktiv ist mit Hydroxylgruppen, die an der Oberfläche besagter Aggregate des ausgefällten Silikas enthalten sind, und Hydroxylgruppen, die an der Oberfläche der Silikabereiche von besagtem silikahaltigen Rußschwarz enthalten sind.
Reifen gemäß Anspruch 1, wobei besagtes BR ein spezialisiertes BR wie ein cis-1,4-Polybutadienelastomer mit einem cis-1,4-Gehalt in einem Bereich von 96 bis 98 Prozent ist und hergestellt ist durch Polymerisieren von 1,3-Butadien in Gegenwart einer Organonickelverbindung wie eines Nickelsalzes einer Carboxylsäure, einer Organoaluminiumverbindung wie einer Trialkylaluminiumverbindung, Wasserstofffluorid und parastyroliertem Diphenylamin, wobei besagte Organoaluminiumverbindung und besagte fluorinhaltige Verbindung in Gegenwart besagten parastyrolierten Diphenylamins zusammengebracht werden.
Reifen gemäß einem der vorgenannten Ansprüche, wobei besagtes BR ein verzweigtes BR mit einem Mooney-(ML 1 + 4)-Viskositätswert bei 100°C in seinem unvulkanisierten Zustand in einem Bereich von 35 bis 45 ist.
Reifen gemäß einem der vorgenannten Ansprüche, wobei besagtes SIR durch Reagieren von Styrol und Isoprenmonomeren in einem organischen Lösungsmittel mit einem aus n-Butyllithium und Natriumdodecylbenzolsulfonat bestehenden Katalysator hergestellt wird.
Reifen gemäß einem der vorgenannten Ansprüche, wobei besagte Kautschukzusammensetzung auch 5 bis 20 ThK zumindest eines zusätzlichen Elastomers enthält, gewählt aus Polymeren von Isopren und/oder 1,3-Butadien und Copolymeren von Styrol mit 1,3-Butadien und Copolymeren von Styrol, Isopren und 1,3-Butadien.
Reifen gemäß einem der vorgenannten Ansprüche, wobei besagte Kautschukzusammensetzung frei von Polymeren von Isobutylen ist.
Reifen gemäß einem der vorgenannten Ansprüche, wobei besagtes Verstärkungsfüllmittel Rußschwarz und ausgefälltes Silika ist und wobei besagtes Koppelungsmittel ein bis-(3-Trialkylsilylalkyl)-polysulfid mit einem Durchschnitt von 2 bis 2,6 oder von 3,5 bis 4 verbindender Schwefelatome in seiner Polysulfidbrücke ist.
Reifen gemäß Anspruch 7, wobei besagtes Koppelungsmittel ein bis-(3-Triethoxysilylpropyl)-polysulfid ist.
Reifen gemäß einem der vorgenannten Ansprüche, wobei besagte Kautschukzusammensetzung zwei tan delta-Übergangspunkte als einen ersten tan delta-Übergangspunkt in einem Bereich von 95°C und einen zweiten Übergangspunkt in einem Bereich von 0°C aufweist.
Pneumatik-Gummireifen mit einer Reifenlauffläche aus einer Kautschukzusammensetzung, dadurch gekennzeichnet, dass sie, basiert auf Gewichtsanteilen pro 100 Gewichtsanteile der Laufflächenkautschukelastomere (ThK), ausweist (A) Elastomere, enthaltend (1) 10 bis 40 ThK Styrol-/Isopren-Copolymer-Elastomer (SIR) mit einem Styrolgehalt in einem Bereich von 30 bis 55 Prozent, einer Einzel-Tg innerhalb eines Bereichs von –5°C bis –30°C, und wobei die Isoprenkomponente besagten SIRs eine Mikrostruktur hat, die einen maximalen 3,4-Polyisoprengehalt von 11 Prozent aufweist, und wobei die Styrolverteilung in besagtem SIR dadurch gekennzeichnet ist, dass (a) der Mindestprozentsatz der Styroleinheiten, die in nicht mehr als fünf sequentiellen Styroleinheiten (St5) vorliegen, gleich der Summe von 29 plus 1,53 Mal der gewichtsbezogene Prozentsatz von Styroleinheiten in dem SIR ist, und (b) der Höchstprozentsatz der Styroleinheiten, die in mehr als fünf sequentiellen Styroleinheiten vorliegen, gleich 100 weniger der besagte Mindest-St5-Einheiten-Prozentsatz ist, und (2) 60 bis 90 ThK cis-1,4-Polybutadienkautschuk (BR) mit einem cis-1,4-Gehalt von zumindest 95 Prozent und einer Einzel-Tg innerhalb eines Bereichs von –100°C bis –107°C, wobei das Gewichtsverhältnis besagten BRs zu besagtem SIR innerhalb eines Bereichs von 60:40 bis 80:20 liegt, wobei die Tg besagten BRs zumindest 85°C niedriger als die Tg besagten SIRs liegt, (B) 40 bis 110 ThK Verstärkungsfüllmittel, das zumindest einen der Stoffe Rußschwarz und Aggregate ausgefällten Silikas aufweist; und (C) ein Koppelungsmittel, wenn besagtes Verstärkungsfüllmittel ausgefälltes Silika ist, mit einem Anteil, der mit Hydroxylgruppen, die an der Oberfläche besagter Aggregate ausgefällten Silikas enthalten sind, reaktiv ist.