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Diese
Erfindung ist auf (i) Behandlungszusammensetzungen eines ein Siliciumatom
enthaltenden Behandlungsmittels vom hydrophoben Typ und eines ein
Siliciumatom enthaltenden Behandlungsmittels vom funktionellen Typ,
(ii) Füllstoffteilchen,
die mit der Zusammensetzung behandelt sind, (iii) organische Reifengummis,
die die behandelten Füllstoffe
enthalten und (iv) Verfahren zur Behandlung von Füllstoffteilchen
mit einer reinen Zusammensetzung der Behandlungsmittel gerichtet.
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Während die
Patentanmeldung aus dem Vereinigten Königreich
GB 2 355 453 A , veröffentlicht
am 25. April 2001, ein reines Behandlungsverfahren zum Herstellen
hydrophober Calciumcarbonatfüllstoffe
für die Verwendung
in Gummis beschreibt, sind die Organosiliciumbehandlungsmittel,
die in der UK-Veröffentlichung verwendet
werden, nicht dieselben, wie die Organosiliciumbehandlungsmittel,
die hierin verwendet werden. Die UK-Veröffentlichung zeigt ein Polymethylwasserstoffsiloxan
als eine Komponente der Behandlungszusammensetzung, um den Füllstoffteilchen
Hydrophobizität
zu verleihen, jedoch zeigt die UK-Veröffentlichung keine Organosiliciumverbindung
vom funktionellen Typ, die Schwefel als die andere Komponente der
Behandlungszusammensetzung enthält.
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Ähnlich ist
es bei dem
US-Patent Nr. 6,342,560 (29.
Januar 2002), das zwar einige Organosiliciumbehandlungsmittel beschreibt,
die den Organosiliciumbehandlungsmitteln, die hierin verwendet werden, ähnlich sind,
jedoch ist das Verfahren zum Herstellen der hydrophoben Calciumcarbonatfüllstoffe
in dem '560-Patent nicht über eine
reine Behandlung. Vielmehr wird das Verfahren zur Herstellung der
hydrophoben Calciumcarbonatfüllstoffe
in dem '560-Patent
in einer wässrigen
Suspension ausgeführt
und das '560-Patent
zeigt kein Polymethylwasserstoffsiloxan als die Komponente zum Verleihen
der Hydrophobizität
an die Füllstoffteilchen.
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Das
US-Patent Nr. 6,140,393 (31.
Oktober 2000) offenbart Kautschukzusammensetzungen für die Herstellung
eines Radmantels auf Basis wenigstens eines Elastomers, Siliciumdioxid
als verstärkendem
Füllstoff
und einem verstärkenden
Additiv, bestehend aus der Mischung und/oder dem Produkt einer in
situ Reaktion wenigstens einer funktionalisierten Polyorganosiloxanverbindung,
enthaltend pro Molekül
wenigstens eine funktionelle Siloxyeinheit, die in der Lage ist,
chemisch und/oder physikalisch an Hydroxylstellen der Oberfläche der
Siliciumdioxidpartikel zu binden, und wenigstens einer funktionalisierten
Organosilanverbindung, enthaltend pro Molekül wenigstens eine funktionale
Gruppe, die in der Lage ist, chemisch und/oder physikalisch an das
Polyorganosiloxan und/oder die Hydroxylstellen der Siliciumdioxidpartikel
zu binden, und wenigstens eine andere funktionale Gruppe, die in
der Lage ist, chemisch und/oder physikalisch an die Ketten eines
Elastomers/von Elastomeren zu binden.
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Behandlungszusammensetzungen,
wie es in Anspruch 1 genannt ist.
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Die
Erfindung bezieht sich auch auf Füllstoffe oder Teilchen, die
mit dieser Behandlungszusammensetzung behandelt sind, organische
Reifengummiarten, die die behandelten Füllstoffe enthalten, und Verfahren
zur Behandlung von Teilchen des Füllstoffes mit reinen Zusammensetzungen
des Behandlungsmittels.
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Diese
und andere Merkmale der Erfindung werden aus der Betrachtung der
detaillierten Beschreibung offensichtlich.
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BESCHREIBUNG
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Diese
Erfindung ist auf die Behandlung von Oberflächen von gefällten Calciumcarbonatfüllstoffen
mit einer Behandlungszusammensetzung gerichtet, die Behandlungsmittel
enthält,
die aus einem ein Siliciumatom enthaltenden Behandlungsmittel vom
hydrophoben Typ und einem ein Siliciumatom enthaltenden Behandlungsmittel
vom funktionellen Typ bestehen. Diese Behandlungsmittel werden auf
die Oberflächen
des Füllstoffes über einen
reinen Prozess aufgebracht.
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Es
wurde unerwarteterweise entdeckt, dass die Eigenschaften des Gummis,
der die behandelten Füllstoffe
enthält,
aufgrund der Behandlung deutlich verbessert wurden. In dieser Hinsicht
werden die Silane und Siloxane vom hydrophoben Typ verwendet, um
den Teilchen des verstärkenden
Füllstoffes
Hydrophobizität
zu verleihen, um sie mit organischen Gummitypen kompatibel zu machen,
während
die Silane und Siloxane vom funktionellen Typ eine Bindung oder
Verknüpfung
an das Gumminetzwerk während
dessen Härtungsbehandlung
ermöglichen.
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Der
Begriff rein, wie er hier verwendet wird, soll so gemeint sein,
dass Füllstoffe
hydrophob gemacht werden und funktionalisiert werden, indem die
Behandlungszusammensetzung aufgebracht wird, die aus den Organosiliciumverbindungen
oder Mischungen der Organosiliciumverbindungen in unverdünnter Form
bestehen. Daher wird/werden die Organosiliciumverbindung(en) nicht
mit einer anderen Substanz oder einem Bestandteil, wie z. B. Wasser,
Lösungsmitteln
oder Trägerstoffen,
als eine Lösung,
Dispersion oder Emulsion verdünnt,
dispergiert, kombiniert oder gemischt. In diesem Ausmaß wird die
Behandlungszusammensetzung in einem im Wesentlichen reinen Zustand
aufgebracht.
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Der
Begriff funktionell, soweit er auf die Organosiliciumkomponente(n)
angewandt wird, soll so gemeint sein, dass die Verbindung Gruppen
enthält,
die in der Lage sind, mit den Oberflächen der Füllstoffe und dem Gummi zu reagieren.
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In
einer bestimmten Ausführungsform
der Erfindung wurden daher hydrophobierte und funktionalisierte
Füllstoffe
hergestellt, indem eine Behandlungszusammensetzung, die ein Behandlungsmittel,
bestehend aus einem Methylwasserstoffpolysiloxan als dem Behandlungsmittel
vom hydrophoben Typ, enthält,
aufgebracht wird. Das Behandlungsmittel vom funktionellen Typ, das
in der Behandlungszusammensetzung vorliegt, war die Verbindung 3-Mercaptopropyltriethoxysilan
(MPTES), d. h. (C2H5O)3SiCH2CH2CH2SH, oder die Verbindung Bis[3-(triethoxysilyl)-propyl]tetrasulfid
(TESPT), d. h. (C2H5O)3SiCH2CH2CH2-S-S-S-S-CH2CH2CH2Si(OC2H5)3.
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Die
Charakterisierung von Eigenschaften der behandelten Füllstoffe
wurde durch die Fourier-Transform-Infrarotspektroskopie (FTIR) und
die Brunauer-Emmett- Teller-Stickstoffadsorption
(BET) bestimmt. Diese analytischen Techniken zeigten die Ergebnisse
der hydrophoben und SH-funktionellen Behandlungen, die an den Oberflächen der
gefällten
Calciumcarbonatfüllstoffe
vorlagen. Wenn sie in organischen Reifengummiformulierungen bestimmt
wurden, zeigten Gummiproben, die behandelte gefällte Calciumcarbonatfüllstoffe
enthielten, einen höheren
Modulus und ein verbessertes 300/100-Modulusverhältnis, was eine Verbesserung
in der mechanischen Leistung der Reifen wiederspiegelt.
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Das Füllstoffsubstrat
(Gefälltes
Calciumcarbonat)
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Während irgendein
Typ von gefälltem
Calciumcarbonat verwendet werden kann, handelt es sich bevorzugt
um ein gefälltes
Calciumcarbonat mit einer hohen Oberfläche. Insbesondere bevorzugte
Materialien sind rhombohedrale Calcite mit spezifischen Oberflächen von
20 m2/g. Solche Materialien sind allgemein
auf kommerzieller Basis von Solvay Interox, Houston, Texas, unter
Solvay's Markenname
SOCAL 31® erhältlich.
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Das Behandlungsmittel vom funktionellen
Typ (Polysulfid)
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Diese
Komponente der Behandlungszusammensetzung umfasst ein Bis(alkoxysilyl)polysulfid.
Einige allgemeine Beispiele der Bis(alkoxysilylalkyl)polysulfide,
die verwendet werden können,
schließen
die Bis(2-trialkoxysilylethyl)polysulfide ein, in denen die Trialkoxygruppen
aus Trimethoxy, Triethoxy, Tri(methylethoxy), Tripropoxy, Tributoxy
oder Trioctyloxy bestehen und in denen das Polysulfid Di-, Tri-,
Tetra-, Penta- oder ein Hexasulfid ist. Entsprechendes Bis(3-trialkoxysilylpropyl)-,
Bis(3-trialkoxysilylisobutyl)-, Bis(4-trialkoxysilylbutyl)- oder
Bis(6-trialkoxysilylhexyl)polysulfid kann auch verwendet werden.
Am meisten bevorzugt sind die Organosilane, die Bis(3-trimethoxy-,
-triethoxy- und -tripropylsilylpropyl)polysulfid umfassen, insbesondere
das Di-, Tri- oder Tetrasulfid.
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Spezifische
Beispiele von Bis(alkoxysilylalkyl)polysulfiden schließen Zusammensetzungen
ein, wie z. B. 3,3'-Bis(trimethoxysilylpropyl)disulfid,
3,3'-Bis(triethoxysilylpropyl)tetrasulfid,
3,3'Bis(trimethoxysilylpropyl)tetrasulfid,
2,2'-Bis(triethoxysilylethyl)tetrasulfid,
3,3'Bis(trimethoxysilylpropyl)trisulfid,
3,3'-Bis(triethoxysilyl propyl)trisulfid,
3,3'-Bis(tributoxysilylpropyl)disulfid,
3,3'-Bis(trimethoxysilylpropyl)hexasulfid,
3,3'-Bis(trioctoxysilylpropyl)tetrasulfid
und deren Mischungen.
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Eine
am stärksten
bevorzugte Verbindung ist 3,3'-Bis(triethoxysilylpropyl)tetrasulfid
(TESPT). TESPT ist ein kommerzielles Produkt, das von der Dow Corning
Corporation, Midland, Michigan, vermarktet wird. Es ist eine Mischung
aus 3,3'-Bis(triethoxysilylpropyl)disulfid,
3,3'-Bis(triethoxysilylpropyl)trisulfid,
3,3'-Bis(triethoxysilylpropyl)tetrasulfid
und höheren
Sulfidhomologen mit mittleren Sulfidgehalten von 3,5.
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Das Behandlungsmittel vom funktionellen
Typ (Mercaptoorganosilicium)
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung kann die Komponente vom funktionellen Typ der Behandlungszusammensetzung
eine Mercaptoorganosiliciumverbindung anstelle eines Bis(alkoxysilylalkyl)polysulfids
enthalten.
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Einige
repräsentative
Beispiele für
geeignete Mercaptoorganosiliciumverbindungen, die hierin verwendet
werden können,
sind Mercaptomethyltrimethoxysilan, Mercaptoethyltrimethoxysilan,
3-Mercaptopropyltrimethoxysilan, Mercaptomethyltriethoxysilan, Mercaptoethyltripropoxysilan,
3-Mercaptopropyltriethoxysilan, (Mercaptomethyl)dimethylethoxysilan,
(Mercaptomethyl)methyldiethoxysilan, 3-Mercaptopropylmethyldimethoxysilan
und Mischungen daraus. Die am meisten bevorzugte der Verbindungen
ist 3-Mercaptopropyltriethoxysilan (MPTES).
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Einige
Beispiele für
geeignete geblockte Mercaptosilane sind 2-Triethoxysilyl-1-ethylthioacetat,
3-Trimethoxy-silyl-1-propylthiooctoat, Bis-(3-triethoxysilyl-1-propyl)-methyldithiophosphonat,
3-Triethoxysilyl-1-propyldimethylthiophosphinat, 3-Triethoxysilyl-1-propylmethylthiosulfat,
3-Triethoxysilyl-1-propyltoluolthiosulfonat und deren Mischungen.
Mit geblockt ist gemeint, dass das Mercaptowasserstoffatom durch
eine andere Gruppe ersetzt ist. Das
Behandlungsmittel vom hydrophoben Typ (Polyorganowasserstoffsiloxan)
![Figure 00060001](https://patentimages.storage.***apis.com/34/bf/53/f5f594561473b3/00060001.png)
in der R1 und R2 Alkylgruppen mit 1-8 Kohlenstoffatomen,
wie z. B. Methyl, Ethyl, Isopropyl und Octyl; Arylgruppen, wie z.
B. Phenyl, Xenyl, Naphthyl und Anthracyl; Alkaryl(Alkylaryl)gruppen,
wie z. B. Tolyl und Xylyl; Aralkyl(Arylalkyl)gruppen, wie z. B.
Benzyl (Phenylmethyl), Phenylethyl (Phenethyl) und 2-Phenylpropyl;
und cycloaliphatische Gruppen, die 3-8 Kohlenstoffatome enthalten,
wie z. B. Cyclobutyl und Cyclopentyl, repräsentieren. R1 kann auch Wasserstoff
sein. Typischerweise hat n einen Wert von 10–100, bevorzugt von 40–70. Solche
Siloxane haben im Allgemeinen eine Viskosität von ungefähr 10 bis ungefähr 1.000
mm
2/s (Centistoke).
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Das
Polyorganowasserstoffsiloxan, das in den Beispielen unten verwendet
wird, war ein Polymethylwasserstoffsiloxan mit endständigen Trimethylsiloxygruppen
mit einem siliciumgebundenen Wasserstoffgehalt von 1,4–1,75 Gew.-%
und einer Viskosität
von 20–40
mm2/s (Centistoke). Die Zusammensetzung
ist von der Dow Corning Corporation, Midland, Michigan, kommerziell
erhältlich.
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Das Behandlungsmittel vom hydrophoben
Typ (Siliconoligomer mit endständigen
Silanolgruppen)
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In
einer alternativen Ausführungsform
der Erfindung kann die Komponente vom hydrophoben Typ der Behandlungszusammensetzung
ein Siliconoligomer mit endständigen
Silanolgruppen anstelle des obigen Polyorganowasserstoffsiloxans
enthalten. Das Siliconoligomer mit endständigen Silanolgruppen hat die
Formel:
in der R3 eine Alkylgruppe
mit 1-8 Kohlenstoffatomen, wie z. B. Methyl, Ethyl, Isopropyl und
Octyl; eine Arylgruppe, wie z. B. Phenyl, Xenyl, Naphthyl und Anthracyl;
eine Alkaryl(Alkylaryl)gruppe, wie z. B. Tolyl und Xylyl; eine Aralkyl(Arylalkyl)gruppe,
wie z. B. Benzyl (Phenylmethyl), Phenylethyl (Phenethyl) und 2-Phenylpropyl; oder
eine cycloaliphatische Gruppe, die 3-8 Kohlenstoffatome enthält, wie
z. B. Cyclobutyl und Cyclopentyl, ist. Typischerweise hat m einen
Wert in dem Bereich von 1–10.
Solche oligomeren Siloxane haben im Allgemeinen eine Viskosität von ungefähr 20 bis
ungefähr
800 mm
2/s (Centistoke).
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Das
Siliconoligomer mit endständigen
Silanolgruppen, das in den Beispielen verwendet wurde, war eine
Polydimethylsiloxanflüssigkeit
mit endständigen
Hydroxylgruppen mit einer Viskosität zwischen 38–45 mm2/s (Centistoke), in dem m ungefähr gleich
6 ist und worin der -OH-Gehalt zwischen 3,9 und 4,3 Gew.-% ist.
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Diese
bestimmte Ausführungsform
der Erfindung ist einzigartig in dem Ausmaß, dass das Siliconoligomer
mit endständigen
Silanolgruppen Dimethyleinheiten in dem Molekül enthält, die in der Lage sind die
hydrophobierenden Eigenschaften, die notwendig sind, zu verleihen,
ebenso wie -OH-haltige Einheiten, die in der Lage sind die funktionellen
Charakteristiken, die notwendig sind, zu verleihen, d. h. Reaktionen
(das Verknüpfen)
zwischen der Oberfläche
der Füllstoffteilchen
und der Oberflächen
des Gummis, in dem der Füllstoff
angewendet wird, und/oder mit anderen Verknüpfungsmitteln, die in der Behandlungszusammensetzung
vorliegen, zu ermöglichen.
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Füllstoffteilchen
können
mit der Behandlungszusammensetzung behandelt werden, (i) indem das
Behandlungsmittel vom hydrophoben Typ und das Behandlungsmittel
vom funktionellen Typ auf Füllstoffteilchen zur
selben Zeit aufgebracht werden, (ii) indem das Behandlungsmittel
vom hydrophoben Typ und das Behandlungsmittel vom funktionellen
Typ auf die Füllstoffteilchen
nacheinander aufgebracht werden, oder (iii) indem zuerst das Behandlungsmittel
vom hydrophoben Typ und das Behandlungsmittel vom funktionellen
Typ vermischt werden und dann die Mischung auf die Füllstoffteilchen
aufgebracht wird.
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Das
Aufbringen der Behandlungszusammensetzung auf die Füllstoffteilchen
kann bei Temperaturen ausgeführt
werden, die von –20°C bis 200°C reichen,
bevorzugt aber bei Raumtemperatur (20°C–25°C). Die behandelten Füllstoffteilchen
werden dann für
eine Minute bis 24 Stunden auf Temperaturen von 100°C–150°C erhitzt,
um zu bewirken, dass die Oberflächen
der Füllstoffteilchen
mit der Behandlungszusammensetzung reagieren.
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Die
Behandlungszusammensetzung wird auf die Füllstoffteilchen in einer Menge
von 1–15
Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Füllstoffteilchen, die behandelt
werden, aufgebracht. Die Behandlungszusammensetzung enthält 5–95 Gew.-%
des Behandlungsmittels vom hydrophoben Typ und 5–95 Gew.-% des Behandlungsmittels
vom funktionellen Typ, bezogen auf das Gesamtgewicht der Behandlungszusammensetzung.
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Die
folgenden Beispiele werden aufgeführt, um die Erfindung genauer
darzustellen. Wenn es nicht anderweitig bezeichnet ist, wurden das
Testen, das Vulkanisieren, die Herstellung von Lagen und die Bestimmungen
im Allgemeinen in Übereinstimmung
mit den Protokollen durchgeführt,
die durch die Standards der Amerikanischen Gesellschaft für das Testen
und Materialien (ASTM) vorgeschrieben sind, einschließlich ASTM
D 412-98a, „Standardtestverfahren
für vulkanisierten
Gummi & thermopastische
Elastomere”;
ASTM D 2084-01, „Standard testverfahren
für Gummieigenschaften-Vulkanisierung
unter Verwendung eines Härtungsmeters
mit einer oszillierenden Scheibe”; ASTM D 3182-89, „Standardpraxis
für Gummi-Materialien,
Ausrüstung
und Verfahren zum Mischen von Standardverbindungen und der Herstellung
von vulkanisierten Standardlagen”; ASTM D 3185-99, „Standardtestverfahren
für Gummi-Bewertung
von SBR (Styrol-Butadien-Gummi), die Mischungen mit Ölen einschließen”; und ASTM
D 4678-94, „Standardpraxis
für Gummi-Herstellung,
Testen, Akzeptanz, Dokumentation und Verwendung von Referenzmaterialien”.
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Spezifische
Mengen eines der Behandlungsmittel wurden tropfenweise zu einem
gefällten
Calciumcarbonat bei gleichzeitigem starkem Rühren zugegeben. Nachdem es
der Mischung gestattet worden war, sich für 10–15 Minuten zu vermischen,
wurde das andere Behandlungsmittel tropfenweise zugegeben und das
Mischen wurde für
eine weitere Zeitdauer von 60 Minuten fortgesetzt. Nach dem Mischen
wurde das Gemisch bei 150°C über Nacht
in einen Ofen gestellt, um eine vollständige Reaktion sicherzustellen.
Die Füllstoffe
wurden dann in organischen Gummiformulierungen bewertet.
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Tabelle
1 unten zeigt die Zusammensetzungen, die für das Durchführen einer
ersten Phase des Verfahren zum Erstellen eines Gemisches verwendet
wurden. Tabelle 1 – Zusammensetzungen, die für das Erstellen
eines Gemisches verwendet wurden
Zusammensetzung | Chemische
Beschreibung | Hersteller |
Solfex
1216
Budene 1207
Kadox-920C
Sundex 8125
Wingstay
100
Industrene®
Santoflex 6 (PPD)
Sunolite
240
RM Schwefel
Santocure (TBBS)
Perkacit (DPG) | Styrol-Butadien-Copolymer
(Polymer)
Polybutadien (Polymer)
ZnO (Aktivator/Beschleuniger/Verstärkung/Dispersion)
Petroleumkohlenwasserstofföl (Plastifizierer)
Gemischte
Diaryl-p-phenylendiamine (Antioxidant)
Stearinsäure (Beschleuniger,
Aktivator)
N-(1,3-Dimethylbutyl)-N'-phenyl-p-phenylendiamin
Petroleumwachsmischung
(atmosph. Schutz)
Zerriebener Schwefel (Härtungsmittel)
N-tert.-Btuyl-2-benzothiazolsulfenamid
(Beschleuniger)
N,N'-Diphenylguanidin
(Beschleuniger) | Goodyear
Reifen
Goodyear Reifen
Zinc Corporation
R. E. Carroll
In
Goodyear Reifen
R. E. Carroll Inc.
Harwick Standard
Astor
Wax Corp.
R. E. Carroll
Harwick Standard
Harwick
Standard |
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Das
Erstellen der Mischung wurde durchgeführt und vervollständigt unter
Verwendung eines Haake-Mischers, der mit Banbury-Schaufeln ausgestattet
war. Die Anordnung wurde bei 115 U/min betrieben, wobei 80°C festgesetzt
waren. Die Zusammensetzungen, die in Tabelle 1 gezeigt sind, wurden
in den Mengen, die unten gezeigt sind, angewendet.
Ladung
A | |
Zusammensetzung | Gewicht
(Gramm) |
| |
Solfex
1216 | 17,5 |
BR
1207 | 7,5 |
| |
Ladung
B | |
Behandeltes
CaCO3 | 9,75 |
Sundex
8125 | 7,5 |
Zinkoxid | 0,63 |
Wingstay
100 | 0,5 |
Stearinsäure | 0,25 |
| |
Ladung
C | |
Behandeltes
CaCO3 | 9,75 |
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Der
Mischer wurde mit den Zusammensetzungen der Ladung A beladen und
für ungefähr 1 min
oder bis die Temperatur auf 80°C
zurückkam
gemischt. Der Mischer wurde dann gestoppt und die Zusammensetzungen
der Ladung B wurden zugegeben. Der Kolben wurde vorsichtig herabgelassen
und das Mischen wurde für
ungefähr
2 min wieder begonnen. Die Ladung C wurde zugegeben, während die
Schaufeln in Bewegung waren und es wurde für weitere 4,5 min gemischt.
Es wurde Sorgfalt walten gelassen bei dem Zugeben des Calciumcarbonats
(Ladung C), um zu verhindern, dass das Calciumcarbonat in den Abluftkanal
hineingezogen wurde. Wenn dies eintrat, wurden zusätzliche
Mengen Calciumcarbonat zugegeben, um irgendwelchen Verlust zu kompensieren.
Die Mischungsumdre hungszahl wurde auf 155 U/min erhöht, was
eine höhere
Scherung ergab, was zu dem Anstieg der Temperatur auf zwischen 140–150°C führte. Dieses
drückte
etwas Wasser aus dem System heraus. Diese Grundmischung wurde für eine Stunde
stehen gelassen, bevor die nächste
Phase durchgeführt
wurde, in der die Anordnung bei 50 U/min unter Festlegung auf 50°C betrieben
wurde. Die Zusammensetzungen, die in dieser Phase des Verfahrens
verwendet wurden, sind unten gezeigt.
Zusammensetzung | Gewicht
(Gramm) |
Grundmischung | 50 |
Santoflex
6 PPD | 0,5 |
Sunolite
240 | 0,38 |
RM
Schwefel | 0,35 |
TBBS | 0,43 |
DPG | 0,50 |
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Die
Festlegung, die für
die Temperatur angelegt wurde, war 50°C ohne irgendeine Art von Kühlung. Es
wurde nicht gestattet, dass die Temperatur 120°C überstieg, um das Beginnen der
Härtung
durch die Schwefelhärtung
zu verhindern. Die Endtemperatur war in dem Bereich von ungefähr 73–80°C. Alle verwendeten
Zusammensetzungen waren vorab gewogen worden und wurden so schnell
wie möglich über eine
30 Sekunden dauernde Mischperiode, die nach dem Ablauf von 4 min
endete, zugegeben.
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Die
vermischte Grundmischung wurde aus dem Haake-Mischer entnommen und
unter Verwendung einer zweiwalzigen Mühle auf eine 0,075 mm Dicke
ausgewalzt. Die vermischte Zusammensetzung passierte die Mühle fünf Mal,
um Luftblasen herauszudrücken,
und um die gewünschte
Filmdicke zu erreichen. Die Geschwindigkeit der Mühle wurde
auf 3 U/min eingestellt, was verhinderte, dass sich durch die Scherung
Hitze bildete.
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Die
Vulkanisierungskinetiken wurden auf einem Monsanto-Härtungsrheometer
des Modells R100S bei 150°C
aufgezeichnet, unter Verwendung eines MPC-Systems mit einer ADO93-Düse und einem
ARC bei 1° Oszillation.
Das Härtungsrheometer
stellt T-90-Härtungswerte
bereit, d. h. 90% Härtung
in Minuten. Die T-90 wurde dann auf 10 min angehoben, um eine Härtungszeit
bereitzustellen, die ausreicht, um die Kautschukplatte aus Reifengummi
für das
Testen zu erstellen. Aus dem Härtungsprofil
konnte auch eine Anvulkanisationszeit in Minuten gefunden werden.
Zum Härten
wurde ein 4'' × 4''-Rahmensystem
verwendet. Das gewalzte Reifengemisch wurde in der Mitte des Rahmensystems
platziert und für
5 min bei einem Druck von 12 Metertonnen gepresst. Die Vulkanisierung
wurde in einer elektrisch geheizten Presse bei 150°C durchgeführt, in
der Luft entfernt worden war. Die Zusammensetzung wurde dann für die Dauer
der berechneten T-90-Härtungszeit
+10 Minuten bei 20 Metertonnen gehärtet.
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Die
Härte der
Elastomerproben wurde auf einer Shore-A-Skala mit einem Conveloader
Typ A Shore Instrument Durometer vom Modell CV-71200 gemessen. Die
Messungen wurden durchgeführt,
indem drei Lagen in der Höhe
von lagenförmigen
Gummistücken
verwendet wurden. Ein Mittelwert von drei Auswertungen bei drei
verschiedenen Punkten wurde als der Wert für die Härte verwendet.
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Die
Zugfestigkeit, die Dehnung und der Modulus wurden unter Verwendung
von Spannungsbruchkurven bestimmt, die mit einer Instron 5500R Modell
1122 Vorrichtung, die mit einer 5000 N-Belastungszelle bestückt war,
erhalten wurden, einem Extensometer und einem Merlin-Softwareprogramm
mit einer vollständigen Skala
von 254 mm, einer Maßlänge von
20 mm und einer Geschwindigkeit von 19,69 Inch/min. Proben in Form von
Hundeknochen mit einer Breite von 0,157 Inch wurden bis zum Zerreißen mit
einer Geschwindigkeit von 19,69 Inch/min gezogen. Die Daten für die Zugfestigkeit,
die Dehnung und den Modulus sind in Tabelle 2 gezeigt, und die Werte
repräsentieren
einen Mittelwert von fünf
Tests.
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In
Tabelle 2 sollte bemerkt werden, dass höhere Werte des 300/100-Modulus-Verhältnisses
in der letzten Spalte in Tabelle 2 auf die beste Reifenleistung
hinweisen. Tabelle 2 – Zusammenfassung der mechanischen
Eigenschaften von Gummiarten, die mit behandeltem CaCO
3 verstärkt sind
Behandungszusammensetzung | Anvulkanisierung
Min | T90 Min | Durometer | Zugfestigkeit MPa | Dehnung
% | 100% Modulus MPa | 300% Modulus MPa | 300/100-Modulus-Verhältnis |
A.
Unbehandeltes CaCO3 | 4,0 | 9,0 | 45 | 4,47 | 574 | 0,77 | 1,47 | 1,91 |
A'. Unbehandeltes CaCO3 | 3,5 | 8,2 | 45 | 4,08 | 526 | 1,09 | 1,92 | 1,76 |
B.
0,3% TESPT + 3% SiH Siloxan | 5,0 | 20,4 | 47 | 5,35 | 499 | 1,08 | 3,09 | 2,86 |
B'. 6,4% TESPT + 3,1%
SiH Siloxan | 2,6 | 15,5 | 47 | 6,91 | 514 | 1,26 | 4,01 | 3,18 |
C.
0,3% MPTES + 3% SiH Siloxan | 5,1 | 20,7 | 44 | 5,44 | 565 | 0,88 | 2,62 | 2,98 |
D.
0,6% MPTES + 3,4% SiH Siloxan | 3,8 | 15,3 | 47 | 4,27 | 443 | 1,30 | 4,09 | 3,15 |
E.
1,3% MPTES + 3,3% SiH Siloxan | 3,9 | 19,2 | 45 | 5,58 | 464 | 1,12 | 3,57 | 3,19 |
F.
1,4% MPTES | 4,5 | 8,0 | 48 | 5,49 | 588 | 1,30 | 3,58 | 2,75 |
G.
6% MPTES + 3,1 SiH Siloxan | 3,2 | 13,3 | 48 | 6,41 | 480 | 1,39 | 5,26 | 3,78 |
G'. 8,95% MPTES + 3,2
SiH Siloxan | 3,1 | 12,2 | 43 | 6,42 | 491 | 1,19 | 3,92 | 3,29 |
H.
3,1 SiH Siloxan | 4,0 | 16,3 | 46 | 3,80 | 641 | 0,82 | 1,81 | 2,21 |
H'. 3,0% Silanolflüssikgeit | 3,8 | 12,6 | 43 | 3,29 | 463 | 0,92 | 1,80 | 1,96 |
J.
1% MPTES + 3% Silanolflüssigkeit | 4,6 | 12,1 | 47 | 5,13 | 523 | 1,05 | 2,52 | 2,40 |
K.
2% MPTES + 3% Silanolflüssigkeit | 4,2 | 10,5 | 47 | 4,25 | 415 | 1,16 | 3,20 | 2,76 |
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Tabelle
2 zeigt, dass die Zusammensetzungen B', D, E, G und G', welches die Behandlungszusammensetzungen
entsprechend der vorliegenden Erfindung sind, Modulusverhältnisse
300/100 erreichten, die drei überstiegen,
was die beste Reifengesamtleistung darstellt.
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Während diese
Erfindung in Bezug auf die Verwendung von behandelten Füllstoffteilchen
in organischem Reifengummi dargestellt wurde, sollte es so verstanden
werden, dass diese behandelten Füllstoffteilchen
in anderen Anwendungen verwendet werden können, einschließlich der
Leitungs- und Kabelummantelung, Schläuchen, Dichtungen und Versiegelungen,
industriellen und Automobil-Treibriemen,
Motorenfassungen, V-Riemen, Förderbänder, Walzenbeschichtungen,
Schuhsohlenmaterialien, Verpackungsringe und Dämpfungselemente.
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Andere
Variationen in den Verbindungen, Zusammensetzungen und Verfahren,
die hierin beschrieben sind, können
gemacht werden, ohne aus den wesentlichen Merkmalen der Erfindung
herauszukommen. Die Ausführungsformen
der Erfindung, die speziell hierin dargestellt sind, sind nur exemplarisch
und sollen nicht als Beschränkungen
des Umfangs angesehen werden, mit der Ausnahme, wie es in den anhängenden
Ansprüchen
definiert ist.