DE69415361T2

DE69415361T2 - Hydrophiles Polymerverbundmaterial und dieses enthaltende Produkte

Info

Publication number: DE69415361T2
Application number: DE69415361T
Authority: DE
Inventors: Filomeno Gennaro L-9167 Mertzig Corvasce; Tom Dominique L-9370 Gilsdorf Linster
Original assignee: Goodyear Tire and Rubber Co
Current assignee: Goodyear Tire and Rubber Co
Priority date: 1993-02-16
Filing date: 1994-02-02
Publication date: 1999-06-10
Anticipated expiration: 2014-02-03
Also published as: EP0611800A3; MY110397A; TR28980A; US5374671A; JPH06248118A; DE69415361D1; EP0611800A2; CA2105726A1; BR9400496A; KR940019768A; US5545680A; MXPA94000913A; EP0611800B1; ES2127842T3; JP3464699B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verarbeitung von hydrophilem Polymer zu einem Elastomer-Compound, mit Hilfe des Verfahrens hergestellte, mit hydrophilem Polymer gefüllte Elastomere und unter Verwendung von mit hydrophilem Polymer gefülltem Elastomer hergestellte Reifen.
In der Reifenindustrie verwendete Komposite des Standes der Technik umfassen Kautschukzusammensetzungen, z. B. Komposite auf der Basis von Styrol-Butadien- Kautschuk (SBR), Polyisopren-Kautschuk, Polybutadien-Kautschuk, Polychloropren- Kautschuk, Nitril-Butadien-Kautschuk (NBR), Ethylen-Propylen-Dien-Monomer- Kautschuk (EPDM), Naturkautschuk und Mischungen davon. Ein fortwährendes Ziel in der Reifentechnik besteht darin, Kautschuk-Compounds bereitzustellen, die die Griffigkeitseigenschaften verbessern und gleichzeitig gute Rollwiderstandseigenschaften und gute Verschleißeigenschaften bereitstellen.
Bestimmte hydrophile Polymere können von Stärke abgeleitet sein. Wie von Novon Products, einer Abteilung der Firma Warner-Lambert, 182 Tabor Road, Morris Plains, New Jersey beschrieben, besteht Stärke aus zwei Arten von Glucose-Polymeren, linearer Amylose und verzweigtem Amylopektin. Die Verteilung dieser beiden Polymere wirkt sich auf die Eigenschaften der Stärke aus. Obwohl Stärke in trockener Form nicht thermoplastisch ist, bildet sie in Gegenwart eines Weichmachers, wie z. B. Wasser, eine Schmelze. Die große Anzahl an Hydroxylgruppen in dem Stärkemolekül verleiht dem Molekül einen hydrophilen Charakter, der seine Einsetzbarkeit bei der Herstellung von Kunststoff-Ersatzstoffen auf der Basis nativer Stärke einschränkt, doch um das Spektrum realisierbarer Anwendungen von Kunststoffen auf Stärke-Basis bei der Verwendung des Produkts zu vergrößern, kann native Stärke mit abbaubaren synthetischen Stoffen gemischt werden. Bereits 1 Gew.-% synthetisches Polymer verbessert die Beständigkeit von Kunststoff Ersatzstoffen auf Stärke-Basis erheblich. Da das Ziel von Novon darin besteht, durch Herstellung biologisch abbaubarer Kunststoffe Verbesserungen hinsichtlich der Umwelt zu erzielen, weist Novon darauf hin, daß sich die biologische Abbaurate ändert, wenn andere abbaubare Polymere mit Stärke gemischt werden oder die Stärke modifiziert wird, um ihre Eigenschaften oder Verarbeitbarkeit zu verbessern. Für Novon besteht die Herausforderung bei der Entwicklung von Kunststoff Ersatzstoffen auf Stärke-Basis darin, die Eigenschaften zu verbessern und gleichzeitig annehmbare Abbauraten aufrechtzuerhalten, und die Quantifizierung biologischer Abbauraten im Abwasser, Boden und Kompost ist ein wichtiger Bestandteil des Produktentwicklungsverfahrens.
Stärke-Materialien wurden als Modellsysteme bei Untersuchungen physikalischer und technischer Eigenschaften von Nahrungsmitteln verwendet. Die isotherme Absorption von Wasser in Stärkegelen führt zu einem geringen Wasser- Diffusionsvermögen, welches bei geringeren Feuchtigkeitsgehalten abnimmt (Fish 1958).
Destrukturierte Stärke-Zusammensetzungen, die Formbeständigkeit und hydrophile Eigenschaften besitzen, wurden von Warner-Lambert in EP-A-409,789; 409,788; 404,728; 404,727; 404,723; US-A-5,095,054 und Plastic News, 18. Juni 1991 beschrieben.
Man nimmt an, daß ähnliche Zusammensetzungen von Archer-Daniels-Midland und Epron Industries, Ltd. hergestellt werden.
US-A-2,161,445 offenbart Kautschukgegenstände, die in der Lage sind, sich einem Quellen zu widersetzen, wenn sie mit Kohlenwasserstoffen in Berührung kommen. Eine wäßrige Latex-Mischung, aus der im wesentlichen das gesamte Wasser entfernt wurde, wird mit einem zusätzlichen Kautschuk gemischt und vulkanisiert.
Gemäß der vorliegenden Erfindung haben die Erfinder hierin die Theorie aufgestellt, daß die hydrophilen Eigenschaften der Polymere auf Stärke-Basis bei Verwendung als Füllstoff in einem Reifenlaufflächen-Kautschuk aufgrund der Benetzbarkeit des Polymers verbesserte Griffigkeit auf nasser Fahrbahn liefern, während sie auf trockener Fahrbahn gute Rollwiderstands-Eigenschaften liefern.
Demzufolge ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung die Bereitstellung eines Verfahrens, mit dem die Eigenschaften eines Kautschuk-Komposits für Reifen optimiert werden können.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft ein Elastomer für Reifen, welches 100 ThK Grund-Elastomer und verstärkende Füllstoffe umfaßt, welche 1 bis 50 ThK hydrophiles Polymer auf Stärke-Basis mit einer Tg, die je nach der Menge an darin absorbierter Feuchtigkeit von 150ºC bis 0ºC variiert, umfassen. Das hydrophile Polymer ist in dem Elastomer möglicherweise in Form von Fasern, die orientiert sein können, vorhanden.
In der erläuterten Ausführungsform ist das hydrophile Polymer aus der Gruppe bestehend aus destrukturierter Amylose, Amylopektin und Mischungen davon ausgewählt.
Es wird auch ein Kautschukkomposit-Luftreifen bereitgestellt, welcher ein derartiges Elastomer in mindestens einer Komponente desselben, vorzugsweise in der Laufflächenkrone, umfaßt.
Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Kautschukkomposit-Luftreifens, welcher 100 ThK Grund-Elastomer und verstärkende Füllstoffe umfaßt. Ein hydrophiles Polymer auf Stärke-Basis mit einer Tg, die je nach der Menge an darin absorbierter Feuchtigkeit von 150ºC bis 0ºC variiert, wird als Füllstoff ausgewählt; das Grund-Elastomer wird mit 1-50 ThK des hydrophilen Polymers auf Stärke-Basis gemischt, um ein mit hydrophilem Polymer beladenes Elastomer bereitzustellen, und der Reifen wird vulkanisiert.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 veranschaulicht einen unter Verwendung der Polymer-Mischung der Erfindung hergestellten Luftreifen und verschiedene Teile desselben, die die Polymer- Mischung enthalten können.
Fig. 2 veranschaulicht komplexe Steifigkeits-Eigenschaften bei 0ºC einer Kautschukmatrix-Kontrolle und der gleichen Kautschukformulierung beladen mit 5 und 10 ThK hydrophilem Polymer unter nassen und trockenen Bedingungen.
Fig. 3 veranschaulicht die tan delta-Eigenschaften bei 0ºC einer Kautschukmatrix- Kontrolle und der gleichen Kautschukformulierung beladen mit 5 und 10 ThK hydrophilem Polymer unter nassen und trockenen Bedingungen.
Fig. 4 veranschaulicht den gegen die Dehnung aufgetragenen tan delta-Wert für eine Kontrolle und mit 5 ThK und 10 ThK hydrophilem Polymer beladene Formulierungen.
Fig. 5 veranschaulicht die gegen die Dehnung aufgetragene komplexe Steifigkeit für die Compounds von Fig. 4.
Fig. 6 veranschaulicht den komplexen Modul, naß und trocken, der Compounds von Fig. 4 bei -70ºC.
Fig. 7 veranschaulicht eine Korrelation zwischen dem tan delta-Wert und den sich aus den Reifentestergebnissen erschließenden Griffigkeits-Eigenschaften.
Fig. 8 veranschaulicht eine Korrelation zwischen der komplexen Steifigkeit unter Scherbeanspruchung und der Laufflächenverschleiß-Änderung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verarbeitung eines Elastomers und mit Hilfe des Verfahrens hergestellte Elastomere. Insbesondere betrifft die Erfindung Grund- Elastomere, die durch hydrophile Polymer-Füllstoffe verstärkt sind.
Stärke kann zur Bildung hydrophiler, thermoplastischer Polymere mit einer Schmelztemperatur, die von der Mischbedingung des Stärke-Materials abhängt, verwendet werden.
Grund-Elastomere, z. B. Polyisopren-Kautschuk, Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR), Polybutadien-Kautschuk, Nitril-Butadien-Kautschuk (NBR), Polychloropren- Kautschuk, Naturkautschuk, EPDM (Ethylen-Propylen-Dien-Monomer-Kautschuke) und Mischungen davon können mit einem hydrophilen Polymer bei herkömmlichen Compoundiertemperaturen, wenn das hydrophile Polymer in situ chemisch hergestellt wird, oder bei einer Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes des Polymers, wenn ein thermoplastisches Stärke-Polymer verwendet wird, um das hydrophile Polymer schmelzzuformen, gemischt werden. In der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, daß das hydrophile Polymer vor seinem Einschluß in die elastomere Matrix hergestellt wird. Das hydrophile Polymer kann 1-50 ThK (Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile Elastomer), vorzugsweise 2-40 ThK und am meisten bevorzugt 3-30 ThK der resultierenden gefüllten Elastomer- Zusammensetzung umfassen.
Hydrophile Polymere, die verwendet werden können, um das Elastomer der Erfindung bereitzustellen, umfassen Polymere auf der Basis von Stärken. Beispiele für derartige Polymere sind von linearer Amylose, verzweigtem Amylopektin und Mischungen davon abgeleitet. In einer Ausführungsform besitzen derartige Polymere die Fähigkeit, ihre Identität beizubehalten, wenn sie mit dem Grund-Polymer gemischt werden, und sind demzufolge mit dem Grund-Polymer vermengbar, jedoch nicht mischbar, und sind demzufolge in der Lage, in der Matrix des Grund-Polymers Fasern zu bilden. Die gebildeten Fasern können Mikrofasern oder Kurzfasern sein, wie diese Begriffe in der Technik anerkannt sind, und können einen Durchmesser von 0,00001 mm bis 3 mm, eine Länge von 0,0001 mm bis 20 mm und ein Seitenverhältnis von 1 bis 1000 aufweisen.
Quellen für derartige hydrophile Polymere sind in den oben unter "Hintergrund" genannten Druckschriften beschrieben und die Druckschriften werden durch Bezugnahme hierin aufgenommen.
Obwohl es bevorzugt ist, daß das hydrophile Polymer in dem Elastomer Fasern bildet, ist es für Fachleute ersichtlich, daß auch homogene Mischungen eines Grund- Elastomers und eines hydrophilen Polymers hergestellt und gemäß der Erfindung verwendet werden können.
Gegebenenfalls können dem Elastomer unter Verwendung von Fachleuten wohlbekannten Verfahren, wie z. B. denjenigen, die in den hierin genannten Druckschriften beschrieben sind, 0-3 Gew.-% Pfropfmittel zugegeben werden, um eine Polymer-Kompatibilisierung und potentielle Verknüpfung zwischen dem Grund- Elastomer und dem hydrophilen Polymer bereitzustellen.
Mit Bezug nun auf Fig. 1 wird ein Luftreifen 30 veranschaulicht, der unter Verwendung eines mit hydrophilem Polymer gefüllten Elastomers der Erfindung hergestellt wird. Man nimmt an, daß das gemäß der Erfindung hergestellte, mit hydrophilem Polymer gefüllte Elastomer am vorteilhaftesten in der Laufflächenkrone eines Luftreifens verwendet werden kann.
Fachleute werden erkennen, daß das Elastomer in anderen Teilen eines Reifens verwendet werden kann, wenn die physikalischen Eigenschaften annehmbar sind. Es wurde z. B. festgestellt, daß die Verwendung eines hydrophilen Polymers in einem Elastomer die Vulkanisationszeit des Elastomers um etwa die Hälfte verringern kann und die mit hydrophilem Polymer gefüllten Elastomere in schwer zu vulkanisierenden Komponenten eines Reifens verwendet werden können, um die Gesamt- Vulkanisation des Reifens zu verbessern.
Bei der veranschaulichten Ausführungsform umfaßt der Reifen 30 ein Paar Wülste 32, um die Wülste 32 herumgewickelte Karkassenlagen 34, über den Karkassenlagen 34 im Kronenbereich befindliche Gürtel oder Zwischenbauten 36 und zwischen der Laufflächenkrone 38 und den Wülsten 32 befindliche Seitenwände 40.
Da das hydrophile Polymer geringes Wasser-Diffusionsvermögen besitzt, wenn das Elastomer in einem Laufflächen-Compound verwendet wird, ist die hydrophile Eigenschaft des Polymers unter nassen Bedingungen auf der Oberfläche der Lauffläche am offensichtlichsten. Wie in der Technik bekannt ist, verringert sich mit der Zunahme des Feuchtigkeits-Gehalts eines hydrophilen Polymers die Glasübergangstemperatur (Tg) des Polymers. Unter nassen Bedingungen absorbiert das Polymer Wasser und die Eigenschaften des Polymers an der Laufflächen- Oberfläche ändern sich proportional zu der absorbierten Wassermenge, um eine weichere, griffigere Laufflächen-Oberfläche zu ergeben, wodurch sich die Griffigkeit verbessert.
Wenn der Feuchtigkeits-Gehalt des Polymers über etwa 22% steigt, nähert sich die Tg von Materialien auf Stärke-Basis der bei Temperaturen unterhalb Raumtemperatur beobachteten Tg.
Spezielle hydrophile Polymere, die zur Verwendung in der Erfindung ins Auge gefaßt werden, können eine Tg aufweisen, die je nach ihrem Feuchtigkeits-Gehalt von etwa 150ºC bis etwa 0ºC variiert. Man nimmt an, daß derartige von Warner-Lambert erhältliche Polymere mit einer Tg, die von etwa 120ºC bis 20ºC variiert, verwendet werden können.
Durch das Verständnis der sich ändernden Eigenschaften des hydrophilen Polymers und durch Feinabstimmung des Laufflächen-Komposits unter Verwendung anderer Additive, die Fachleuten bekannt sind, ist eine gemäß der Erfindung hergestellte Laufflächen-Kautschukzusammensetzung mit hohen Verlust-(hohen Hysterese-)- Eigenschaften (was direkt mit hoher Griffigkeit in Zusammenhang steht) unter feuchten Bedingungen möglich.
Die beobachtete Änderung der Tg in dem von Stärke abgeleiteten Polymer ist reversibel und unter trockenen Bedingungen behält die Elastomer-Matrix, die ein derartiges hydrophiles Polymer enthält, eine herkömmlichere Matrix-Struktur bei und ist steifer als die Elastomer-Matrix ohne einen hydrophilen Polymer-Füllstoff und behält gute Rollwiderstands-Eigenschaften bei.
Demzufolge ist der Reifen der Erfindung daran angepaßt, spezielle Eigenschaften aufzuweisen, die für die speziellen Wetterbedingungen, denen er ausgesetzt ist, äußerst wünschenswert sind.
Bei dem Verfahren zur Herstellung des hydrophilen Elastomers der Erfindung kann irgendeine herkömmliche, in der Technik bekannte Mischapparatur einschließlich Banbury(R)~-Mischern, Extrudern und Doppelschneckenextrudern verwendet werden. Die speziellen Eigenschaften des Elastomers können durch den Erhalt spezieller Daten zu den Eigenschaften des Verwendeten speziellen hydrophilen Polymers und Steuern der Menge des hydrophilen Polymers, das in dem Elastomer verwendet wird, gesteuert werden.
Etwa 1 ThK bis 50 ThK hydrophiles Polymer in dem Elastomer ist ein guter Bereich zur Bereitstellung von Elastomeren, die gute Haftung und schwach hydrophile Eigenschaften aufweisen, bis hin zu Elastomeren, die stark hydrophile Eigenschaften besitzen.
Wie auf dem Gebiet der Faserkomposit-Verarbeitung bekannt ist, kann die Orientierung von Fasern und Mikrofasern in einem Komposit durch die Wahl der Mischapparatur, die zum Mischen des Komposits verwendet wird, und die Art und Weise, in der die Apparatur verwendet wird, gesteuert werden. Wenn das hydrophile Polymer in Form von Fasern vorliegt, kann demzufolge die Orientierung der Fasern in dem Elastomer gesteuert werden. In einer Ausführungsform können Fasern durch Extrudieren oder Kalandrieren in dem Elastomer Richtungs-orientiert werden. Eine Richtungs-Orientierung der Fasern kann einige Vorteile in Reifen-Komponenten und insbesondere der Reifenlauffläche bereitstellen.
Ein von Stärke abgeleitetes hydrophiles Polymer kann auf Amylose, Amylopektin und Mischungen davon basieren, wie von den oben genannten Warner-Lambert- Patentanmeldungen erläutert.
Fachleute werden erkennen, daß die hydrophile Beschaffenheit des in dem Elastomer verwendeten Polymers mit der Zeit die biologische Abbaubarkeit eines unter Verwendung des Elastomers hergestellten Reifens verbessern kann.
Die Erfindung wird mit Bezug auf die folgenden Beispiele weiter erläutert.

Beispiel 1

Um das Konzept der Erfindung zu veranschaulichen, wurde NovonTM 3001 als hydrophiles Polymer gewählt. Das hydrophile Polymer würde in einer Naturkautschuk (NR)-Zusammensetzung getestet. Die Kontrolle und das gefüllte Elastomer hatten die folgenden Zusammensetzungen.
* Wie in der Technik üblich, ist die obige Zusammensetzung eine nichtproduktive Mischung. Ein Vulkanisationssystem und Verarbeitungs-Hilfsmittel werden der Mischung zugegeben, um eine Zusammensetzung zu erhalten, die zu einem Kautschukprodukt vulkanisiert werden kann.
Wie aus der Formulierung ersichtlich ist, wurde das hydrophile Polymer in der Zusammensetzung als ein zugegebener Bestandteil verwendet und die anderen Füllstoffe und Bestandteile wurden bei der gleichen Konzentration gehalten.
Um die Wirkung des hydrophilen Polymers auf die Matrix zu beschreiben, wurden zusätzliche Zusammensetzungen, die 5 ThK anstelle von 10 ThK hydrophilem Polymer enthielten, in gleicher Weise hergestellt.
Die physikalischen Eigenschaften der Kontrolle und der verschiedenen Elastomer/hydrophiles Polymer-Zusammensetzungen wurden beurteilt. Bei den unten angegebenen Daten ist die komplexe Steifigkeit zu den Handhabungseigenschaften eines Compounds in trockenem Zustand in Beziehung gesetzt.
Eigenschaften unter trockenen und nassen Bedingungen Um die Wasserempfindlichkeit der Komposite zu testen, wurde der Torsionsschwingversuch verwendet. Einige Proben Wurden einen Tag lang in Wasser gelegt und andere Proben wurden trocken aufbewahrt.
Die Verlusteigenschaften bei 0ºC sind für die Eigenschaften unter nassen Bedingungen maßgeblich. Es ist eine Auswirkung auf den tan delta-Wert und die komplexe Steifigkeit unter trockenen verglichen mit nassen Bedingungen zu beobachten.

Laufflächenverschleiß

Die komplexe Steifigkeit bei -70ºC erhöht sich mit zunehmendem Gehalt an hydrophilem Polymer. Es wird eine gute Korrelation zwischen der komplexen Steifigkeit und dem Laufflächenverschleiß beobachtet. Auf einer trockenen Oberfläche ist ein geringfügiger Abfall des Laufflächenverschleißes zu erwarten.
Fig. 2 veranschaulicht, daß der komplexe Modul bei 0ºC eines hydrophilen Polymer/Elastomer-Komposits unter trockenen Bedingungen um etwa 57% und unter nassen Bedingungen geringfügig höher ist als der der Kontrolle. Eine geringe komplexe Steifigkeit bei 0ºC unter nassen Bedingungen ist insbesondere für verbesserte Eigenschaften unter nassen Bedingungen auf Oberflächen mit niedrigem mu (Reibungskoeffizient) angezeigt.
Fig. 3 veranschaulicht, daß der tan delta-Wert der gefüllten Elastomere bei 0ºC unter trockenen Bedingungen niedriger als die Kontrolle und unter nassen Bedingungen viel höher ist als die Kontrolle. Dies deutet auf eine viel bessere Griffigkeit als die der Kontrolle unter nassen Bedingungen auf Oberflächen mit niedrigem und hohem mu hin.
Um die Auswirkung von Belastung auf die Compounds als Funktion der Menge an hydrophilem Polymer in der Zusammensetzung zu messen, ist in Fig. 4 der tan delta- Wert gegen die Dehnung für die Kontrolle, ein mit 5 ThK beladenes Elastomer und ein mit 10 ThK beladenes Elastomer aufgetragen. Die Daten deuten auf eine Verbesserung des Rollwiderstands hin.
Fig. 5 (ähnlich wie Fig. 4) vergleicht die Compounds durch Messen der komplexen Steifigkeit bei unterschiedlichen Belastungen.
Fig. 6 vergleicht den komplexen Modul der Compounds bei -70ºC. Fig. 7 setzt den tan delta-Wert und die sich aus Reifentestergebnissen erschließenden Griffigkeitseigenschaften zueinander in Beziehung. Die Griffigkeit erhöht sich mit zunehmendem tan delta-Wert.
Fig. 8 vergleicht die komplexe Steifigkeit des Compounds mit dem zu erwartenden Laufflächenverschleiß. Wie aus der Figur ersichtlich ist, wird erwartet, daß der Laufflächenverschleiß abnimmt, wenn der Reifen unter nassen Bedingungen gefahren wird, dieser Faktor muß jedoch gegen die erzielte Verbesserung hinsichtlich der Griffigkeit abgewogen werden.

Schlußfolgerung

Die Verlusteigenschaften nahmen bei 0ºC zu; bei nassen verglichen mit trockenen Proben verringerte sich außerdem der komplexe Modul.
Die Verlusteigenschaften bei 60ºC waren für das mit hydrophiler Substanz gefüllte Elastomer durchweg geringer, was einen verringerten Rollwiderstand prophezeit. Aufgrund erhöhter Dämpfungseigenschaften (bei niedriger Temperatur) wird eine Verbesserung der Geräuscheigenschaften erwartet. Das mit 10 ThK beladene Compound lieferte eine Erhöhung des integrierten Verlustmoduls von 50% (Verringerung um 2, 2 dB im Ausrolltest). Beim integrierten Verlustmodul handelt es sich um die Integration des Verlustmoduls über einen Temperaturbereich von -100ºC bis 0ºC.

Beispiel 2

Bestimmte Beschleuniger sind anfällig dafür, Wasser chemisch an sich zu binden. Es wird vermutet, daß das Vulkanisationsverhalten von Compounds, die diese Beschleuniger enthalten, durch den Wassergehalt des Compounds und die Feuchtigkeitsbedingungen bei der Verarbeitung und Lagerung beeinflußt wird. Um diese Wirkungen zu maximieren und schließlich einen Nutzen aus ihnen zu ziehen, haben wir die Verwendung von von Stärke abgeleiteten Polymeren mit unterschiedlichem Wassergehalt untersucht. Es wurde eine erhebliche Auswirkung auf das Vulkanisationsverhalten erzielt.

Experimente

Eine quantitative Untersuchung des Einflusses der Feuchtigkeit und des Wassergehalts auf die Vulkanisation wurde unter Verwendung eines Naturkautschuk-Compounds mit MBS (N-Morpholylbenzothiazol-2-sulfenamid) als Hauptbeschleuniger ("Effect of humidity and water content on the cure behavior of a natural rubber accelerated sulfur compound" von J. Butler und P. K. Freakley, Rubber Chemistry and Technology, Band 65, S. 374) durchgeführt. Eine Untersuchung des Mechanismus, durch den Wasser das Vulkanisationsverhalten des Compounds beeinflußt, ergab, daß eine Hydrolyse des Beschleunigers, MBS, seine Anvulkanisations-verzögernde Wirkung hemmen würde und MBT (2- Mercaptobenzothiazol) liefern könnte, was die Vulkanisationsgeschwindigkeit erhöhen würde.
10 ThK Stärke-Polymer in so gut wie trockenem Zustand (Feuchtigkeitsgehalt 5%) und mit einem hohen Feuchtigkeitsgehalt (durch Zugabe von Wasser zu dem Stärke- Polymer) wurden in eine NR-Matrix eingemischt. Die verwendete Compound-Matrix war mit Kieselsäure mit einer spezifischen Oberfläche von 120 m²/g beladen. Die statischen und dynamischen Eigenschaften des resultierenden Elastomers wurden mit denen der gleichen Elastomer-Zusammensetzung ohne den hydrophilen Polymer-Füllstoff verglichen.
Es ist bekannt, daß zusätzlich zu der vor der Vulkanisation in dem Compound vorhandenen Feuchtigkeit durch die Reaktion zwischen Zinkoxid und Laurinsäure während der Vulkanisation ein bestimmte Menge an Wasser erzeugt wird. In dieser Untersuchung hatte das dem Stärke-Polymer zugegebene Wasser die stärkste Auswirkung.
Die Reversion wurde verbessert und T90 wurde um 40% verringert, wenn Wasser Stärke-Polymeren, mit denen das Elastomer beladen wurde, zugegeben wurde.
Bei dem Elastomer, das mit Stärke-Polymer gefüllt war, welchem Wasser zugegeben worden war, war der 300% Modul höher (+ 2 MPa verglichen mit der Matrix), der Rückprall höher (60,8 verglichen mit 58,2 für die Matrix bei 23ºC) und: die. Härte höher (64,5 verglichen mit 61,3 für die Matrix).
Der Grün-Modul war bei dem Elastomer, das Novon 3001 + Wasserformulierung umfaßte, höher.
Es war zu beobachten, daß der Wassergehalt einer unter Verwendung von Stärke + Wasser hergestellten Kautschuk-Matrix aufgrund der Fähigkeit des Stärke-Polymers, seinen Wassergehalt schnell freizusetzen, nach der Vulkanisation im wesentlichen dem Feuchtigkeitsgehalt in einer Kautschukmatrix-Kontrolle entspricht.
Während spezielle Ausführungsformen der Erfindung veranschaulicht und beschrieben wurden, ist für Fachleute offensichtlich, daß die Erfindung in vielfältiger Weise innerhalb des Umfangs der Ansprüche abgewandelt werden kann.

Claims

1. Elastomer für Reifen, umfassend

(a) 100 ThK Grund-Elastomer; und

(b) verstärkende Füllstoffe; dadurch gekennzeichnet, daß die verstärkenden Füllstoffe 1 bis 50 ThK hydrophiles Polymer auf Stärke-Basis mit einer Tg, die je nach der Menge an darin absorbierter Feuchtigkeit von 150ºC bis 0ºC variiert, umfassen.

2. Elastomer nach Anspruch 1, worin das hydrophile Polymer in dem Elastomer in Form von Fasern vorhanden ist.

3. Elastomer nach Anspruch 1, umfassend herkömmliche verstärkende Füllstoffe, wie z. B. Ruß und Kieselsäure.

4. Gummikomposit-Luftreifen, umfassend mindestens ein Paar Reifenwülste, um die Wülste herumgewickelte Karkassenlagen, über den Karkassenlagen in einem Kronenbereich des Reifens angeordnete Lauffläche und zwischen der Lauffläche und den Wülsten angeordnete Seitenwände, wobei der Reifen dadurch gekennzeichnet ist, daß er das Elastomer nach irgendeinem der Ansprüche 1-3 umfaßt.

5. Reifen nach Anspruch 4, worin das Elastomer die Lauffläche des Reifens umfaßt.

6. Verfahren zur Herstellung eines Gummikomposit-Luftreifens umfassend

(a) 100 ThK Grund-Elastomer; und

(b) verstärkende Füllstoffe; gekennzeichnet durch:

Auswahl eines hydrophilen Polymers auf Stärke-Basis mit einer Tg, die je nach der Menge an darin absorbierter Feuchtigkeit von 150ºC bis 0ºC variiert, als Füllstoff;

Mischen des Grund-Elastomers mit 1-50 ThK des hydrophilen Polymers auf Stärke-Basis, um ein mit hydrophilem Polymer beladenes Elastomer bereitzustellen; und

Vulkanisation des Reifens.

7. Verfahren nach Anspruch 6, umfassend die folgenden weiteren Schritte:

Beobachten der Vulkanisation des Reifens, um zu bestimmen, welche Komponenten langsamer vulkanisieren, und Modifizieren der Kautschukformulierung von langsamer vulkanisierenden Komponenten durch Zugabe von 1-50 ThK hydrophilem Polymer, welches einen erheblichen Wassergehalt aufweist, um die Vulkanisationsgeschwindigkeit der Komponenten zu ändern.

8. Verfahren nach Anspruch 6, umfassend den weiteren Schritt der Zugabe unterschiedlicher Mengen an hydrophilem Polymer zu unterschiedlichen Komponenten, um die Vulkanisationszeit der Komponenten so einzustellen, daß die Vulkanisationszeiten im wesentlichen gleich sind.