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WO2024125736A1 - Vulkanisierbare kautschukmischung und vulkanisat mit verbesserten roll- und abriebseigenschaften - Google Patents

Vulkanisierbare kautschukmischung und vulkanisat mit verbesserten roll- und abriebseigenschaften Download PDF

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Publication number
WO2024125736A1
WO2024125736A1 PCT/DE2023/200247 DE2023200247W WO2024125736A1 WO 2024125736 A1 WO2024125736 A1 WO 2024125736A1 DE 2023200247 W DE2023200247 W DE 2023200247W WO 2024125736 A1 WO2024125736 A1 WO 2024125736A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
vulcanizable rubber
hydrogen atoms
groups
organosilicon
rubber mixture
Prior art date
Application number
PCT/DE2023/200247
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Sebastian Finger
Carla Recker
Julien Davin
Original Assignee
Continental Reifen Deutschland Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Continental Reifen Deutschland Gmbh filed Critical Continental Reifen Deutschland Gmbh
Publication of WO2024125736A1 publication Critical patent/WO2024125736A1/de

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/34—Silicon-containing compounds
    • C08K3/36—Silica
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60C—VEHICLE TYRES; TYRE INFLATION; TYRE CHANGING; CONNECTING VALVES TO INFLATABLE ELASTIC BODIES IN GENERAL; DEVICES OR ARRANGEMENTS RELATED TO TYRES
    • B60C1/00—Tyres characterised by the chemical composition or the physical arrangement or mixture of the composition
    • B60C1/0016—Compositions of the tread
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C08K5/541—Silicon-containing compounds containing oxygen
    • C08K5/5415—Silicon-containing compounds containing oxygen containing at least one Si—O bond
    • C08K5/5419—Silicon-containing compounds containing oxygen containing at least one Si—O bond containing at least one Si—C bond
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    • C08K5/544—Silicon-containing compounds containing nitrogen
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    • C08K5/54—Silicon-containing compounds
    • C08K5/548—Silicon-containing compounds containing sulfur
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C08L9/00—Compositions of homopolymers or copolymers of conjugated diene hydrocarbons
    • C08L9/06—Copolymers with styrene
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/01—Use of inorganic substances as compounding ingredients characterized by their specific function
    • C08K3/013—Fillers, pigments or reinforcing additives
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K5/00—Use of organic ingredients
    • C08K5/0008—Organic ingredients according to more than one of the "one dot" groups of C08K5/01 - C08K5/59
    • C08K5/0025—Crosslinking or vulcanising agents; including accelerators

Definitions

  • Vulcanizable rubber compound and vulcanizate with improved rolling and abrasion properties Vulcanizable rubber compound and vulcanizate with improved rolling and abrasion properties
  • the invention relates to a vulcanizable rubber mixture, a vulcanizate that can be produced therefrom and a rubber product containing this vulcanizate. Also disclosed is the use of a corresponding vulcanizable rubber mixture or a corresponding vulcanizate in the production of rubber products to improve the abrasion properties.
  • silicon-containing compounds in particular silicon dioxide compounds, such as fumed silica, or silicates. It has been shown that particularly favorable properties can be obtained if the silicon-containing compounds are modified on their surface by organosilanization, which is also referred to as organosilylation.
  • organosilicon compounds in particular organyloxysilylorganic compounds, i.e. with compounds that have at least one CO-Si bond and at least one organic radical attached by a Si-C bond.
  • the primary object of the present invention was to eliminate or at least reduce the disadvantages of the prior art described above.
  • a vulcanizable rubber mixture and corresponding vulcanizates that can be produced therefrom, which have excellent mechanical properties and in particular best solve the conflicting objectives of good rolling properties, in particular with regard to rolling resistance and wet grip, on the one hand, and advantageous abrasion behavior on the other hand.
  • vulcanizable rubber mixtures and vulcanizates to be specified should be producible, if possible, using production processes that are already used today in the field of rubber processing.
  • organosilicon compounds are used in vulcanizable rubber mixtures which comprise organosilicon-modified resins and fillers with free OH groups on the filler surface, in particular silicon-containing fillers, as defined in the claims.
  • a mixture component for example for the diene rubbers or the organosilicon-modified resins, both If specific amounts or proportions of this mixture component and preferred embodiments of the mixture component are disclosed, the specific amounts or proportions of the preferably configured mixture components are also disclosed in particular. In addition, it is disclosed that with the corresponding specific total amounts or total proportions of the mixture components, at least some of the mixture components can be preferably configured and in particular also that preferably configured mixture components can in turn be present in the specific amounts or proportions within the specific total amounts or total proportions.
  • the invention relates to a vulcanizable rubber mixture
  • Vulcanizable rubber mixtures per se and their typical components as well as typical production processes for obtaining corresponding vulcanizable rubber mixtures are well known to those skilled in the art in the field of rubber processing.
  • the components of the vulcanizable rubber compound defined above are each used as “one or more".
  • the term “one or more” refers, in accordance with industry practice, to the chemical nature of the respective compounds and not to their amount.
  • the vulcanizable rubber compound may comprise exclusively SBR as a diene rubber, which would mean that the vulcanizable rubber compound comprises a plurality of the respective molecules.
  • mass fractions are specified below, these are specified in accordance with industry practice in many cases as combined mass fractions of one or more components, which expresses that the mass fraction of the correspondingly formed components together meets the corresponding criteria.
  • the phr (parts per hundred parts of rubber by weight) specification used here is the quantity specification for mixture recipes commonly used in the rubber industry, which indicates the mass fractions of the components in the rubber mixture in relation to the mass of the high molecular weight (weight average) present in the rubber mixture.
  • Molar mass Mw according to GPC greater than 60,000 g/mol) rubbers can be specified, with the combined mass fraction of the high molecular weight rubbers in the rubber mixture corresponding to 100 phr.
  • the specification phf (parts per hundred parts of filler by weight) is analogous to the quantity specification commonly used in the rubber industry for mixture recipes, in particular for coupling agents for fillers, based on the mass of the fillers present in the rubber mixture.
  • the specification phf refers only to the fillers present in the vulcanizable rubber mixture, which are selected from the group consisting of fillers with free OH groups on the filler surface, ie in particular silicon-containing fillers, the combined mass fraction of which corresponds to 100 phf, so that other fillers which may be present, such as ordinary carbon black, are not included in the calculation of the phf.
  • organic groups e.g. -CH3
  • organic compound units e.g. -CH2-CH2- or -CH2-CHR x - CH2-, where R x can in turn be an organic group, for example
  • non-hydrogen atoms in organic groups and compound units is convenient for the person skilled in the art and is familiar to him on the basis of his specialist knowledge. This can be used to express that organic compound units or groups can not only be pure hydrocarbon units or hydrocarbon groups, but can also regularly contain heteroatoms in As a result, the organic compound units or groups also contain functional groups such as ester groups or ether groups.
  • functional groups such as ester groups or ether groups.
  • hydrogen atoms can of course also be present and will be present in the vast majority of cases, but that due to their monovalent nature, these will not be present in the chain but will instead fill the valences remaining on the "non-hydrogen atoms".
  • organic group with three non-hydrogen atoms means, for example, in accordance with the understanding of the person skilled in the art, that the organic group comprises three further non-hydrogen atoms in addition to hydrogen atoms.
  • a vulcanizable rubber mixture according to the invention is preferred, wherein the non-hydrogen atoms are selected from the group consisting of C, N, O, S, P, F, Cl and Br, preferably selected from the group consisting of C, N, O and S.
  • the definition of organic compound units or groups results in an implicit functional restriction in that these are of course groups or compound units whose constitution does not contradict any fundamental chemical principles, so that the above units do not consist exclusively of halides, for example.
  • the vulcanizable rubber mixture according to the invention comprises at least one diene rubber.
  • the advantage of the vulcanizable rubber mixture according to the invention is that it is very flexible with regard to the diene rubbers to be used, so that in principle all rubbers customary in the industry can be used.
  • a vulcanizable rubber mixture according to the invention is preferred, wherein the one or more diene rubbers are selected from the group consisting of natural polyisoprene, synthetic polyisoprene, epoxidized polyisoprene, butadiene rubber, solution-polymerized styrene-butadiene rubber, emulsion-polymerized styrene-butadiene rubber, polynorbornene, ethylene-propylene-diene rubber, nitrile rubber, acrylate rubber, styrene-isoprene-butadiene terpolymer, butyl rubber and halobutyl rubber, wherein the one or more diene rubbers are preferably selected from the group consisting of natural polyisoprene (NR), synthetic polyisoprene (IR), butadiene rubber (BR), solution-polymerized styrene-butadiene rubber (SSBR
  • a vulcanizable rubber mixture according to the invention is also preferred, wherein at least one of the diene rubbers, preferably all of the one or more diene rubbers, is an end-group-modified and/or chain-modified diene rubber, preferably an end-group-modified diene rubber.
  • SBR, BR and IR or NR have proven particularly suitable as diene rubbers for obtaining vulcanizable rubber mixtures which can be converted into particularly high-performance vulcanizates by vulcanization.
  • a vulcanizable rubber mixture according to the invention is therefore preferred, in which the vulcanizable Rubber mixture as diene rubber comprises styrene-butadiene rubber, preferably solution-polymerized styrene-butadiene rubber, preferably in a combined mass fraction of 30 phr or more, particularly preferably 50 phr or more, very particularly preferably 70 phr or more.
  • a vulcanizable rubber mixture according to the invention, wherein the vulcanizable rubber mixture comprises butadiene rubber as diene rubber, preferably in a combined mass fraction of 30 phr or more, particularly preferably 50 phr or more, very particularly preferably 70 phr or more.
  • a vulcanizable rubber mixture comprises natural polyisoprene and/or synthetic polyisoprene, preferably natural polyisoprene, as diene rubber, preferably in a combined mass fraction in the range from 1 to 40 phr, particularly preferably in the range from 2 to 35 phr, very particularly preferably in the range from 5 to 30 phr.
  • a vulcanizable rubber mixture wherein the diene rubber(s) have a weight-average molecular weight Mw, measured by GPC, in the range from 200,000 to 5,000,000 g/mol, preferably in the range from 250,000 to 2,500,000.
  • a vulcanizable rubber mixture according to the invention is preferred, wherein the vulcanizable rubber mixture comprises two or more, preferably three or more, different diene rubbers as diene rubber.
  • the vulcanizable rubber mixture according to the invention comprises one or more fillers which are selected from the group consisting of fillers with free OH groups on the filler surface.
  • amorphous silicon dioxide compounds in particular are fillers with free OH groups on the filler surface.
  • the vulcanizable rubber mixture according to the invention accordingly preferably comprises one or more silicon-containing fillers which are particularly preferably selected from the group consisting of amorphous, i.e. non-crystalline, silicon dioxides.
  • amorphous silicon dioxides the compounds which - for historical reasons - are also referred to as "silicic acids" or, based on the English term, "silica” are of outstanding importance in the rubber industry, especially the tire industry, so that the use of these "silicic acids” as silicon-containing fillers is preferred in essentially all cases. Accordingly, a vulcanizable rubber mixture according to the invention is very particularly preferred, wherein the one or more silicon-containing fillers are selected from the group consisting of pyrogenic silicon dioxide and precipitated silicon dioxide, particularly preferably precipitated silicon dioxide.
  • a vulcanizable rubber mixture according to the invention is preferred, wherein the one or more silicon-containing fillers have a nitrogen surface area (BET surface area) according to DIN ISO 9277:2014-01 and DIN 66132:1975-07 in the range from 35 to 350 m 2 /g, preferably in the range from 45 to 300 m 2 /g, particularly preferably in the range from 60 to 280 m 2 /g.
  • BET surface area nitrogen surface area
  • a vulcanizable rubber mixture according to the invention wherein the one or more silicon-containing fillers have a CTAB surface area according to ASTM D 3765-03 in the range from 35 to 350 m 2 /g, preferably in the range from 45 to 300 m 2 /g, particularly preferably in the range from 60 to 280 m 2 /g.
  • the inventors have found that the vulcanizable rubber mixtures according to the invention advantageously show excellent results even for high filler contents.
  • the solution identified within the scope of the present invention shows the greatest advantages, however, particularly at medium filler contents.
  • a vulcanizable rubber mixture according to the invention is preferred, wherein the vulcanizable rubber mixture comprises the one or more fillers with free OH groups on the filler surface, preferably the one or more silicon-containing fillers, in a combined mass fraction in the range from 5 to 250 phr, preferably in the range from 20 to 180 phr, particularly preferably in the range from 30 to 160 phr, very particularly preferably in the range from 40 to 130 phr.
  • fillers to be used according to the invention with free OH groups on the filler surface preferably the silicon-containing fillers
  • further fillers can also be present which do not have free OH groups on the filler surface, which makes it possible to specifically adapt the properties of the vulcanizable rubber mixture.
  • a vulcanizable rubber mixture according to the invention is preferred, wherein the vulcanizable rubber mixture comprises one or more further fillers which are selected from the group consisting of fillers which do not have free OH groups on the filler surface, wherein the combined mass fraction of the further fillers is preferably in the range from 0.1 to 100 phr, particularly preferably in the range from 0.5 to 50 phr.
  • vulcanizable rubber mixtures which serve, for example, to influence the physicochemical properties, e.g. the processing and vulcanization properties, of the vulcanizable rubber mixtures or the mechanical properties of the vulcanizates that can be produced therefrom.
  • a vulcanizable rubber mixture comprising one or more plasticizers, wherein the plasticizers are preferably selected from the group consisting of mineral oils, synthetic plasticizers, fatty acids, fatty acid derivatives, factitious oils, glycerides, terpenes, biomass-to-liquid oils (BTL oils) and rubber-to-liquid oils (RTL oils), wherein the vulcanizable rubber mixture preferably comprises the plasticizers in a combined mass fraction in the range from 1 to 100 phr, preferably in the range from 10 to 80 phr, particularly preferably in the range from 20 to 60 phr.
  • plasticizers are preferably selected from the group consisting of mineral oils, synthetic plasticizers, fatty acids, fatty acid derivatives, factitious oils, glycerides, terpenes, biomass-to-liquid oils (BTL oils) and rubber-to-liquid oils (RTL oils)
  • the vulcanizable rubber mixture preferably comprises the plasticizers in a combined mass fraction in the
  • a vulcanizable rubber mixture according to the invention is also exemplary, wherein the vulcanizable rubber mixture comprises one or more further additives, wherein the further additives are preferably selected from the group consisting of methylene donors, anti-aging agents, for example N-phenyl-N'-(1,3-dimethylbutyl)-p-phenylenediamine (6PPD), N,N'-diphenyl-p-phenylenediamine (DPPD), N,N'-ditolyl-p-phenylenediamine (DTPD), N-isopropyl-N'-phenyl-p-phenylenediamine (IPPD), 2,2,4-trimethyl-1,2-dihydroquinoline (TMQ), activators, for example zinc oxide and fatty acids, waxes, mastication aids, for example 2,2'-dibenzamidodiphenyl disulfide (DBD) and processing aids, wherein the vulcanizable
  • vulcanizable rubber mixture according to the invention, wherein the vulcanizable rubber mixture comprises one or more other resins which are not organosilicon-modified resins, preferably plasticizer resins and/or reinforcing resins, preferably in a combined mass fraction in the range from 0.5 to 50 phr, particularly preferably in the range from 1 to 40 phr, very particularly preferably in the range from 5 to 30 phr.
  • plasticizer resins and/or reinforcing resins preferably in a combined mass fraction in the range from 0.5 to 50 phr, particularly preferably in the range from 1 to 40 phr, very particularly preferably in the range from 5 to 30 phr.
  • the person skilled in the art of rubber processing is easily able to distinguish resins from diene rubbers and any liquid polymer components, which in practice is done in particular via the average molecular weight or the glass transition temperature.
  • An example is a vulcanizable rubber mixture according to the invention, wherein the one or more further resins have a glass transition temperature, measured by means of DSC, T g of -20 °C or more, preferably of -15 °C or more, particularly preferably of -10 °C or more. Additionally or alternatively, an example is also a vulcanizable rubber mixture according to the invention, wherein the one or more further resins have a weight-average molar mass Mw, measured by means of GPC, in the range from 200 to 50,000 g/mol, preferably in the range from 400 to 40,000 g/mol, particularly preferably in the range from 600 to 30,000 g/mol, very particularly preferably in the range from 800 to 20,000 g/mol.
  • a vulcanizable rubber mixture according to the invention is preferred, wherein the vulcanizable rubber mixture contains 0.5 to 8.0 phr, preferably 0.8 to 6 phr, particularly preferably 1 to 4 phr, of sulfur.
  • the use of sulfur or sulfur donors can also be dispensed with, since these can themselves function as sulfur donors.
  • a vulcanizable rubber mixture according to the invention is also preferred, wherein the vulcanizable rubber mixture comprises further vulcanization components, wherein the further vulcanization components are selected from the group consisting of crosslinkers, vulcanization retarders and vulcanization accelerators, for example thiazole accelerators, mercapto accelerators, sulfenamide accelerators, thiocarbamate accelerators, thiuram accelerators, thiophosphate accelerators, thiourea accelerators, xanthate accelerators or guanidine accelerators.
  • crosslinkers for example thiazole accelerators, mercapto accelerators, sulfenamide accelerators, thiocarbamate accelerators, thiuram accelerators, thiophosphate accelerators, thiourea accelerators, xanthate accelerators or guanidine accelerators.
  • peroxidic crosslinkers can also be used, for example.
  • Suitable peroxidic crosslinkers are, for example, organic peroxides such as dicumyl peroxide, di-(2,4-dichlorobenzoyl) peroxide, tert-butyl peroxybenzoate, 1,1-di-(tert-butylperoxy)-3,3,5-trimethylcyclohexane, butyl ⁇ 4,4-di-(tert-butylperoxy)valerate, 2,5-dimethyl-2,5-di(tert-butylperoxy)hexyne, di-tert-butyl peroxide, 2,5-dimethyl-2,5-di-(tert-butylperoxy)hexane, di-(2-tert-butylperoxyisopropyl)benzene or tert-butylcumyl peroxide, whereby these crosslinkers can also be used in any combination with one another.
  • organic peroxides such as dicumyl peroxide, di-
  • a particularly important component of the vulcanizable rubber mixtures according to the invention are the organosilicon-modified resins.
  • organosilicon-modified resins are disclosed, for example, in WO 2018/191187 A1.
  • organosilicon-modified resins comprise the typical oligomeric or (co-)polymeric backbone of conventional resins, but also have at least one filler-reactive group. Since the boundaries between oligomeric and polymeric compounds are ultimately blurred and a distinction does not provide any advantage for the invention, in the context of the present invention both cases are referred to as a (co-)polymeric backbone or a (co-)polymer chain, which accordingly also includes chains that could be referred to as (co-)oligomer chains.
  • the filler-reactive group must be a group that can react with such surface OH groups of the fillers.
  • these filler-reactive groups could in principle be a large number of functional groups that enable the required reactivity with OH groups, for example isocyanate groups for the formation of carbamates.
  • the filler-reactive group can, for example, be those with hydroxy groups and/or ethoxy groups and/or epoxy groups and/or siloxane groups and/or amino groups and/or aminosiloxane and/or carboxy groups and/or phthalocyanine groups and/or silane sulfide groups.
  • a vulcanizable rubber mixture according to the invention is preferred, wherein the vulcanizable rubber mixture comprises the one or more organosilicon-modified resins in a combined mass fraction in the range from 0.5 to 60 phr, preferably in the range from 1 to 50 phr, particularly preferably in the range from 5 to 40 phr. Additionally or alternatively, a vulcanizable rubber mixture according to the invention is preferred, wherein the vulcanizable rubber mixture comprises two or more different organosilicon-modified resins.
  • the inventors have succeeded in identifying particularly suitable organosilicon-modified resins, the use of which can achieve particularly advantageous rolling resistance and favorable wet grip behavior and with which, within the scope of the present invention, advantageous abrasion behavior can also be achieved, so that the conflict of objectives in this regard is resolved in an advantageous manner.
  • a vulcanizable rubber mixture wherein the one or more organosilicon-modified resins have a glass transition temperature, measured by DSC, T g of -20 °C or more, preferably of -15 °C or more, particularly preferably of -10 °C or more.
  • a vulcanizable rubber mixture wherein the one or more organosilicon-modified resins have a weight-average molar mass Mw, measured by GPC, in the range from 200 to 60,000 g/mol, preferably in the range from 400 to 50,000 g/mol, particularly preferably in the range from 500 to 40,000 g/mol, most preferably in the range from 600 to 35,000 g/mol.
  • the weight-average molar mass is determined by means of gel permeation chromatography in accordance with DIN 55672-1: 2016-03 (GPC with tetrahydrofuran as eluent, polystyrene standard; size exclusion chromatography; SEC).
  • a vulcanizable rubber mixture according to the invention is preferred, wherein the one or more organosilicon-modified resins are terminally organosilicon-modified resins.
  • organosilicon modification With regard to the chemical structure of the organosilicon modification, the inventors believe that this can be initially defined generically by attaching the necessary silicon-containing functional group to the (co)polymer chain of the resin via a linker unit T.
  • a vulcanizable rubber mixture according to the invention is preferred, wherein the one or more organosilicon-modified resins have at least one structural element of the formula II):
  • R 7 R 8 R 9 (R 7 R 8 R 9 )Si - T -, where the radicals R 7 , R 8 and R 9 are independently linear or branched organic groups having 1 to 20 non-hydrogen atoms, where the organic group of at least one of the radicals R 7 , R 8 and R 9 is bonded to the Si atom via an oxygen atom, where T is a linear or branched, preferably linear, organic compound unit having 1 to 60, preferably 2 to 40, particularly preferably 5 to 20, non- hydrogen atoms via which the structural element of formula II) is attached to the (co)polymer chain of the organosilicon-modified resin.
  • organosilicon-modified resins are organyloxysilylorganic compounds, which means to the person skilled in the art that the organosilicon-modified resin is suitable for organosilanization.
  • organyloxysilyl expresses that the corresponding organosilicon-modified resins have at least one organic radical that is bonded to the central silicon atom of the (R 7 R 8 R 9 )Si group via an oxygen atom. This organyloxy group, e.g.
  • an alkoxy group such as an ethoxy group
  • an alkoxy group is the leaving group that can be released in the course of a condensation reaction on the surface of the filler with free OH groups on the filler surface, so that, for example in the case of silicon-containing fillers, Si-O-Si bonds are created.
  • organosilicon-modified resins can be used in which two of the three radicals R 7 , R 8 and R 9 are directly attached to the central silicon via a carbon atom and which accordingly have only one leaving group
  • organosilicon-modified resins are preferred which have three, usually even identical, leaving groups, which in practice are often ethoxy groups which are released as ethanol in the course of the reaction.
  • the corresponding This design is usually preferred with regard to the synthesis of the compounds, the production costs and the handling of the released leaving groups, which can be relatively easily removed from the mixture.
  • corresponding organosilicon-modified resins with two or more leaving groups can at least potentially also bind to different particles of the filler.
  • radicals R 7 , R 8 and R 9 are independently linear or branched alkoxy groups or alkyl groups having 1 to 10 carbon atoms, wherein at least one of the radicals R 7 , R 8 and R 9 is an alkoxy group.
  • a vulcanizable rubber mixture according to the invention is preferred, wherein the radicals R 7 , R 8 and R 9 are independently linear alkoxy groups or alkyl groups.
  • preference is additionally or alternatively given to a vulcanizable rubber mixture according to the invention, wherein the radicals R 7 , R 8 and R 9 are independently alkoxy groups or alkyl groups having 1 to 5 carbon atoms, preferably having 2 or 3 carbon atoms.
  • Preference is additionally or alternatively given to a vulcanizable rubber mixture according to the invention, wherein at least two, preferably all, of the radicals R 7 , R 8 and R 9 are alkoxy groups.
  • a vulcanizable rubber mixture according to the invention is particularly preferred, wherein the radicals R 7 , R 8 and R 9 are identical.
  • a vulcanizable rubber mixture according to the invention is very particularly preferred, wherein the radicals R 7 , R 8 and R 9 are ethoxy groups.
  • the linker unit T is provided with at least one heteroatom and preferably also further functional groups. This not only makes it easier to bind the organosilicon modification to the (co)polymer chain of the organosilicon-modified resin. Rather, the inventors' experiments have also shown that the properties of the organosilicon-modified resins or their effect in the vulcanizable rubber mixture can be influenced by the choice of functional groups and heteroatoms. Against this background, a vulcanizable rubber mixture according to the invention is preferred, wherein the one or more organosilicon-modified resins have at least one structural element of the formula III):
  • R 7 R 8 R 9 (R 7 R 8 R 9 )Si - U - A - V -, where the radicals R 7 , R 8 and R 9 are independently linear or branched organic groups with 1 to 20 non-hydrogen atoms, where the organic group of at least one of the radicals R 7 , R 8 and R 9 is bonded to the Si atom via an oxygen atom, where U is a linear or branched, preferably linear, organic compound unit with 1 to 30, preferably 2 to 25, particularly preferably 5 to 20, non-hydrogen atoms, where U preferably comprises at least one functional group selected from the group consisting of amide groups, ester groups, carboxylic acid groups, ether groups and hydroxy groups, particularly preferably selected from the group consisting of amide groups, ether groups and hydroxy groups, where A is a heteroatom, preferably nitrogen or oxygen, particularly preferably oxygen, where V is a linear or branched, is preferably a linear, organic compound unit having 1 to 20, preferably 2 to 15, particularly preferably 5 to
  • connection to the (co)polymer chain of the organosilicon-modified resin is via an aromatic ring system.
  • a vulcanizable rubber mixture according to the invention is preferred, wherein the one or more organosilicon-modified resins have at least one structural element of the formula IV):
  • organosilicon modification which, in combination with the specific silane coupling agents, particularly good results were achieved in resolving the conflict of objectives between rolling properties and abrasion resistance.
  • organosilicon-modified resins contain at least one structural element of the formula V):
  • radicals R 7 , R 8 and R 9 are independently linear or branched organic groups having 1 to 20 non-hydrogen atoms, wherein the organic group of at least one of the radicals R 7 , R 8 and R 9 is bonded to the Si atom via an oxygen atom.
  • the organosilicon-modified resins comprise a (co)polymer chain as a backbone.
  • These are (co)polymers which are produced or can be produced by polymerization from a specific monomer composition.
  • the expert's understanding and the usual procedure in the field of technology it is expedient to define such (co)polymers via the production process or the starting materials used for production, since it is largely impossible to define the corresponding materials in their entirety in any other conclusive way.
  • the manufacturability is specified in relation to the monomer composition, which is in accordance with with the expert understanding includes all monomeric components which are converted into monomer units of the (co)polymer chain during the polymerization. Accordingly, other components which may be present in the reaction mixture during the polymerization but are not incorporated into the (co)polymer chain during the polymerization, such as solvents, are not included in the monomer composition.
  • the starting point for the further description of the (co)polymer chain is thus initially a vulcanizable rubber mixture according to the invention, wherein the one or more organosilicon-modified resins comprise a (co)polymer chain which can be prepared by polymerization of a monomer composition.
  • a vulcanizable rubber mixture according to the invention is preferred, wherein the monomer composition comprises one or more polymerizable monomers selected from the group consisting of unsaturated aliphatic monomers and unsaturated aromatic monomers, preferably selected from the group consisting of unsaturated aromatic monomers, wherein the monomer composition preferably consists of these monomers. Additionally or alternatively, a vulcanizable rubber mixture according to the invention is preferred, wherein the monomer composition comprises one or more polymerizable monomers selected from the group consisting of acrylates, methacrylates, terpenes, unsaturated fatty acids and vinyl aromatic compounds, wherein the monomer composition preferably consists of these monomers.
  • a vulcanizable rubber mixture according to the invention is particularly preferred, wherein the monomer composition comprises one or more polymerizable monomers selected from the group consisting of ethylenically unsaturated aromatic monomers, preferably a- Methylstyrene and/or styrene, the monomer composition preferably consisting of these monomers.
  • a vulcanizable rubber mixture according to the invention is also particularly preferred, wherein the one or more organosilicon-modified resins comprise a (co)polymer chain of polymerized a-methylstyrene and/or styrene, preferably a-methylstyrene and styrene.
  • the second essential component of the vulcanizable rubber mixtures according to the invention are the specific organosilicon compounds according to the formulas l.a) and l.b).
  • a vulcanizable rubber mixture according to the invention is preferred, wherein the vulcanizable rubber mixture comprises the one or more organosilicon compounds in a combined mass fraction in the range from 0.5 to 25 phr, preferably in the range from 1 to 20 phr, particularly preferably in the range from 2 to 15 phr.
  • a vulcanizable rubber mixture according to the invention is preferred, wherein the vulcanizable rubber mixture comprises the one or more
  • Organosilicon compounds in a combined mass fraction in the range of 1 to 50 phf, preferably in the range of 2 to 40 phf, particularly preferably in the range of 3 to 30 phf,
  • the person skilled in the art will understand that the above statements regarding the (R 7 R 8 R 9 )Si group also apply to the (R 1 R 2 R 3 )Si group or the (R 4 R 5 R 6 )Si group.
  • a vulcanizable rubber mixture according to the invention wherein the radicals R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 and R 6 are independently linear or branched alkoxy groups or alkyl groups having 1 to 10 carbon atoms, wherein at least one of the radicals R 1 , R 2 and R 3 and one of the radicals R 4 , R 5 and R 6 is an alkoxy group. Additionally or alternatively, a vulcanizable rubber mixture according to the invention is also preferred, wherein the radicals R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 and R 6 are each independently linear alkoxy groups or alkyl groups.
  • a vulcanizable rubber mixture according to the invention is preferred, wherein the radicals R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 and R 6 are each independently alkoxy groups or alkyl groups having 1 to 5 carbon atoms, preferably having 2 or 3 carbon atoms.
  • a vulcanizable rubber mixture according to the invention is preferred, wherein at least two, preferably all, of the radicals R 1 , R 2 and R 3 and/or the radicals R 4 , R 5 and R 6 are alkoxy groups.
  • a vulcanizable rubber mixture according to the invention wherein the radicals R 1 , R 2 and R 3 and/or the radicals R 4 , R 5 and R 6 , preferably all of these radicals, are identical.
  • a vulcanizable rubber mixture according to the invention wherein the radicals R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 and R 6 are ethoxy groups.
  • the organosilicon compounds of formula la) are compounds which are also referred to as blocked mercaptosilanes.
  • the sulfur intended for the reaction with the diene rubber is protected by a thiolic acid ester, which thiolic acid ester can be converted to a thiol.
  • the organic linking unit X a which determines the distance between the silicon and the sulfur, can advantageously be chosen quite freely and can also include heteroatoms, for example.
  • the number of non-hydrogen atoms in the linking chain between the Si atom and the S is 4 or more. This means that the silicon and the sulfur atom of the thiolic acid ester are separated from one another by at least four further atoms or five covalent bonds, as would be possible, for example, with a linear alkyl chain with 4 or more carbon atoms.
  • the organic compound unit X a is only slightly restricted in terms of design a priori, so that the expert has a wide choice in terms of design.
  • the inventors believe that it is preferable to make the organic compound unit X a as simple as possible and to forego, for example, very long chains, extensive branching or the presence of functional groups. The inventors' experiments have shown very advantageous effects even for such comparatively simple designs.
  • a vulcanizable rubber mixture according to the invention wherein X a is a linear organic compound unit. Additionally or alternatively, preference is given to a vulcanizable rubber mixture according to the invention, wherein X a is an organic compound unit having 5 to 30, preferably 6 to 25, particularly preferably 7 to 20, very particularly preferably 8 to 12, non-hydrogen atoms. Particularly preference is given to a vulcanizable rubber mixture according to the invention, wherein X a is an alkyl chain, preferably having 4 to 20 carbon atoms.
  • a vulcanizable rubber mixture according to the invention is preferred, where X a is an organic connecting unit in which the number of non-hydrogen atoms in the connecting chain between the Si atom and the S atom is 5 or more, preferably 6 or more, particularly preferably 7 or more, very particularly preferably 8 or more.
  • the blocked mercaptosilanes according to formula la) represent a notable exception to the above-mentioned fundamental advantages of comparatively simple organic compound units. It has been found that particularly advantageous results can be achieved if X a comprises one or more thioether groups, so that X a itself comprises further sulfur atoms. Excellent results were obtained with corresponding blocked mercaptosilanes, in particular in combination with the organosilicon compounds of formula VIII) disclosed below. In other words, a vulcanizable rubber mixture according to the invention is preferred, where X a is an organic compound unit of formula VII:
  • a1 and Z a2 are independently a linear or branched, preferably linear, organic compound unit with 1 to 15, preferably 2 to 10, particularly preferably 3 to 8, non-hydrogen atoms.
  • Z a1 and Z a2 are alkyl chains.
  • a vulcanizable rubber mixture according to the invention is therefore preferred, where Z a1 is a linear or branched organic compound unit in which the number of non-hydrogen atoms in the connecting chain between the Si atom and the first S atom is 3 or more, preferably 4 or more, particularly preferably 5 or more.
  • a vulcanizable rubber mixture according to the invention, wherein the quotient of the combined mass fraction of the organosilicon compounds of the formula la) divided by the combined mass fraction of the polythioether-based organosilicon compounds of the formula VIII) is in the range from 60:1 to 1:30, preferably in the range from 30:1 to 1:15.
  • Preferred embodiments of the polythioether-based organosilicon compounds of formula VIII arise analogously to the above statements on the polythioether-based blocked mercaptosilanes. Consequently, in this case too, preference is given to a vulcanizable rubber mixture according to the invention, where X c1 and X c2 are, independently of one another, linear or branched, preferably linear, organic compound units with 3 to 15, preferably 3 to 10, non-hydrogen atoms. Additionally or alternatively, preference is given to a vulcanizable rubber mixture according to the invention, where X c1 and X c2 are alkyl chains. Additionally or alternatively, preference is also given to a vulcanizable rubber mixture according to the invention, where X c1 and X c2 are identical.
  • a vulcanizable rubber mixture according to the invention is preferred, where Z c is an organic compound unit with 1 to 15, preferably 2 to 10, particularly preferably 3 to 8, non-hydrogen atoms, where Z c is preferably an alkyl chain.
  • Z c can be the same or different for each repeating unit, so that not all Z c m have to be identical, even if this is preferred.
  • a vulcanizable rubber mixture according to the invention is preferred, where m is 1 or 2, preferably 1.
  • polythioether-based organosilicon compounds of the formula VIII are as similar as possible to the preferred polythioether-based organosilicon compounds of the formula la).
  • a vulcanizable rubber mixture according to the invention is preferred, where Y a is an organic group with 1 to 15, preferably 2 to 10, particularly preferably 3 to 8, non-hydrogen atoms. Additionally or alternatively, a vulcanizable rubber mixture according to the invention is preferred, where Y a is an alkyl group.
  • the organosilicon compounds of formula lb) are polysulfides which contain a sulfur-sulfur bond as a functional group and have silicon-containing functional groups on both sides. According to the inventors, tetrasulfides are particularly advantageous in this respect. Accordingly, a vulcanizable rubber mixture according to the invention is preferred, where n is an integer in the range from 4 to 8, preferably in the range from 4 to 6, particularly preferably 4, and/or where n is divisible by 2 without a remainder.
  • the organosilicon compounds of formula lb) also require that the respective connecting units X b1 and X b2 must ensure a certain minimum distance in order to achieve the advantageous effects on the abrasion properties.
  • a vulcanizable rubber mixture according to the invention is preferred, where X b1 and X b2 are, independently of one another, linear or branched organic compound units in which the number of non-hydrogen atoms in the connecting chain between the Si atom and the S atom is 4 or more, preferably 5 or more, particularly preferably 6 or more.
  • the organic compound units X b1 and X b2 can also be designed flexibly in principle. However, in this case too, comparatively simple chain structures are preferred. In this case too, therefore, a vulcanizable rubber mixture according to the invention is preferred, where X b1 and X b2 are independently linear or branched, preferably linear, organic compound units with 3 to 15, preferably 3 to 10, non-hydrogen atoms. Additionally or alternatively, a vulcanizable rubber mixture according to the invention is preferred, where X b1 and X b2 are alkyl chains.
  • a vulcanizable rubber mixture according to the invention is particularly preferred, wherein X b1 and X b2 are identical.
  • the invention also relates to vulcanizable rubber mixtures according to the invention which comprise only one type of the specific organosilicon compounds.
  • a vulcanizable rubber mixture according to the invention is therefore also preferred on its own, wherein the one or more organosilicon compounds are selected from the group consisting of organosilicon compounds of the formula la) and/or wherein the vulcanizable rubber mixture comprises organosilicon compounds of the formula la).
  • a vulcanizable rubber mixture according to the invention wherein the one or more organosilicon compounds are selected from the group consisting of organosilicon compounds of the formula lb) and/or wherein the vulcanizable rubber mixture comprises organosilicon compounds of the formula lb).
  • a vulcanizable rubber mixture according to the invention, wherein the vulcanizable rubber mixture comprises two or more different organosilicon compounds, preferably at least one organosilicon compound of the formula I.a) and at least one organosilicon compound of the formula I.b).
  • Vulcanizates or rubber products can be produced in the usual way from the vulcanizable rubber mixtures according to the invention.
  • the corresponding process for producing a vulcanizate or a rubber product comprises, in addition to the production of the vulcanizable rubber mixture according to the invention, for example, the following step:
  • Vulcanizing the vulcanizable rubber mixture according to the invention preferably as part of a rubber blank, particularly preferably an unvulcanized vehicle tire blank, to obtain a vulcanizate, preferably as part of a rubber product, preferably a pneumatic vehicle tire.
  • the vulcanizable rubber mixture according to the invention is vulcanized, for example, according to the process customary in the tire industry, for example by sulfur-based crosslinking.
  • the invention accordingly also relates to a vulcanizate, producible or produced by vulcanization of a vulcanizable Rubber mixture.
  • a vulcanizate according to the invention is preferred, wherein the vulcanizate can be produced by vulcanization at a temperature in the range from 120 to 200 °C, preferably in the range from 130 to 180 °C.
  • the invention accordingly also relates to a rubber product comprising a vulcanizate according to the invention.
  • a rubber product according to the invention wherein the rubber product is selected from the group consisting of shoe soles, belts, hoses and straps.
  • the rubber product is a vehicle tire, preferably a pneumatic vehicle tire.
  • the vulcanizable rubber mixtures were produced according to the usual process in the rubber industry under normal conditions in three stages in a laboratory mixer (300 mL, Brabender Mixer, CW Brabender GmbH & Co., Southhackensack, NJ, US), in which all components except the vulcanization system (sulfur and substances influencing vulcanization) were mixed in a first mixing stage (basic mixing stage, rotor speed: 70 rpm, starting temperature: approx. 130 °C, final temperature: approx. 149 °C). By adding the vulcanization system in the second stage (final mixing stage; rotor speed: 55 rpm, Temperature: approx. 80 °C) the vulcanizable rubber mixture was produced.
  • Standardized, vulcanized vulcanizates were produced as test specimens from all vulcanizable rubber compounds by vulcanization (vulcanization conditions: t: 20 min, T: 160 °C).
  • the loss factor tan ö (0 °C) serves as an indicator for the wet grip of a tire.
  • the loss factor tan ö (70 °C) serves as an indicator for the rolling resistance of a tire, whereby a smaller loss factor tan ö (70 °C) means a lower rolling resistance.
  • Rubber compounds were produced whose composition is given in Table 4.
  • the mass fraction of the organosilicon compounds was adjusted to introduce a constant amount of substance.
  • vulcanizates are obtained whose A tan ö and A RB as indicators for the conflicting objectives of rolling resistance and wet grip are at least comparable to those of the respective comparison system analogous to the state of the art (V2 or V8) and in many cases even significantly improved.

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Abstract

Vulkanisierbare Kautschukmischung und Vulkanisat mit verbesserten Roll- und Abriebseigenschaften Die Erfindung betrifft eine vulkanisierbare Kautschukmischung, umfassend: a) Dienkautschuke, b) Füllstoffe, c) organosilicium-modifizierte Harze, und d) Organosiliciumverbindungen, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Organosiliciumverbindungen der Formeln I.a) und I.b): I.a) (R1R2R3)Si – Xa – S – (C=O) – Ya, und I.b) (R1R2R3)Si – Xb1 – Sn – Xb2 – Si(R4R5R6), wobei die Reste R1, R2, R3, R4, R5 und R6 unabhängig voneinander lineare oder verzweigte organische Gruppe mit 1 bis 20 Nicht-Wasserstoffatomen sind, wobei die organische Gruppe zumindest eines der Reste R1, R2 und R3 sowie eines der Reste R4, R5 und R6 über ein Sauerstoffatom an das Si-Atom angebunden ist, wobei n eine ganze Zahl im Bereich von 2 bis 10 ist, wobei Xa eine lineare oder verzweigte organische Verbindungseinheit mit 4 bis 40 Nicht-Wasserstoffatomen ist, wobei die Zahl der Nicht- Wasserstoffatome in der Verbindungskette zwischen dem Si-Atom und dem S-Atom 4 oder mehr beträgt, wobei Xb1 und Xb2 unabhängig voneinander lineare oder verzweigte organische Verbindungseinheiten mit 4 bis 20 Nicht-Wasserstoffatomen sind, wobei die Zahl der Nicht-Wasserstoffatome in der Verbindungskette zwischen dem Si-Atom und dem S-Atom jeweils 4 oder mehr beträgt, und wobei Ya eine lineare oder verzweigte organische Gruppe mit 1 bis 20 Nicht-Wasserstoffatomen ist.

Description

Beschreibung
Vulkanisierbare Kautschukmischung und Vulkanisat mit verbesserten Roll- und Abriebseigenschaften
Die Erfindung betrifft eine vulkanisierbare Kautschukmischung, ein daraus herstellbares Vulkanisat und ein dieses Vulkanisat enthaltendes Kautschukprodukt. Offenbart werden zudem die Verwendung einer entsprechenden vulkanisierbaren Kautschukmischung bzw. eines entsprechenden Vulkanisates in der Herstellung von Kautschukprodukten zur Verbesserung der Abriebseigenschaften.
Die Automobilindustrie gehört zu den Industriezweigen, die seit Beginn des 21. Jahrhunderts mit fundamentalen Herausforderungen konfrontiert und gleichzeitig von zahlreichen technologischen Innovationen geprägt wurden. Das wachsende Kundenbewusstsein für ökologische Aspekte wie Emissionsprofile oder Ressourceneffizienz erfordert neue Konzepte für die Mobilität. Gleichzeitig steigt die Nachfrage nach verbesserten Leistungsmerkmalen der Fahrzeuge sowie die Anforderungen in Bezug auf die Fahrsicherheit. Diesen Herausforderungen zu begegnen, ist nicht nur eine Aufgabe der eigentlichen Fahrzeughersteller. In der Praxis werden viele dieser Aspekte stark von den Eigenschaften der Reifen beeinflusst, so dass die Optimierung der Reifeneigenschaften ein wichtiges Innovationsfeld ist.
Mehrere relevante Eigenschaften von Fahrzeugluftreifen, z.B. der Nassgriff und der Abriebswiderstand, sind eng mit der Gummizusammensetzung der Lauffläche verbunden. Daher konzentrieren sich viele Forschungsanstrengungen auf die Optimierung der Eigenschaften der Kautschukzusammensetzung und deren Zusätze.
In den letzten Jahrzehnten wurden auf diesem Gebiet bedeutende Fortschritte erzielt. Eine zentrale Innovation war hierbei der zumindest teilweise Ersatz von Rußfüllstoffen durch siliciumhaltige Verbindungen, insbesondere Siliciumdioxid-Verbindungen, wie beispielsweise pyrogene Kieselsäure, oder Silikate. Es hat sich gezeigt, dass besonders günstige Eigenschaften erhalten werden können, wenn die siliciumhaltigen Verbindungen auf ihrer Oberfläche durch Organosilanisierung, die auch als Organosilylierung bezeichnet wird, modifiziert werden. Hierfür werden die siliciumhaltigen Verbindungen mit Organosiliciumverbindungen, insbesondere organyloxysilylorganischen Verbindungen, umgesetzt, d.h. mit Verbindungen, die zumindest eine C-O-Si-Bindung und zumindest einen durch eine Si-C-Bindung angebundenen organischen Rest aufweisen. Im Zuge der chemischen Umsetzung, bei der es sich üblicherweise um eine Kondensationsreaktion handelt, entsteht an der Grenzfläche der siliciumhaltigen Verbindungen eine Modifikation mit dem organischen Rest der Organosiliciumverbindungen. Durch diesen organischen Rest kann die Kompatibilität der Füllstoffe in der Kautschukmischung und die Wechselwirkungen mit dem Kautschuk gezielt beeinflusst werden. Hierbei ist es in vielen Fällen bevorzugt, wenn die organischen Reste funktionelle Gruppen tragen, die im Zuge der Vulkanisation mit der Kautschukmischung vernetzen können und somit den Vernetzungsgrad im Vulkanisat erhöhen, weshalb die Organosiliciumverbindungen teilweise auch als sogenannte Silan- Kupplungsagenzien bezeichnet werden. Dieses Prinzip wird beispielsweise in der DE 2536674 C3 oder der DE 2255577 A1 offenbart.
Das für die Modifizierung von siliciumhaltigen Verbindungen entwickelte Konzept wurde in der Folge auch auf Harze adaptiert. So wurden in der WO2018/191187 A1 Harze vorgeschlagen, die mit einer entsprechenden füllstoffreaktiven Gruppe versehen wurde, um ebenfalls eine Anbindung an den Füllstoff zu ermöglichen, wobei ebenfalls ein vorteilhafter Einfluss auf die physikalisch-chemischen Eigenschaften der damit herstellbaren vulkanisierbaren Kautschukmischungen bzw. der daraus durch Vulkanisation herstellbaren Vulkanisate festgestellt wurde. Trotz der grundsätzlichen Vorteile des individuellen Einsatzes von Organosiliciumverbindungen mit einer kautschukreaktiven Gruppe und von Harzen mit füllstoffreaktiver Gruppe, wurde überraschend gefunden, dass die Kombination von typischen Silan-Kupplungsagenzien, beispielsweise des in der Branche sehr verbreiteten TESPD mit einem Harz mit füllstoffreaktiven Gruppe in vielen Fällen auch mit Nachteilen verbunden ist. Insbesondere wird in vielen Fällen gefunden, dass, obwohl zumeist vorteilhafte Rolleigenschaften und ein guter Nassgriff erreicht werden können, die Abriebseigenschaften teilweise erheblich verschlechtert werden.
Die primäre Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, die vorstehend beschriebenen Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen oder zumindest zu verringern.
Insbesondere war es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine vulkanisierbare Kautschukmischung und entsprechende daraus herstellbare Vulkanisate anzugeben, die über ausgezeichnete mechanische Eigenschaften verfügen und insbesondere den Zielkonflikt aus guten Rolleigenschaften, insbesondere hinsichtlich Rollwiderstand und Nassgriff, auf der einen Seite sowie eines vorteilhaften Abriebsverhaltens auf der anderen Seite, bestmöglich lösen.
Hierbei war es eine ergänzende Aufgabe der vorliegenden Erfindung, dass die anzugebenden vulkanisierbaren Kautschukmischungen und Vulkanisate möglichst unter Einsatz solcher Herstellungsverfahren herstellbar sein sollten, die im Bereich der Kautschukverarbeitung bereits heute zum Einsatz kommen.
Es war eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein entsprechendes Kautschukprodukt bereitzustellen, welches das anzugebende Vulkanisat umfasst. Es war eine sekundäre Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Verwendung einer entsprechenden vulkanisierbaren Kautschukmischung bzw. eines entsprechenden Vulkanisates in der Herstellung von Kautschukprodukten zur Verbesserung der Abriebseigenschaften anzugeben.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben nunmehr erkannt, dass sich die vorstehend beschriebenen Aufgaben überraschenderweise lösen lassen, wenn in vulkanisierbaren Kautschukmischungen, welche organosilicium-modifizierte Harze und Füllstoffe mit freien OH-Gruppen an der Füllstoffoberfläche, insbesondere siliciumhaltige Füllstoffe, umfassen, spezifische Organosiliciumverbindungen eingesetzt werden, wie es in den Ansprüchen definiert ist.
Die vorstehend genannten Aufgaben werden entsprechend durch den Gegenstand der Erfindung gelöst, wie er in den Ansprüchen definiert ist. Bevorzugte erfindungsgemäße Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und den nachfolgenden Ausführungen.
Solche Ausführungsformen, die nachfolgend als bevorzugt bezeichnet sind, werden in besonders bevorzugten Ausführungsformen mit Merkmalen anderer als bevorzugt bezeichneter Ausführungsformen kombiniert. Ganz besonders bevorzugt sind somit Kombinationen von zwei oder mehr der nachfolgend als besonders bevorzugt bezeichneten Ausführungsformen. Ebenfalls bevorzugt sind Ausführungsformen, in denen ein in irgendeinem Ausmaß als bevorzugt bezeichnetes Merkmal einer Ausführungsform mit einem oder mehreren weiteren Merkmalen anderer Ausführungsformen kombiniert wird, die in irgendeinem Ausmaß als bevorzugt bezeichnet werden. Merkmale bevorzugter Vulkanisate, Kautschukprodukte und Verwendungen ergeben sich aus den Merkmalen bevorzugter vulkanisierbarer Kautschukmischungen.
Insoweit nachfolgend für einen Mischungsbestandteil, beispielsweise für die Dienkautschuke oder die organosilicium-modifizierten Harze, sowohl spezifische Mengen bzw. Anteile dieses Mischungsbestandteils als auch bevorzugte Ausgestaltungen des Mischungsbestandteils offenbart werden, sind insbesondere auch die spezifischen Mengen bzw. Anteile der bevorzugt ausgestalteten Mischungsbestandteile offenbart. Zudem ist offenbart, dass bei den entsprechenden spezifischen Gesamtmengen bzw. Gesamtanteilen der Mischungsbestandteile zumindest ein Teil der Mischungsbestandteile bevorzugt ausgestaltet sein kann und insbesondere auch, dass bevorzugt ausgestaltete Mischungsbestandteile innerhalb der spezifischen Gesamtmengen oder Gesamtanteile wiederum in den spezifischen Mengen bzw. Anteilen vorliegen können.
Die Erfindung betrifft eine vulkanisierbare Kautschukmischung, umfassend: a) einen oder mehrere Dienkautschuke, b) einen oder mehrere Füllstoffe, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Füllstoffen mit freien OH-Gruppen an der Füllstoffoberfläche, c) ein oder mehrere organosilicium-modifizierte Harze, und d) ein oder mehrere Organosiliciumverbindungen, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Organosiliciumverbindungen der Formeln l.a) und l.b): l.a) (R1 R2R3)Si - Xa - S - (C=O) - Ya, und l.b) (R1R2R3)Si - Xb1 - Sn - Xb2 - Si(R4R5R6), wobei die Reste R1, R2, R3, R4, R5 und R6 unabhängig voneinander lineare oder verzweigte organische Gruppe mit 1 bis 20 Nicht-Wasserstoffatomen sind, wobei die organische Gruppe zumindest eines der Reste R1, R2 und R3 sowie eines der Reste R4, R5 und R6 über ein Sauerstoffatom an das Si-Atom angebunden ist, wobei n eine ganze Zahl im Bereich von 2 bis 10 ist, wobei Xa eine lineare oder verzweigte organische Verbindungseinheit mit 4 bis 40 Nicht- Wasserstoffatom en ist, wobei die Zahl der Nicht- Wasserstoffatome in der Verbindungskette zwischen dem Si-Atom und dem S-Atom 4 oder mehr beträgt, wobei Xb1 und Xb2 unabhängig voneinander lineare oder verzweigte organische Verbindungseinheiten mit 4 bis 20 Nicht-Wasserstoffatomen sind, wobei die Zahl der Nicht- Wasserstoffatome in der Verbindungskette zwischen dem Si-Atom und dem S-Atom jeweils 4 oder mehr beträgt, und wobei Ya eine lineare oder verzweigte organische Gruppe mit 1 bis 20 Nicht- Wasserstoffatom en ist.
Vulkanisierbare Kautschukmischungen an sich und deren typische Komponenten sowie typische Herstellungsverfahren zum Erhalt entsprechender vulkanisierbarer Kautschukmischungen sind dem Fachmann im Bereich der Kautschukverarbeitung umfassend bekannt.
In Übereinstimmung mit dem üblichen Vorgehen werden die vorstehend definierten Bestandteile der vulkanisierbaren Kautschukmischung jeweils als „ein oder mehrere“ eingesetzt. Die Bezeichnung „ein oder mehrere“ bezieht sich dabei in branchenüblicher Weise auf die chemische Natur der entsprechenden Verbindungen und nicht auf deren Stoffmenge. Beispielsweise kann die vulkanisierbare Kautschukmischung als Dienkautschuk ausschließlich SBR umfassen, was bedeuten würde, dass die vulkanisierbare Kautschukmischung eine Vielzahl der entsprechenden Moleküle umfasst.
Insoweit nachfolgend Massenanteile angegeben werden, werden diese in branchenüblicher Weise jeweils in vielen Fällen als kombinierte Massenanteile der einen oder der mehreren Komponenten angegeben, wodurch ausgedrückt wird, dass der Massenanteil der entsprechend ausgebildeten Komponenten zusammengenommen die entsprechenden Kriterien erfüllt. Die dabei verwendete Angabe phr (parts per hundred parts of rubber by weight) ist die in der Kautschukindustrie übliche Mengenangabe für Mischungsrezepturen, über die die Massenanteile der Komponenten in der Kautschukmischung bezogen auf die Masse der in der Kautschukmischung vorhandenen hochmolekularen (gewichtsmittlere Molmasse Mw gemäß GPC größer als 60.000 g/mol) Kautschuke angegeben werden, wobei der kombinierte Masseanteil der hochmolekularen Kautschuke in der Kautschukmischung 100 phr entspricht. Die Angabe phf (parts per hundred parts of filler by weight) ist analog die in der Kautschukindustrie gebräuchliche Mengenangabe für Mischungsrezepturen, insbesondere für Kupplungsagenzien für Füllstoffe, bezogen auf die Masse der in der Kautschukmischung vorhandenen Füllstoffe. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bezieht sich die Angabe phf dabei lediglich auf die in der vulkanisierbaren Kautschukmischung vorhandenen Füllstoffe, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Füllstoffen mit freien OH-Gruppen an der Füllstoffoberfläche, d.h. insbesondere siliciumhaltige Füllstoffe, deren kombinierter Massenanteil 100 phf entspricht, so dass andere eventuell vorhandene Füllstoffe wie gewöhnlicher Ruß nicht in die Berechnung der phf mit eingehen.
In den vorstehenden Definitionen werden organische Gruppen und organische Verbindungseinheiten definiert. Der Begriff organisch ist für den Fachmann klar und bedeutet, dass diese Einheiten Teil eines organischen Moleküls sind oder sein können und bedeutet in den meisten Fällen, dass die Nicht-Wasserstoffatome ausgewählt sind aus der Gruppe der Nicht-Metalle. In Übereinstimmung mit dem fachmännischen Verständnis sind organische Gruppen (bspw. -CH3) über eine und organische Verbindungseinheiten (bspw. -CH2-CH2- oder -CH2-CHRx- CH2-, wobei Rx beispielsweise wiederum eine organische Gruppe sein kann) über zwei Anknüpfungspunkte an weitere Bestandteile der jeweiligen Verbindung angeknüpft.
Die Bezugnahme auf „Nicht-Wasserstoffatome“ in organischen Gruppen und Verbindungseinheiten, ist für den Fachmann zweckmäßig und ihm ausgehend von seinem Fachwissen geläufig. Hierdurch kann ausgedrückt werden, dass organischen Verbindungseinheiten bzw. Gruppen nicht nur reine Kohlenwasserstoffeinheiten bzw. Kohlenwasserstoffgruppen sein können, sondern regelmäßig auch Heteroatome enthalten können, in deren Folge die organischen Verbindungseinheiten bzw. Gruppen auch funktionelle Gruppen wie beispielsweise Ester-Gruppen oder Ether- Gruppen enthalten. Der Fachmann versteht insoweit zwanglos, dass über die vorstehend definierten „Nicht-Wasserstoffatome“ hinaus natürlich auch Wasserstoffatome vorhanden sein können und in der weit überwiegenden Zahl der Fälle auch vorhanden sein werden, dass diese wegen ihrer Einbindigkeit aber nicht in der Kette vorliegen werden, sondern vielmehr die an den „Nicht-Wasserstoffatomen“ verbleibenden Valenzen ausfüllen werden. Die Formulierung „organische Gruppe mit drei Nicht- Wasserstoffatomen“ bedeutet in Übereinstimmung mit dem fachmännischen Verständnis beispielsweise entsprechend, dass die organische Gruppe neben Wasserstoffatomen drei weitere Nicht- Wasserstoffatome umfasst.
Für im Wesentlichen alle Ausführungsformen bevorzugt ist in Übereinstimmung mit dem fachmännischen Verständnis insoweit eine erfindungsgemäße vulkanisierbare Kautschukmischung, wobei die Nicht- Wasserstoffatome ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus C, N, 0, S, P, F, CI und Br, bevorzugt ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus C, N, 0 und S. Für den Fachmann ist dabei klar, dass aus der Definition von organischen Verbindungseinheiten bzw. Gruppen eine implizite funktionale Beschränkung dahingehend resultiert, dass es sich selbstverständlich um Gruppen bzw. Verbindungseinheiten handelt, deren Konstitution keinen fundamentalen chemischen Grundprinzipien widerspricht, so dass die vorstehenden Einheiten bspw. nicht ausschließlich aus Halogeniden bestehen.
Die erfindungsgemäße vulkanisierbare Kautschukmischung umfasst zumindest einen Dienkautschuk. Als Dienkautschuke werden in Übereinstimmung mit dem fachmännischen Verständnis Kautschuke bezeichnet, die durch (Co-)Polymerisation von Dienen und/oder Cycloalkenen erhalten werden und somit entweder in der Hauptkette oder in den Seitengruppen C=C-Doppelbindungen aufweisen. Es kann als Vorteil der erfindungsgemäßen vulkanisierbaren Kautschukmischung gesehen werden, dass diese hinsichtlich der einzusetzenden Dienkautschuke sehr flexibel ist, so dass prinzipiell sämtliche branchenüblichen Kautschuke eingesetzt werden können. Bevorzugt ist nach Einschätzung der Erfinder insoweit aber eine erfindungsgemäße vulkanisierbare Kautschukmischung, wobei der eine oder die mehreren Dienkautschuke ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus natürlichem Polyisopren, synthetischem Polyisopren, epoxidiertem Polyisopren, Butadien-Kautschuk, lösungspolymerisiertem Styrol- Butadien-Kautschuk, emulsionspolymerisiertem Styrol-Butadien- Kautschuk, Polynorbornen, Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk, Nitril- Kautschuk, Acrylat-Kautschuk, Styrol-Isopren-Butadien-Terpolymer, Butylkautschuk und Halobutylkauschuk, wobei der eine oder die mehreren Dienkautschuke bevorzugt ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus natürlichem Polyisopren (NR), synthetischem Polyisopren (IR), Butadien- Kautschuk (BR), lösungspolymerisiertem Styrol-Butadien-Kautschuk (SSBR) und emulsionspolymerisiertem Styrol-Butadien-Kautschuk (ESBR), wobei der eine oder die mehreren Dienkautschuke besonders bevorzugt ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus lösungspolymerisiertem Styrol-Butadien-Kautschuk und emulsionspolymerisiertem Styrol-Butadien-Kautschuk. Bevorzugt ist insoweit zusätzlich oder alternativ auch eine erfindungsgemäße vulkanisierbare Kautschukmischung, wobei zumindest einer der Dienkautschuke, bevorzugt sämtliche der ein oder mehreren Dienkautschuke, ein endgruppenmodifizierter und/oder entlang der Kette modifizierter Dienkautschuk ist, bevorzugt ein endgruppenmodifizierter Dienkautschuk.
Zum Erhalt von vulkanisierbaren Kautschukmischungen, die sich durch Vulkanisation in besonders leistungsfähige Vulkanisate überführen lassen, haben sich insbesondere SBR, BR und IR bzw. NR als Dienkautschuke bewährt. Bevorzugt ist somit zunächst eine erfindungsgemäße vulkanisierbare Kautschukmischung, wobei die vulkanisierbare Kautschukmischung als Dienkautschuk Styrol-Butadien-Kautschuk, bevorzugt lösungspolymerisierten Styrol-Butadien-Kautschuk, umfasst, bevorzugt in einem kombinierten Massenanteil von 30 phr oder mehr, besonders bevorzugt von 50 phr oder mehr, ganz besonders bevorzugt von 70 phr oder mehr. Bevorzugt ist zusätzlich oder alternativ eine erfindungsgemäße vulkanisierbare Kautschukmischung, wobei die vulkanisierbare Kautschukmischung als Dienkautschuk Butadien- Kautschuk umfasst, bevorzugt in einem kombinierten Massenanteil von 30 phr oder mehr, besonders bevorzugt von 50 phr oder mehr, ganz besonders bevorzugt von 70 phr oder mehr. Bevorzugt ist wiederum zusätzlich oder alternativ eine erfindungsgemäße vulkanisierbare Kautschukmischung, wobei die vulkanisierbare Kautschukmischung als Dienkautschuk natürliches Polyisopren und/oder synthetisches Polyisopren, bevorzugt natürliches Polyisopren umfasst, bevorzugt in einem kombinierten Massenanteil im Bereich von 1 bis 40 phr, besonders bevorzugt im Bereich von 2 bis 35 phr, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 5 bis 30 phr.
Bevorzugt ist zusätzlich oder alternativ eine erfindungsgemäße vulkanisierbare Kautschukmischung, wobei der oder die Dienkautschuke eine gewichtsmittlere Molmasse Mw, gemessen mittels GPC, im Bereich von 200000 bis 5000000 g/mol, bevorzugt im Bereich von 250000 bis 2500000, aufweisen.
Zur optimalen Anpassung der physikalisch-chemischen bzw. mechanischen Eigenschaften der herstellbaren Vulkanisate an die jeweiligen Anwendungserfordernisse hat es sich dabei als vorteilhaft erwiesen, zwei oder mehr Kautschuke miteinander zu mischen. Bevorzugt ist entsprechend eine erfindungsgemäße vulkanisierbare Kautschukmischung, wobei die vulkanisierbare Kautschukmischung als Dienkautschuk zwei oder mehr, bevorzugt drei oder mehr, verschiedene Dienkautschuke umfasst. Die erfindungsgemäße vulkanisierbare Kautschukmischung umfasst einen oder mehrere Füllstoffe, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Füllstoffen mit freien OH-Gruppen an der Füllstoffoberfläche. Der Fachmann versteht, dass es sich hierbei um Füllstoffe handelt, die bedingt durch die OH-Funktionalität an ihrer Oberfläche eine Kondensationsreaktion mit Si-O-R-Funktionalitäten eingehen kann, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung über das organosilicium-modifizierte Harz eingebracht werden. Neben anderen Verbindungen, beispielsweise Schichtsilikaten, wie Kaolin, handelt es sich dabei insbesondere bei amorphen Siliciumdioxid-Verbindungen um Füllstoffe mit freien OHGruppen an der Füllstoffoberfläche. Die erfindungsgemäße vulkanisierbare Kautschukmischung umfasst entsprechend bevorzugt einen oder mehrere siliciumhaltige Füllstoffe, die besonders bevorzugt ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus amorphen, d.h. nichtkristallinen, Siliciumdioxiden. Unter den amorphen Siliciumdioxiden kommt im Bereich der Kautschukindustrie, vor allem der Reifenindustrie, insbesondere den Verbindungen, die - historisch bedingt - auch als „Kieselsäuren“ bzw. in Anlehnung an den englischen Ausdruck als „Silika“, bezeichnet werden, eine herausragende Bedeutung zu, sodass der Einsatz dieser „Kieselsäuren“ als siliciumhaltige Füllstoffe für im Wesentlichen alle Fälle bevorzugt ist. Ganz besonders bevorzugt ist entsprechend eine erfindungsgemäße vulkanisierbare Kautschukmischung, wobei der eine oder die mehreren siliciumhaltigen Füllstoffe ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus pyrogenem Siliciumdioxid und gefälltem Siliciumdioxid, besonders bevorzugt gefälltem Siliciumdioxid.
Bevorzugt ist grundsätzlich eine erfindungsgemäße vulkanisierbare Kautschukmischung, wobei der eine oder die mehreren siliciumhaltigen Füllstoffe eine Stickstoff-Oberfläche (BET-Oberfläche) gemäß DIN ISO 9277:2014-01 und DIN 66132:1975-07 im Bereich von 35 bis 350 m2/g, bevorzugt im Bereich von 45 bis 300 m2/g, besonders bevorzugt im Bereich von 60 bis 280 m2/g, aufweisen. Bevorzugt ist zusätzlich oder alternativ eine erfindungsgemäße vulkanisierbare Kautschukmischung, wobei der eine oder die mehreren siliciumhaltigen Füllstoffe eine CTAB- Oberfläche gemäß ASTM D 3765-03 im Bereich von 35 bis 350 m2/g, bevorzugt im Bereich von 45 bis 300 m2/g, besonders bevorzugt im Bereich von 60 bis 280 m2/g, aufweisen.
Hinsichtlich der einsetzbaren Mengen an Füllstoff haben die Erfinder gefunden, dass die erfindungsgemäßen vulkanisierbaren Kautschukmischungen vorteilhafterweise auch für hohe Füllstoffgehalte ausgezeichnete Ergebnisse zeigen. Nach Einschätzung der Erfinder zeigt die im Rahmen der vorliegenden Erfindung identifizierte Lösung die größten Vorteile jedoch insbesondere bei mittleren Füllstoffgehalten. Bevorzugt ist entsprechend eine erfindungsgemäße vulkanisierbare Kautschukmischung, wobei die vulkanisierbare Kautschukmischung den einen oder die mehreren Füllstoffe mit freien OH-Gruppen an der Füllstoffoberfläche, bevorzugt den einen oder die mehreren siliciumhaltigen Füllstoffe, in einem kombinierten Massenanteil im Bereich von 5 bis 250 phr, bevorzugt im Bereich von 20 bis 180 phr, besonders bevorzugt im Bereich von 30 bis 160 phr, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 40 bis 130 phr, umfasst.
Neben den erfindungsgemäß einzusetzenden Füllstoffen mit freien OHGruppen an der Füllstoffoberfläche, bevorzugt den siliciumhaltigen Füllstoffe, können darüber hinaus auch weitere Füllstoffe vorhanden sein, die keine freien OH-Gruppen an der Füllstoffoberfläche aufweisen, wodurch eine spezifische Anpassung der Eigenschaften der vulkanisierbaren Kautschukmischung möglich wird. Bevorzugt ist eine erfindungsgemäße vulkanisierbare Kautschukmischung, wobei die vulkanisierbare Kautschukmischung einen oder mehrere weitere Füllstoffe umfasst, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Füllstoffen, die keine freien OH-Gruppen an der Füllstoffoberfläche aufweisen, wobei der kombinierte Massenanteil der weiteren Füllstoffe bevorzugt im Bereich von 0,1 bis 100 phr, besonders bevorzugt im Bereich von 0,5 bis 50 phr, liegt.
Neben den Dienkautschuken und den Füllstoffen sowie den nachfolgend weiter charakterisierten Harzen und Organosiliciumverbindungen können in den erfindungsgemäßen vulkanisierbaren Kautschukmischungen weitere typische Bestandteile eingesetzt werden, die beispielsweise der Beeinflussung der physikalisch-chemischen Eigenschaften, bspw. den Verarbeitungs- und Vulkanisationseigenschaften, der vulkanisierbaren Kautschukmischungen oder der mechanischen Eigenschaften der daraus herstellbaren Vulkanisate dienen.
Beispielhaft ist insoweit eine erfindungsgemäße vulkanisierbare Kautschukmischung, wobei die vulkanisierbare Kautschukmischung einen oder mehrere Weichmacher umfasst, wobei die Weichmacher bevorzugt ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Mineralölen, synthetischen Weichmachern, Fettsäuren, Fettsäurederivaten, Faktisse, Glyceriden, Terpenen, Biomass-To-Liquid-Ölen (BTL-Öle) und Rubber-To- Liquid-Ölen (RTL-Öle), wobei die vulkanisierbare Kautschukmischung die Weichmacher bevorzugt in einem kombinierten Massenanteil im Bereich von 1 bis 100 phr, bevorzugt im Bereich von 10 bis 80 phr, besonders bevorzugt im Bereich von 20 bis 60 phr, umfasst.
Beispielhaft ist zusätzlich oder alternativ auch eine erfindungsgemäße vulkanisierbare Kautschukmischung, wobei die vulkanisierbare Kautschukmischung ein oder mehrere weitere Additive umfasst, wobei die weiteren Additive bevorzugt ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Methylen-Donoren, Alterungsschutzmittel, beispielsweise N-Phenyl- N'-(1 ,3-dimethylbutyl)-p-phenylendiamin (6PPD), N,N'-Diphenyl-p- phenylendiamin (DPPD), N,N'-Ditolyl-p-phenylendiamin (DTPD), N- Isopropyl-N'-phenyl-p-phenylendiamin (IPPD), 2,2,4-Trimethyl-1 ,2- dihydrochinolin (TMQ), Aktivatoren, beispielsweise Zinkoxid und Fettsäuren, Wachsen, Mastikationshilfsmitteln, beispielsweise 2,2'- Dibenzamidodiphenyldisulfid (DBD) und Verarbeitungshilfsmitteln, wobei die vulkanisierbare Kautschukmischung die weiteren Additive bevorzugt in einem kombinierten Massenanteil im Bereich von 0,1 bis 20 phr, bevorzugt im Bereich von 0,5 bis 15 phr, besonders bevorzugt im Bereich von 1 bis 10 phr, umfasst.
Zudem können über die nachfolgend weiter spezifizierten organosilicium- modifizierte Harze hinaus auch herkömmliche Harze eingesetzt werden. Beispielhaft ist insoweit eine erfindungsgemäße vulkanisierbare Kautschukmischung, wobei die vulkanisierbare Kautschukmischung einen oder mehrere weitere Harze umfasst, bei denen es sich nicht um organosilicium-modifizierte Harze handelt, bevorzugt Weichmacherharze und/oder Verstärkerharze, bevorzugt in einem kombinierten Massenanteil im Bereich von 0,5 bis 50 phr, besonders bevorzugt im Bereich von 1 bis 40 phr, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 5 bis 30 phr, umfasst. Der Fachmann im Bereich der Kautschukverarbeitung ist dabei ohne weiteres in der Lage, Harze von Dienkautschuken und etwaigen flüssigen Polymerkomponenten zu unterscheiden, was in der Praxis insbesondere über die mittlere Molmasse bzw. die Glasübergangstemperatur erfolgt. Beispielhaft ist eine erfindungsgemäße vulkanisierbare Kautschukmischung, wobei das eine oder die mehreren weiteren Harze eine Glasübergangstemperatur, gemessen mittels DSC, Tg von -20 °C oder mehr, bevorzugt von -15 °C oder mehr, besonders bevorzugt von -10 °C oder mehr, aufweisen. Beispielhaft ist zusätzlich oder alternativ auch eine erfindungsgemäße vulkanisierbare Kautschukmischung, wobei das eine oder die mehreren weiteren Harze eine gewichtsmittlere Molmasse Mw, gemessen mittels GPC, im Bereich von 200 bis 50000 g/mol, bevorzugt im Bereich von 400 bis 40000 g/mol, besonders bevorzugt im Bereich von 600 bis 30000 g/mol, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 800 bis 20000 g/mol, aufweisen.
Bevorzugt ist mit Blick auf das Vulkanisationsverhalten eine erfindungsgemäße vulkanisierbare Kautschukmischung, wobei die vulkanisierbare Kautschukmischung 0,5 bis 8,0 phr, bevorzugt 0,8 bis 6 phr, besonders bevorzugt 1 bis 4 phr, Schwefel umfasst. In vorteilhafter Weise kann insbesondere bei Verwendung der Organosiliciumverbindungen der Formeln l.b) auch auf den Einsatz von Schwefel oder Schwefelspendern verzichtet werden, da diese selbst als Schwefelspender fungieren können.
Bevorzugt ist zusätzlich oder alternativ auch eine erfindungsgemäße vulkanisierbare Kautschukmischung, wobei die vulkanisierbare Kautschukmischung weitere Vulkanisationsbestandteile umfasst, wobei die weiteren Vulkanisationsbestandteile ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Vernetzern, Vulkanisationsverzögerern und Vulkanisationsbeschleunigern, beispielsweise Thiazolbeschleuniger, Mercaptobeschleuniger, Sulfenamidbeschleuniger, Thiocarbamatbeschleuniger, Thiurambeschleuniger, Thiophosphatbeschleuniger, Thioharnstoffbeschleuniger, Xanthogenat- Beschleuniger oder Guanidin-Beschleuniger. Neben Schwefel und Schwefelspendern können beispielsweise auch peroxidische Vernetzer eingesetzt werden. Als peroxidische Vernetzer eigenen sich beispielsweise organische Peroxide, wie Dicumylperoxid, Di-(2,4- dichlorobenzoyl)-peroxid, tert-Butyl peroxybenzoat, 1 , 1 -Di-(tert- butylperoxy)-3,3,5-trimethylcyclohexan, Butyl~4,4-di-(tert- butylperoxy)valerat, 2,5-Dimethyl-2,5-di(tertbutylperoxy)-hexin, Di-tert- butylperoxid, 2,5-Dimethyl-2,5-di-(tert-butylperoxy)-hexan, Di-(2-tert.-butyl- peroxyisopropyl)-benzen oder tert-Butylcumylperoxid, wobei diese Vernetzer auch in beliebiger Kombination miteinander eingesetzt werden können. Als weitere Alternativen können beispielsweise die in der WO 2018/191187 A1 , Absatz [0094], genannten Vernetzungsagenzien eingesetzt werden.
Eine besonders wesentliche Komponente der erfindungsgemäßen vulkanisierbaren Kautschukmischungen sind die organosilicium- modifizierte Harze. Beispiele für entsprechende organosilicium- modifizierte Harze sind beispielsweise in der WO 2018/191187 A1 offenbart.
Diese organosilicium-modifizierten Harze umfassen das typische oligomere bzw. (co-)polymere Rückgrat herkömmlicher Harze, weisen darüber hinaus jedoch zumindest eine füllstoffreaktive Gruppe auf. Da die Grenzen zwischen oligomeren und polymeren Verbindungen letztlich unscharf sind und eine Unterscheidung für die Erfindung keinen Vorteil bringt, wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung in beiden Fällen von einem (co-)polymeren Rückgrat bzw. einer (Co-)Polymerkette gesprochen, welches entsprechend auch solche Ketten umfasst, die als (Co- )Oligomerkette bezeichnet werden könnten.
Mit Blick auf die in erfindungsgemäßen Kautschukmischungen eingesetzten Füllstoffe mit freien OH-Gruppen an der Füllstoffoberfläche muss es sich bei der füllstoffreaktiven Gruppe um eine Gruppe handeln, die mit solchen oberflächlichen OH-Gruppen der Füllstoffe reagieren kann. Bei diesen füllstoffreaktiven Gruppen könnte es sich nach Einschätzung der Erfinder prinzipiell um eine Vielzahl von funktionellen Gruppen handeln, die die benötigte Reaktivität mit OH-Gruppen ermöglichen, beispielsweise Isocyanant-Gruppen zur Ausbildung von Carbamaten. Bei der füllstoffreaktiven Gruppe kann es sich beispielsweise um solche mit Hydroxy-Gruppen und/oder Ethoxy-Gruppen und/oder Epoxy-Gruppen und/oder Siloxan-Gruppen und/oder Am ino-Gruppen und/oder Aminosiloxan und/oder Carboxy-Gruppen und/oder Phthalocyanin- Gruppen und/oder Silan-Sulfid-Gruppen handeln. Es kommen aber auch weitere, der fachkundigen Person bekannte, Modifizierungen, auch als Funktionalisierungen bezeichnet, in Frage. Bestandteil solcher Funktionalisierungen können Metallatome sein. Nach Einschätzung der Erfinder eignet sich für die erfindungsgemäßen vulkanisierbaren Kautschukmischungen jedoch insbesondere eine silicium-basierte Anknüpfung. Der Fachmann versteht insoweit, dass die hierbei relevante Reaktion wiederum die Organosilanisierung, bzw. die Organosilylierung, ist und dass die spezifischen organosilicium-modifizierten Harze der vorliegenden Erfindung zu diesem Zweck organosilicium-modifiziert sind, so dass es sich bei den organosilicium-modifizierten Harzen letztlich um organyloxysilylorganische Verbindungen handelt und auf die gleichen funktionellen Gruppen zurückgegriffen werden kann, die zu diesem Zweck von sogenannten Silan-Kupplungsagenzien bekannt sind.
Nach Einschätzung der Erfinder ist hinsichtlich des Massenanteils dieser organosilicium-modifizierten Harze eine erfindungsgemäße vulkanisierbare Kautschukmischung bevorzugt, wobei die vulkanisierbare Kautschukmischung das eine oder die mehreren organosilicium- modifizierten Harze in einem kombinierten Massenanteil im Bereich von 0,5 bis 60 phr, bevorzugt im Bereich von 1 bis 50 phr, besonders bevorzugt im Bereich von 5 bis 40 phr, umfasst. Bevorzugt ist zusätzlich oder alternativ eine erfindungsgemäße vulkanisierbare Kautschukmischung, wobei die vulkanisierbare Kautschukmischung zwei oder mehr verschieden organosilicium-modifizierte Harze umfasst.
Den Erfindern ist es gelungen, besonders geeignete organosilicium- modifizierte Harze zu identifizieren, durch deren Einsatz besonders vorteilhafte Rollwiderstände und ein günstiges Nassgriffverhalten erreicht werden können und mit denen sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung zudem ein vorteilhaftes Abriebverhalten erzielen lässt, so dass der diesbezügliche Zielkonflikt in vorteilhafter Weise gelöst wird.
Bevorzugt ist zunächst eine erfindungsgemäße vulkanisierbare Kautschukmischung, wobei das eine oder die mehreren organosilicium- modifizierte Harze eine Glasübergangstemperatur, gemessen mittels DSC, Tg von -20 °C oder mehr, bevorzugt von -15 °C oder mehr, besonders bevorzugt von -10 °C oder mehr, aufweisen. Bevorzugt ist zusätzlich oder alternativ auch eine erfindungsgemäße vulkanisierbare Kautschukmischung, wobei das eine oder die mehreren organosilicium- modifizierten Harze eine gewichtsmittlere Molmasse Mw, gemessen mittels GPC, im Bereich von 200 bis 60000 g/mol, bevorzugt im Bereich von 400 bis 50000 g/mol, besonders bevorzugt im Bereich von 500 bis 40000 g/mol, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 600 bis 35000 g/mol, aufweisen. Die Bestimmung der gewichtsmittleren Molmasse erfolgt mittels Gelpermeationschromatographie gemäß DIN 55672-1 : 2016-03 (GPC mit Tetrahydofuran als Elutionsmittel, Polystyrol-Standard; Größenausschlußchromatographie; engl. SEC = size exclusion chromatography).
Auch wenn eine Modifizierung der organosilicium-modifizierten Harze entlang des Rückgrades möglich ist, erachten die Erfinder insbesondere die endständige Modifizierung als vorteilhaft, wobei angenommen wird, dass die resultierende endständige Anbindung an den Füllstoff hinsichtlich der Wechselwirkung mit den Silan-Kupplungsagenzien sterisch vorteilhaft ist. Bevorzugt ist demnach eine erfindungsgemäße vulkanisierbare Kautschukmischung, wobei das eine oder die mehreren organosilicium- modifizierte Harze endständig organosilicium-modifizierte Harze sind.
Hinsichtlich der chemischen Struktur der Organosilicium-Modifizierung lässt sich diese nach Einschätzung der Erfinder zweckmäßigerweise zunächst generisch definieren, indem die notwendige siliciumhaltige funktionelle Gruppe über eine Linkereinheit T an die (Co-)Polymerkette des Harzes angebunden ist. Bevorzugt ist insoweit eine erfindungsgemäße vulkanisierbare Kautschukmischung, wobei das eine oder die mehreren organosilicium-modifizierten Harze zumindest ein Strukturelement der Formel II) aufweist:
II) (R7R8R9)Si - T -, wobei die Reste R7, R8 und R9 unabhängig voneinander lineare oder verzweigte organische Gruppe mit 1 bis 20 Nicht- Wasserstoffatom en sind, wobei die organische Gruppe zumindest eines der Reste R7, R8 und R9 über ein Sauerstoffatom an das Si-Atom angebunden ist, wobei T eine lineare oder verzweigte, bevorzugt lineare, organische Verbindungseinheit mit 1 bis 60, bevorzugt 2 bis 40, besonders bevorzugt 5 bis 20, Nicht- Wasserstoffatomen ist, über die das Strukturelement der Formel II) an die (Co-)Polymerkette des organosilicium-modifizierten Harzes angebunden ist.
Der Fachmann versteht, dass der (R7R8R9)Si-Gruppe die Rolle zukommt, an den freien OH-Gruppen an der Füllstoffoberfläche anzubinden, wobei mögliche Ausgestaltungen der Reste beispielsweise in der WO 2019/105614 A1 offenbart sind. Diese (R7R8R9)Si-Gruppe kann hinsichtlich der Reste R7, R8 und R9 recht flexibel gewählt werden, wobei jedoch die Maßgabe ist, dass die organische Gruppe zumindest eines der Reste R7, R8 und R9 über ein Sauerstoffatom an das Si-Atom angebunden ist. Dadurch sind die spezifischen organosilicium-modifizierten Harze organyloxysilylorganische Verbindungen, wodurch für den Fachmann ausgedrückt wird, dass sich das organosilicium-modifizierte Harz für die Organosilanisierung eignet. Der Wortbestandteil „organyloxysilyl“ drückt aus, dass die entsprechenden organosilicium-modifizierten Harze über zumindest einen organischen Rest verfügen, der über ein Sauerstoffatom an das zentrale Siliciumatom der (R7R8R9)Si-Gruppe gebunden ist. Bei dieser Organyloxy-Gruppe, bspw. einer Alkoxy-Gruppe, wie zum Beispiel eine Ethoxy-Gruppe, handelt es sich um die Abgangsgruppe, die im Zuge einer Kondensationsreaktion an der Oberfläche des Füllstoffes mit freien OH-Gruppen an der Füllstoffoberfläche freigesetzt werden können, so dass beispielsweise im Fall von siliciumhaltigen Füllstoffen Si-O-Si- Verknüpfung erzeugt werden.
Auch wenn grundsätzlich organosilicium-modifizierte Harze eingesetzt werden können, bei denen zwei der drei Reste R7, R8 und R9 direkt über ein Kohlenstoffatom an das zentrale Silicium angebunden sind und die entsprechend lediglich über eine Abgangsgruppe verfügen, sind in der Praxis vor allem solche organosilicium-modifizierten Harze bevorzugt, die über drei, zumeist sogar gleichartige, Abgangsgruppen verfügen, bei denen es sich in der Praxis häufig um Ethoxy-Gruppen handelt, welche im Zuge der Reaktion als Ethanol freigesetzt werden. Die entsprechende Ausgestaltung ist zumeist mit Blick auf die Synthese der Verbindungen, die Herstellungskosten sowie hinsichtlich des Handlings der freigesetzten Abgangsgruppen, welche vergleichsweise leicht aus der Mischung entfernt werden können, bevorzugt. Zudem können entsprechende organosilicium- modifizierte Harze mit zwei oder mehr Abgangsgruppen zumindest potentiell auch mit unterschiedlichen Partikeln des Füllstoffes binden.
Trotz der großen Flexibilität in der Gestaltung der Reste R7, R8 und R9 ist im Lichte der vorstehenden Ausführungen jede Eingrenzung bevorzugt, die in Richtung der besonders bevorzugten (R7R8R9)Si-Gruppe mit drei, zumeist vergleichsweise kurzkettigen, Alkoxy-Gruppen führt. Bevorzugt ist somit insbesondere eine erfindungsgemäße vulkanisierbare Kautschukmischung, wobei die Reste R7, R8 und R9 unabhängig voneinander lineare oder verzweigte Alkoxy-Gruppen oder Alkyl-Gruppen mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen sind, wobei zumindest einer der Reste R7, R8 und R9 eine Alkoxy-Gruppe ist. Bevorzugt ist eine erfindungsgemäße vulkanisierbare Kautschukmischung, wobei die Reste R7, R8 und R9 unabhängig voneinander lineare Alkoxy-Gruppen oder Alkyl-Gruppen sind. Bevorzugt ist insoweit zusätzlich oder alternativ auch eine erfindungsgemäße vulkanisierbare Kautschukmischung, wobei die Reste R7, R8 und R9 unabhängig voneinander Alkoxy-Gruppen oder Alkyl- Gruppen mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen, bevorzugt mit 2 oder 3 Kohlenstoffatomen, sind. Bevorzugt ist zusätzlich oder alternativ zudem eine erfindungsgemäße vulkanisierbare Kautschukmischung, wobei zumindest zwei, bevorzugt sämtliche, der Reste R7, R8 und R9 Alkoxy- Gruppen sind. Besonders bevorzugt ist grundsätzlich eine erfindungsgemäße vulkanisierbare Kautschukmischung, wobei die Reste R7, R8 und R9 identisch sind. Ganz besonders bevorzugt ist eine erfindungsgemäße vulkanisierbare Kautschukmischung, wobei die Reste R7, R8 und R9 Ethoxy-Gruppen sind.
Mit Blick auf die zeit- und kosteneffiziente Herstellung der organosilicium- modifizierten Harze schlagen die Erfinder vor, dass es zweckmäßig ist, in der Linkereinheit T zumindest ein Heteroatom und vorzugsweise auch noch weitere funktionelle Gruppen vorzusehen. Hierdurch wird nicht nur eine leichtere Anbindung der Organosilicium-Modifizierung an die (Co- )Polymerkette des organosilicium-modifizierten Harzes erreicht. Vielmehr hat sich in den Experimenten der Erfinder auch gezeigt, dass sich die Eigenschaften der organosilicium-modifizierten Harze bzw. deren Wirkung in der vulkanisierbaren Kautschukmischung durch die Wahl der funktionellen Gruppen und der Heteroatome beeinflussen lässt. Bevorzugt ist vor diesem Hintergrund eine erfindungsgemäße vulkanisierbare Kautschukmischung, wobei das eine oder die mehreren organosilicium- modifizierten Harze zumindest ein Strukturelement der Formel III) aufweist:
III) (R7R8R9)Si - U - A - V -, wobei die Reste R7, R8 und R9 unabhängig voneinander lineare oder verzweigte organische Gruppe mit 1 bis 20 Nicht- Wasserstoffatom en sind, wobei die organische Gruppe zumindest eines der Reste R7, R8 und R9 über ein Sauerstoffatom an das Si-Atom angebunden ist, wobei U eine lineare oder verzweigte, bevorzugt lineare, organische Verbindungseinheit mit 1 bis 30, bevorzugt 2 bis 25, besonders bevorzugt 5 bis 20, Nicht- Wasserstoffatomen ist, wobei U bevorzugt zumindest eine funktionelle Gruppe umfasst, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Amid- Gruppen, Ester-Gruppen, Carbonsäure-Gruppen, Ether-Gruppen und Hydroxy-Gruppen, besonders bevorzugt ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Amid-Gruppen, Ether-Gruppen und Hydroxy-Gruppen, wobei A ein Heteroatom ist, bevorzugt Stickstoff oder Sauerstoff, besonders bevorzugt Sauerstoff, wobei V eine lineare oder verzweigte, bevorzugt lineare, organische Verbindungseinheit mit 1 bis 20, bevorzugt 2 bis 15, besonders bevorzugt 5 bis 10, Nicht-Wasserstoffatomen ist, über die das Strukturelement der Formel III) an die (Co-)Polymerkette des organosilicium-modifizierten Harzes angebunden ist, wobei V bevorzugt eine aromatische organische Verbindungseinheit ist, wobei V besonders bevorzugt einen aromatischen Ring mit 6 Kohlenstoffatomen umfasst.
Ganz besonders bevorzugt ist es basierend auf den Experimenten der Erfinder, wenn die Anbindung an die (Co-)Polymerkette des organosilicium-modifizierten Harzes über ein aromatisches Ringsystem erfolgt. Bevorzugt ist nämlich eine erfindungsgemäße vulkanisierbare Kautschukmischung, wobei das eine oder die mehreren organosilicium- modifizierte Harze zumindest ein Strukturelement der Formel IV) aufweist:
IV) (R7R8R9)Si - (CH2)i - W- A - Ar-, wobei die Reste R7, R8 und R9 unabhängig voneinander lineare oder verzweigte organische Gruppe mit 1 bis 20 Nicht- Wasserstoffatom en sind, wobei die organische Gruppe zumindest eines der Reste R7, R8 und R9 über ein Sauerstoffatom an das Si-Atom angebunden ist, wobei i im Bereich von 1 bis 20, bevorzugt im Bereich von 2 bis 15, besonders bevorzugt im Bereich von 3 bis 10, liegt, wobei A ein Heteroatom ist, bevorzugt Stickstoff oder Sauerstoff, besonders bevorzugt Sauerstoff, wobei Ar ein aromatischer Ring, bevorzugt ein aromatischer Ring mit 6 Kohlenstoffatomen, ist, über den das Strukturelement der Formel III) an die (Co-)Polymerkette des organosilicium-modifizierten Harzes angebunden ist, wobei W eine lineare oder verzweigte, bevorzugt lineare, organische Verbindungseinheit mit 2 bis 20, bevorzugt 3 bis 15, besonders bevorzugt 4 bis 10, Nicht- Wasserstoffatom en ist, wobei W zumindest eine funktionelle Gruppe umfasst, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Amid-Gruppen, Ester-Gruppen, Carbonsäure- Gruppen, Ether-Gruppen und Hydroxy-Gruppen, bevorzugt ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Amid-Gruppen, Ether-Gruppen und Hydroxy-Gruppen.
Den Erfindern ist es gelungen, in eigenen Experimenten zwei Strukturelemente für die Organosilicium-Modifizierung zu identifizieren, mit denen im Zusammenspiel mit den spezifischen Silan-Kupplungsagenzien besonders gute Ergebnisse bei der Lösung des Zielkonfliktes zwischen Rolleigenschaften und Abriebsbeständigkeit erreicht wurden. Besonders bevorzugt ist nämlich eine erfindungsgemäße vulkanisierbare Kautschukmischung, wobei das eine oder die mehreren organosilicium- modifizierten Harze zumindest ein Strukturelement der Formel V):
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V) oder der Formel VI):
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VI) aufweist, wobei die Reste R7, R8 und R9 unabhängig voneinander lineare oder verzweigte organische Gruppe mit 1 bis 20 Nicht-Wasserstoffatomen sind, wobei die organische Gruppe zumindest eines der Reste R7, R8 und R9 über ein Sauerstoffatom an das Si-Atom angebunden ist.
Wie vorstehend erläutert, umfassen die organosilicium-modifizierten Harze als Rückgrat eine (Co-)Polymerkette. Hierbei handelt es sich um (Copolymere, welche durch Polymerisation aus einer spezifischen Monomerzusammensetzung hergestellt werden bzw. herstellbar sind. In Übereinstimmung mit dem fachmännischen Verständnis und dem üblichen Vorgehen im Bereich der Technik ist es zielführend, solche (Co-)Polymere über das Herstellungsverfahren beziehungsweise die zur Herstellung verwendeten Ausgangsmaterialien zu definierten, da es weitgehend unmöglich ist, die entsprechenden Materialien in ihrer Gesamtheit anders abschließend zu definieren. In Übereinstimmung mit dem üblichen Vorgehen im Bereich der Technik wird die Herstellbarkeit dabei in Bezug auf die Monomerzusammensetzung angegeben, die in Übereinstimmung mit dem fachmännischen Verständnis sämtliche monomeren Bestandteile umfasst, welche im Zuge der Polymerisation zu Monomereinheiten der (Co-)Polymerkette umgesetzt werden. Entsprechend werden andere Bestandteile, die bei der Polymerisation gegebenenfalls im Reaktionsgemisch vorhanden sind, bei der Polymerisation jedoch nicht in die (Co-)Polymerkette eingebaut werden, wie beispielsweise Lösungsmittel, nicht der Monomerzusammensetzung zugerechnet.
Ausgangspunkt zur weiteren Beschreibung der (Co-)Polymerkette ist somit zunächst eine erfindungsgemäße vulkanisierbare Kautschukmischung, wobei das eine oder die mehreren organosilicium-modifizierte Harze eine (Co-)Polymerkette umfassen, die herstellbar ist durch Polymerisation einer Monomerzusammensetzung.
Bevorzugt ist davon ausgehend eine erfindungsgemäße vulkanisierbare Kautschukmischung, wobei die Monomerzusammensetzung ein oder mehrere polymerisierbare Monomere umfasst, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus ungesättigten aliphatischen Monomeren und ungesättigten aromatischen Monomeren, bevorzugt ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus ungesättigten aromatischen Monomeren, wobei die Monomerzusammensetzung bevorzugt aus diesen Monomeren besteht. Bevorzugt ist zusätzlich oder alternativ eine erfindungsgemäße vulkanisierbare Kautschukmischung, wobei die Monomerzusammensetzung ein oder mehrere polymerisierbare Monomere umfasst, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Acrylaten, Methacrylaten, Terpenen, ungesättigten Fettsäuren und vinylaromatischen Verbindungen, wobei die Monomerzusammensetzung bevorzugt aus diesen Monomeren besteht.
Besonders bevorzugt ist nach Einschätzung der Erfinder eine erfindungsgemäße vulkanisierbare Kautschukmischung, wobei die Monomerzusammensetzung ein oder mehrere polymerisierbare Monomere umfasst, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus ethylenisch ungesättigten aromatischen Monomeren, bevorzugt a- Methylstyrol und/oder Styrol wobei die Monomerzusammensetzung bevorzugt aus diesen Monomeren besteht. Besonders bevorzugt ist entsprechend auch eine erfindungsgemäße vulkanisierbare Kautschukmischung, wobei das eine oder die mehreren organosilicium- modifizierte Harze eine (Co-)Polymerkette aus polymerisiertem a- Methylstyrol und/oder Styrol, bevorzugt a-Methylstyrol und Styrol, umfasst.
Den zweiten essentiellen Bestandteil der erfindungsgemäßen vulkanisierbaren Kautschukmischungen bilden die spezifischen Organosiliciumverbindungen gemäß den Formeln l.a) und l.b).
Mit diesen spezifischen Organosiliciumverbindungen ist es nach Erkenntnis der Erfinder überraschenderweise möglich, auch beim Einsatz von organosilicium-modifizierten Harzen ausgezeichnete Abriebsbeständigkeiten zu erreichen, und gleichzeitig im Wesentlichen gleichbleibende bzw. sogar verbesserte Rolleigenschaften wie Rollwiederstand und Nassgriff zu erreichen.
Unabhängig von der spezifischen Ausgestaltung ist dabei nach Einschätzung der Erfinder eine erfindungsgemäße vulkanisierbare Kautschukmischung bevorzugt, wobei die vulkanisierbare Kautschukmischung die eine oder die mehreren Organosiliciumverbindungen in einem kombinierten Massenanteil im Bereich von 0,5 bis 25 phr, bevorzugt im Bereich von 1 bis 20 phr, besonders bevorzugt im Bereich von 2 bis 15 phr, umfasst. Bezogen auf den Gehalt an den Füllstoffen mit freien OH-Gruppen an der Füllstoffoberfläche ist eine erfindungsgemäße vulkanisierbare Kautschukmischung bevorzugt, wobei die vulkanisierbare Kautschukmischung die eine oder die mehreren
Organosiliciumverbindungen in einem kombinierten Massenanteil im Bereich von 1 bis 50 phf, bevorzugt im Bereich von 2 bis 40 phf, besonders bevorzugt im Bereich von 3 bis 30 phf, umfasst, Der Fachmann versteht, dass die vorstehenden Ausführungen zu der (R7R8R9)Si-Gruppe entsprechend auch auf die (R1R2R3)Si-Gruppe bzw. die (R4R5R6)Si-Gruppe zutreffen. Bevorzugt ist entsprechend eine erfindungsgemäße vulkanisierbare Kautschukmischung, wobei die Reste R1, R2, R3, R4, R5 und R6 unabhängig voneinander lineare oder verzweigte Alkoxy-Gruppen oder Alkyl-Gruppen mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen sind, wobei zumindest einer der Reste R1, R2 und R3 sowie einer der Reste R4, R5 und R6 eine Alkoxy-Gruppe ist. Bevorzugt ist zusätzlich oder alternativ entsprechend auch eine erfindungsgemäße vulkanisierbare Kautschukmischung, wobei die Reste R1, R2, R3, R4, R5 und R6 unabhängig voneinander lineare Alkoxy-Gruppen oder Alkyl-Gruppen sind. Bevorzugt ist darüber hinaus zusätzlich oder alternativ eine erfindungsgemäße vulkanisierbare Kautschukmischung, wobei die Reste R1, R2, R3, R4, R5 und R6 unabhängig voneinander Alkoxy-Gruppen oder Alkyl-Gruppen mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen, bevorzugt mit 2 oder 3 Kohlenstoffatomen, sind. Bevorzugt ist insoweit zusätzlich oder alternativ eine erfindungsgemäße vulkanisierbare Kautschukmischung, wobei zumindest zwei, bevorzugt sämtliche, der Reste R1, R2 und R3 und/oder der Reste R4, R5 und R6 Alkoxy-Gruppen sind. Besonders bevorzugt ist ebenfalls eine erfindungsgemäße vulkanisierbare Kautschukmischung, wobei die Reste R1, R2 und R3 und/oder die Reste R4, R5 und R6, bevorzugt sämtliche dieser Reste, identisch sind. Ganz besonders bevorzugt ist abschließend wiederum eine erfindungsgemäße vulkanisierbare Kautschukmischung, wobei die Reste R1, R2, R3, R4, R5 und R6 Ethoxy-Gruppen sind.
Bei den Organosiliciumverbindungen der Formeln l.a) handelt es sich um Verbindungen, die auch als geblockte Mercaptosilane bezeichnet werden. In diesen ist der für die Reaktion mit dem Dienkautschuk vorgesehene Schwefel durch einen Thiolsäureester geschützt, wobei dieser Thiolsäureester zu einem Thiol umgesetzt werden kann. Die organische Verbindungseinheit Xa, welche den Abstand zwischen dem Silicium und dem Schwefel bestimmt, kann in vorteilhafter Weise recht frei gewählt werden und beispielsweise auch Heteroatome umfassen. Im Rahmen der Erfindung besteht jedoch die Maßgabe, dass die Zahl der Nicht- Wasserstoffatome in der Verbindungskette zwischen dem Si-Atom und dem S 4 oder mehr beträgt. Dies bedeutet, dass das Silicium und das Schwefelatom des Thiolsäureesters durch mindestens vier weitere Atome bzw. fünf kovalente Bindungen, voneinander separiert sind, wie es beispielsweise durch eine lineare Alkylkette mit 4 oder mehr Kohlenstoffatomen ermöglicht würde.
Sofern die Maßgabe des Mindestabstandes zwischen dem Siliciumatom und Schwefelatom eingehalten wird, ist die organische Verbindungseinheit Xa hinsichtlich der Ausführung a priori nur wenig beschränkt, so dass der Fachmann eine große Auswahl bei der Gestaltung hat. Mit Blick auf die Herstellungskosten der entsprechenden Verbindungen, die mögliche Rohstoffbasis und die gangbaren Syntheserouten ist es nach Einschätzung der Erfinder jedoch bevorzugt, die organische Verbindungseinheit Xa möglichst einfach auszuführen und beispielsweise auf sehr lange Ketten, umfassende Verzweigungen oder die Anwesenheit von funktionellen Gruppen zu verzichten. In vorteilhafter Weise zeigen sich hierbei in den Experimenten der Erfinder auch für solche vergleichsweise einfachen Ausgestaltungen sehr vorteilhafte Effekte.
Bevorzugt ist vor diesem Hintergrund eine erfindungsgemäße vulkanisierbare Kautschukmischung, wobei Xa eine lineare organische Verbindungseinheit ist. Bevorzugt ist zusätzlich oder alternativ eine erfindungsgemäße vulkanisierbare Kautschukmischung, wobei Xa eine organische Verbindungseinheit mit 5 bis 30, bevorzugt 6 bis 25, besonders bevorzugt 7 bis 20, ganz besonders bevorzugt mit 8 bis 12, Nicht- Wasserstoffatom en ist. Besonders bevorzugt ist eine erfindungsgemäße vulkanisierbare Kautschukmischung, wobei Xa eine Alkylkette ist, bevorzugt mit 4 bis 20 Kohlenstoffatomen. Die Erfinder haben in eigenen Experimenten erkannt, dass sich die Vorteile der vorliegenden Erfindung besonders deutlich zeigen, wenn die Länge des Verbindungseinheit weiter erhöht wird, so dass der Abstand zwischen dem Siliciumatom und dem Schwefelatom des Thiolsäureesters weiter steigt. Bevorzugt ist entsprechend eine erfindungsgemäße vulkanisierbare Kautschukmischung, wobei Xa eine organische Verbindungseinheit ist, in der die Zahl der Nicht- Wasserstoffatome in der Verbindungskette zwischen dem Si-Atom und dem S-Atom 5 oder mehr, bevorzugt 6 oder mehr, besonders bevorzugt 7 oder mehr, ganz besonders bevorzugt 8 oder mehr, beträgt.
Nach Erkenntnis der Erfinder ergibt sich bei den geblockten Mercaptosilanen gemäß der Formel l.a) eine merkliche Ausnahme von der vorstehend ausgeführten grundsätzlichen Vorteilhaftigkeit vergleichsweise simpler organischer Verbindungseinheiten. Es hat sich nämlich herausgestellt, dass sich besonders vorteilhafte Ergebnisse erzielen lassen, wenn Xa eine oder mehrere Thioether-Gruppen umfasst, so dass Xa selbst weiteren Schwefelatome umfasst. Mit entsprechenden geblockten Mercaptosilanen wurde insbesondere in Kombination mit den nachfolgend offenbarten Organosiliciumverbindungen der Formel VIII) ausgezeichnete Ergebnisse erhalten. Bevorzugt ist mit anderen Worten eine erfindungsgemäße vulkanisierbare Kautschukmischung, wobei Xa eine organische Verbindungseinheit der Formel VII ist:
VII) - Za1 - (S - Za2)j - , wobei j eine ganze Zahl im Bereich von 1 bis 3 ist, wobei Za1 und Za2 unabhängig voneinander lineare oder verzweigte organische Verbindungseinheiten mit 1 bis 20 Nicht-Wasserstoffatom en sind, wobei Za2 für jede Repetitionseinheit gleich oder unterschiedlich sein kann, so dass nicht alle Za2j identisch sein müssen, auch wenn dies bevorzugt ist. Bevorzugt ist insoweit zunächst eine erfindungsgemäße vulkanisierbare Kautschukmischung, wobei j 1 oder 2, bevorzugt 1 , ist. Auch hinsichtlich der organische Verbindungseinheiten Za1 und Za2 gilt das vorstehend Gesagte, dass es nämlich unter vielen Synthese- und fertigungstechnischen Gesichtspunkten vorteilhaft ist, diese Gruppen mit einer vergleichsweise einfachen Struktur auszulegen. Bevorzugt ist insofern zunächst eine erfindungsgemäße vulkanisierbare Kautschukmischung, wobei Za1 und Za2 unabhängig voneinander eine lineare oder verzweigte, bevorzugt lineare, organische Verbindungseinheit mit 1 bis 15, bevorzugt 2 bis 10, besonders bevorzugt 3 bis 8, Nicht- Wasserstoffatomen sind. Besonders bevorzugt ist zusätzlich oder alternativ eine erfindungsgemäße vulkanisierbare Kautschukmischung, wobei Za1 und Za2 Alkylketten sind.
Nach Einschätzung der Erfinder ist es in dieser Ausgestaltung trotz der inhärenten Länge des Polythioethers vorteilhaft, den Abstand zwischen dem Siliciumatom und dem ersten Schwefel vergleichsweise groß zu wählen bzw. einen Mindestabstand vorzusehen. Bevorzugt ist deshalb eine erfindungsgemäße vulkanisierbare Kautschukmischung, wobei Za1 eine lineare oder verzweigte organische Verbindungseinheit ist, in der die Zahl der Nicht-Wasserstoffatome in der Verbindungskette zwischen dem Si-Atom und dem ersten S-Atom 3 oder mehr, bevorzugt 4 oder mehr, besonders bevorzugt 5 oder mehr, beträgt.
Nach Einschätzung der Erfinder werden ganz besonders vorteilhafte erfindungsgemäße vulkanisierbare Kautschukmischungen für diese Polythioether-basierten geblockten Mercaptosilane dann erhalten, wenn diese in der vulkanisierbaren Kautschukmischung zusammen mit einer weiteren Polythioether-basierten Organosiliciumverbindungen der Formel VIII) eingesetzt werden:
VIII) (R1R2R3)Si - Xc1 - (S - Zc)m - S - Xc2 - Si(R4R5R6), wobei m eine ganze Zahl im Bereich von 1 bis 3 ist, wobei Xc1 und Xc2 unabhängig voneinander lineare oder verzweigte organische Verbindungseinheiten mit 3 bis 20 Nicht-Wasserstoffatom en sind, und wobei Zc eine lineare oder verzweigte, bevorzugt lineare, organische Verbindungseinheit mit 1 bis 20 Nicht-Wasserstoffatomen ist. Dies bedeutet, dass es besonders bevorzugt ist, wenn die erfindungsgemäße vulkanisierbare Kautschukmischung diese Polythioether-basierten Organosiliciumverbindungen zusätzlich umfasst. Bevorzugt ist dabei eine erfindungsgemäße vulkanisierbare Kautschukmischung, wobei der Quotient des kombinierten Massenanteils der Organosiliciumverbindungen der Formel l.a) geteilt durch den kombinierten Massenanteil der Polythioether-basierten Organosiliciumverbindunge der Formel VIII) im Bereich von 60:1 bis 1 :30, bevorzugt im Bereich von 30:1 bis 1 :15, liegt.
Bevorzugte Ausgestaltungen der Polythioether-basierten Organosiliciumverbindungen der Formel VIII ergeben sich analog zu den vorstehenden Ausführungen zu den Polythioether-basierten geblockten Mercaptosilanen. Bevorzugt ist folglich auch in diesem Fall eine erfindungsgemäße vulkanisierbare Kautschukmischung, wobei Xc1 und Xc2 unabhängig voneinander lineare oder verzweigte, bevorzugt lineare, organische Verbindungseinheiten mit 3 bis 15, bevorzugt 3 bis 10, Nicht- Wasserstoffatomen sind. Bevorzugt ist zusätzlich oder alternativ eine erfindungsgemäße vulkanisierbare Kautschukmischung, wobei Xc1 und Xc2 Alkylketten sind. Bevorzugt ist zusätzlich oder alternativ auch eine erfindungsgemäße vulkanisierbare Kautschukmischung, wobei Xc1 und Xc2 identisch sind.
Hinsichtlich der organischen Verbindungseinheit in der Repetitionseinheit gilt, dass eine erfindungsgemäße vulkanisierbare Kautschukmischung bevorzugt ist, wobei Zc eine organische Verbindungseinheit mit 1 bis 15, bevorzugt 2 bis 10, besonders bevorzugt 3 bis 8, Nicht- Wasserstoffatom en ist, wobei Zc bevorzugt eine Alkylkette ist. Zc kann für jede Repetitionseinheit gleich oder unterschiedlich sein, so dass nicht alle Zc m identisch sein müssen, auch wenn dies bevorzugt ist. Bevorzugt ist insoweit wiederum eine erfindungsgemäße vulkanisierbare Kautschukmischung, wobei m 1 oder 2, bevorzugt 1 , ist. Bevorzugt ist es zur Abstimmung auf die Polythioether-basierten geblockten Mercaptosilane, wenn die Polythioether-basierten Organosiliciumverbindungen der Formel VIII den bevorzugten Polythioether-basierten Organosiliciumverbindungen der Formel l.a) möglichst ähneln. Bevorzugt ist vor diesem Hintergrund eine erfindungsgemäße vulkanisierbare Kautschukmischung, wobei Za1 und Xc1 identisch sind, und/oder wobei Za2 und Zc, zumindest teilweise identisch sind, und/oder wobei m = j ist.
Für alle Typen von geblockten Mercaptosilanen gilt nach Einschätzung der Erfinder in erster Näherung, dass dem Rest der Schutzgruppe Ya mit Blick auf die Leistungseigenschaften der geblockten Mercaptosilane eine eher untergeordnete Rolle zukommt, wodurch aus Kosten- und Handhabungsgründen wiederum vergleichsweise einfach strukturierte Reste bevorzugt sind. Bevorzugt ist entsprechend eine erfindungsgemäße vulkanisierbare Kautschukmischung, wobei Ya eine organische Gruppe mit 1 bis 15, bevorzugt 2 bis 10, besonders bevorzugt 3 bis 8, Nicht- Wasserstoffatomen ist. Bevorzugt ist zusätzlich oder alternativ eine erfindungsgemäße vulkanisierbare Kautschukmischung, wobei Ya eine Alkylgruppe ist.
Bei den Organosiliciumverbindungen der Formeln l.b) handelt es sich um Polysulfide, die als funktionelle Gruppe Schwefel-Schwefel-Bindung enthalten, und auf beiden Seiten siliciumhaltige funktionelle Gruppen aufweisen. Nach Einschätzung der Erfinder sind insoweit insbesondere Tetrasulfide vorteilhaft. Bevorzugt ist entsprechend eine erfindungsgemäße vulkanisierbare Kautschukmischung, wobei n eine ganze Zahl im Bereich von 4 bis 8, bevorzugt im Bereich von 4 bis 6, besonders bevorzugt 4, ist, und/oder wobei n ohne Rest durch 2 teilbar ist. Auch für die Organosiliciumverbindungen der Formeln l.b) gilt, dass die jeweiligen Verbindungseinheiten Xb1 und Xb2 einen gewissen Mindestabstand gewährleisten müssen, damit sich die vorteilhaften Effekte auf die Abriebseigenschaften ergeben. Auch in diesem Fall ist es nach Einschätzung der Erfinder vorteilhaft, diesen Mindestabstand höher zu wählen. Bevorzugt ist somit zunächst eine erfindungsgemäße vulkanisierbare Kautschukmischung, wobei Xb1 und Xb2 unabhängig voneinander lineare oder verzweigte organische Verbindungseinheiten sind, in denen die Zahl der Nicht-Wasserstoffatome in der Verbindungskette zwischen dem Si-Atom und dem S-Atom 4 oder mehr, bevorzugt 5 oder mehr, besonders bevorzugt 6 oder mehr, beträgt.
Sofern die Maßgabe des Mindestabstandes zwischen dem Siliciumatom und Schwefelatom eingehalten wird, können auch die organischen Verbindungseinheiten Xb1 und Xb2 prinzipiell flexibel ausgestaltet werden. Jedoch sind auch in diesem Fall wieder vergleichsweise einfache Kettenstrukturen bevorzugt. Bevorzugt ist auch in diesem Fall demnach eine erfindungsgemäße vulkanisierbare Kautschukmischung, wobei Xb1 und Xb2 unabhängig voneinander lineare oder verzweigte, bevorzugt lineare, organische Verbindungseinheiten mit 3 bis 15, bevorzugt 3 bis 10, Nicht- Wasserstoffatom en sind. Bevorzugt ist zusätzlich oder alternativ eine erfindungsgemäße vulkanisierbare Kautschukmischung, wobei Xb1 und Xb2 Alkylketten sind. Mit Blick auf den Syntheseaufwand aber auch auf die Homogenität der aus den Organosiliciumverbindungen der Formeln l.b) in der vulkanisierbaren Kautschukmischung resultierenden Kupplungsagenzien ist es nach Einschätzung der Erfinder besonders zweckmäßig, die beiden Reste gleich zu wählen. Besonders bevorzugt ist zusätzlich oder alternativ entsprechend eine erfindungsgemäße vulkanisierbare Kautschukmischung, wobei Xb1 und Xb2 identisch sind.
Der Fachmann versteht, dass die Erfindung auch erfindungsgemäße vulkanisierbare Kautschukmischungen betrifft, die lediglich einen Typ an den spezifischen Organosiliciumverbindungen umfasst. Auch für sich allein bevorzugt ist somit eine erfindungsgemäße vulkanisierbare Kautschukmischung, wobei die eine oder die mehreren Organosiliciumverbindungen ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Organosiliciumverbindungen der Formel l.a) und/oder wobei die vulkanisierbare Kautschukmischung Organosiliciumverbindungen der Formel l.a) umfasst. Ebenfalls auch für sich allein bevorzugt ist entsprechend eine erfindungsgemäße vulkanisierbare Kautschukmischung, wobei die eine oder die mehreren Organosiliciumverbindungen ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Organosiliciumverbindungen der Formel l.b) und/oder wobei die vulkanisierbare Kautschukmischung Organosiliciumverbindungen der Formel l.b) umfasst.
Besonders bevorzugt ist jedoch eine erfindungsgemäße vulkanisierbare Kautschukmischung, wobei die vulkanisierbare Kautschukmischung zwei oder mehr verschieden Organosiliciumverbindungen umfasst, bevorzugt zumindest eine Organosiliciumverbindung der Formel l.a) und zumindest eine Organosiliciumverbindung der Formel l.b).
Aus den erfindungsgemäßen vulkanisierbaren Kautschukmischungen können in üblicher Weise Vulkanisate bzw. Kautschukprodukte hergestellt werden. Das entsprechende Verfahren zur Herstellung eines Vulkanisates oder eines Kautschukprodukts umfasst neben der Herstellung der erfindungsgemäßen vulkanisierbaren Kautschukmischung, zusätzlich beispielsweise den Schritt:
Vulkanisieren der erfindungsgemäßen vulkanisierbaren Kautschukmischung, bevorzugt als Teil eines Kautschukrohlings, besonders bevorzugt eines unvulkanisierten Fahrzeugreifenrohlings, zum Erhalt eines Vulkanisates, bevorzugt als Teil eines Kautschukprodukts, bevorzugt eines Fahrzeugluftreifens.
Hierbei wird die erfindungsgemäße vulkanisierbare Kautschukmischung beispielsweise nach dem in der Reifenindustrie üblichen Verfahren vulkanisiert, beispielsweise durch eine schwefelbasierte Vernetzung.
Die Erfindung betrifft entsprechend auch ein Vulkanisat, herstellbar oder hergestellt durch Vulkanisation einer erfindungsgemäßen vulkanisierbaren Kautschukmischung. Bevorzugt ist insoweit ein erfindungsgemäßes Vulkanisat, wobei das Vulkanisat herstellbar ist durch Vulkanisation bei einer Temperatur im Bereich von 120 bis 200 °C, bevorzugt im Bereich von 130 bis 180 °C.
Die Erfindung betrifft entsprechend auch ein Kautschukprodukt, umfassend ein erfindungsgemäßes Vulkanisat. Beispielhaft ist ein erfindungsgemäßes Kautschukprodukt, wobei das Kautschukprodukt ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Schuhsohlen, Riemen, Schläuchen und Gurten. Für im Wesentlichen alle Fälle bevorzugt ist jedoch ein erfindungsgemäßes Kautschukprodukt, wobei das Kautschukprodukt ein Fahrzeugreifen ist, bevorzugt ein Fahrzeugluftreifen.
Offenbart wird abschließend zudem die Verwendung einer erfindungsgemäßen vulkanisierbaren Kautschukmischung und/oder eines erfindungsgemäßen Vulkanisates in der Herstellung von Kautschukprodukten zur Verbesserung der Abriebseigenschaften.
Nachfolgend werden die Erfindung und bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf Experimente weiter erläutert und beschrieben.
A. Herstellung der vulkanisierbaren Kautschukmischungen:
Die Herstellung der vulkanisierbaren Kautschukmischungen erfolgte nach dem in der Kautschukindustrie üblichen Verfahren unter üblichen Bedingungen in drei Stufen in einem Labormischer (300 mL, Brabender Mixer, CW Brabender GmbH & Co., South Hackensack, NJ, US), bei dem zunächst in einer ersten Mischstufe (Grundmischstufe, Rotorgeschwindigkeit: 70 U/min, Starttemperatur: ca. 130 °C, Endtemperatur: ca. 149 °C) alle Bestandteile außer dem Vulkanisationssystem (Schwefel und vulkanisationsbeeinflussende Substanzen) vermischt wurden. Durch Zugabe des Vulkanisationssystems in der zweiten Stufe (Fertigmischstufe; Rotorgeschwindigkeit: 55 U/min, Temperatur: ca. 80 °C) wurde die vulkanisierbare Kautschukmischung erzeugt.
Die hierbei eingesetzten Substanzen sind in Tabelle 1 aufgeführt.
Tabelle 1 - Eingesetzte Substanzen
Figure imgf000037_0001
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Aus sämtlichen vulkanisierbaren Kautschukmischungen wurden mittels Vulkanisation (Vulkanisationsbedingungen: t: 20 min, T: 160 °C) genormte, vulkanisierte Vulkanisate als Prüfkörper hergestellt.
B. Bestimmung der physikalisch-chemischen Eigenschaften der Vulkanisate:
An den hergestellten Vulkanisaten wurden die folgenden physikalischchemischen Eigenschaften mit den nachfolgend beschriebenen Bestimmungsverfahren bestimmt:
Shore-A-Härte bei Raumtemperatur (25 °C) gemäß DIN EN ISO 868:2003-10;
Verlustfaktor tan ö bei 0 °C und 70 °C aus temperaturabhängiger dynamisch-mechanischer Messung mittels Eplexor gemäß ISO 4664-1 :2011-11 (konstante Kraft, 10 % Kompression, ± 0,2 % Dehnungsamplitude, Frequenz 10 Hz) sowie Temperatur beim maximalen Verlustfaktor (T @ tan ö max);
Rückprallelastizität bei Raumtemperatur (RT) und 70 °C gemäß ISO 4662:2017-06; und
Abrieb bei Raumtemperatur gemäß DIN ISO 4649:2021 (Verfahren A mit nicht rotierenden Prüfkörpern).
Der Verlustfaktor tan ö (0 °C) dient als Indikator für den Nassgriff eines Reifens. Je höher der Verlustfaktor tan ö (0 °C) ist, desto besser sind die Nassgriffeigenschaften. Der Verlustfaktor tan ö (70 °C) dient als Indikator für den Rollwiderstand eines Reifens, wobei ein kleinerer Verlustfaktor tan ö (70 °C) einen geringeren Rollwiderstand bedeutet. Je größer die Differenz A tan ö (Verlustfaktor tan ö (0 °C) - Verlustfaktor tan ö (70 °C)) ist, desto vorteilhafter ist das jeweilige Vulkanisat im Hinblick auf den zwischen den Nassgriffeigenschaften und dem Rollwiderstand bestehenden Zielkonflikt (gilt entsprechend für die Differenz der Rückprallelastizitäten ARB (RB(70 °C) - RB(RT)).
C. 1 . Versuchsreihe:
Im Rahmen der 1 . Versuchsreihe wurden acht vulkanisierbare Kautschukmischungen hergestellt, deren Zusammensetzung in Tabelle 2 angegeben ist.
Tabelle 2 - Vulkanisierbare Kautschukmischungen gemäß 1. Versuchsreihe (alle Angaben in phr)
Figure imgf000039_0001
Der Massenanteil der Organosiliciumverbindungen wurde dabei angepasst, um eine konstante Stoffmenge einzubringen.
Die an den zugehörigen Vulkanisaten bestimmten Materialeigenschaften sind in Tabelle 3 zusammengefasst. Tabelle 3 - Materialeigenschaften für die 1 . Versuchsreihe
Figure imgf000040_0001
D. 2. Versuchsreihe:
Im Rahmen der 2. Versuchsreihe wurden fünf vulkanisierbare
Kautschukmischungen hergestellt, deren Zusammensetzung in Tabelle 4 angegeben ist.
Tabelle 4 - Vulkanisierbare Kautschukmischungen gemäß 2.
Versuchsreihe (alle Angaben in phr)
Figure imgf000040_0002
Figure imgf000041_0001
Der Massenanteil der Organosiliciumverbindungen wurde dabei angepasst, um eine konstante Stoffmenge einzubringen.
Die an den zugehörigen Vulkanisaten bestimmten Materialeigenschaften sind in Tabelle 5 zusammengefasst. Tabelle 5 - Materialeigenschaften für die 2. Versuchsreihe
Figure imgf000041_0002
E. Bewertung: Die Ergebnisse der 1 . und 2. Versuchsreihe zeigen, dass aus erfindungsgemäßen vulkanisierbaren Kautschukmischungen Vulkanisate erhalten werden können, die den Zielkonflikt aus Rollwiderstand, Nassgriff und Abrieb in vorteilhafter Weise lösen.
Durch den Einsatz der spezifischen Organosiliciumverbindungen in Kombination mit den organosilicium-modifizierten Harzen werden Vulkanisate erhalten, deren A tan ö und A RB als Indikatoren für den Zielkonflikt aus Rollwiderstand und Nassgriff mit denen des jeweiligen Vergleichssystems analog zum Stand der Technik (V2 bzw. V8) zumindest vergleichbar und in vielen Fällen sogar deutlich verbessert ist.
Vor diesem Hintergrund ist besonders vorteilhaft, dass sich für sämtliche erfindungsgemäßen Vulkanisate ein im Vergleich zu dem jeweiligen Vergleichssystem deutlich verbessertes Abriebsverhalten zeigt.
Aus den Ergebnissen ist zu erkennen, dass insoweit das organosilicium- modifizierten Harz 2 wohl höhere Ansprüche an die eingesetzten Organosiliciumverbindungen stellt. Allein ausgehend von der 1. Versuchsreihe ließe sich noch vermuten, dass ggf. auch das Silan 2 Vorteile bieten könnte. Die 2. Versuchsreihe zeigt jedoch deutlich, dass dieses Silan 2 keine zuverlässige Verbesserung des Abriebverhaltens zeigen kann und auch die Abnahme in A tan ö und A RB deutlich ausgeprägter ist.

Claims

Ansprüche
1. Vulkanisierbare Kautschukmischung, umfassend: a) einen oder mehrere Dienkautschuke, b) einen oder mehrere Füllstoffe, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Füllstoffen mit freien OH-Gruppen an der Füllstoffoberfläche, c) ein oder mehrere organosilicium-modifizierte Harze, und d) ein oder mehrere Organosiliciumverbindungen, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Organosiliciumverbindungen der Formeln l.a) und l.b): l.a) (R1 R2R3)Si - Xa - S - (C=O) - Ya, und l.b) (R1R2R3)Si - Xb1 - Sn - Xb2 - Si(R4R5R6), wobei die Reste R1, R2, R3, R4, R5 und R6 unabhängig voneinander lineare oder verzweigte organische Gruppe mit 1 bis 20 Nicht-Wasserstoffatomen sind, wobei die organische Gruppe zumindest eines der Reste R1, R2 und R3 sowie eines der Reste R4, R5 und R6 über ein Sauerstoffatom an das Si-Atom angebunden ist, wobei n eine ganze Zahl im Bereich von 2 bis 10 ist, wobei Xa eine lineare oder verzweigte organische Verbindungseinheit mit 4 bis 40 Nicht-Wasserstoffatomen ist, wobei die Zahl der Nicht- Wasserstoffatome in der Verbindungskette zwischen dem Si-Atom und dem S-Atom 4 oder mehr beträgt, wobei Xb1 und Xb2 unabhängig voneinander lineare oder verzweigte organische Verbindungseinheiten mit 4 bis 20 Nicht-Wasserstoffatomen sind, wobei die Zahl der Nicht- Wasserstoffatome in der Verbindungskette zwischen dem Si-Atom und dem S-Atom jeweils 4 oder mehr beträgt, und wobei Ya eine lineare oder verzweigte organische Gruppe mit 1 bis 20 Nicht- Wasserstoffatom en ist.
2. Vulkanisierbare Kautschukmischung nach Anspruch 1 , wobei die vulkanisierbare Kautschukmischung den einen oder die mehreren Füllstoffe in einem kombinierten Massenanteil im Bereich von 5 bis 250 phr umfasst.
3. Vulkanisierbare Kautschukmischung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der eine oder die mehreren Füllstoffe ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus amorphen Siliciumdioxiden.
4. Vulkanisierbare Kautschukmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die vulkanisierbare Kautschukmischung das eine oder die mehreren organosilicium-modifizierten Harze in einem kombinierten Massenanteil im Bereich von 0,5 bis 60 phr umfasst.
5. Vulkanisierbare Kautschukmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das eine oder die mehreren organosilicium-modifizierten Harze zumindest ein Strukturelement der Formel II) aufweist:
II) (R7R8R9)Si - T -, wobei die Reste R7, R8 und R9 unabhängig voneinander lineare oder verzweigte organische Gruppe mit 1 bis 20 Nicht- Wasserstoffatom en sind, wobei die organische Gruppe zumindest eines der Reste R7, R8 und R9 über ein Sauerstoffatom an das Si-Atom angebunden ist, wobei T eine lineare oder verzweigte organische Verbindungseinheit mit 1 bis 60 Nicht- Wasserstoffatomen ist, über die das Strukturelement der Formel II) an die (Co-)Polymerkette des organosilicium-modifizierten Harzes angebunden ist.
6. Vulkanisierbare Kautschukmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das eine oder die mehreren organosilicium-modifizierten Harze zumindest ein Strukturelement der Formel III) aufweist:
III) (R7R8R9)Si - U - A - V - wobei die Reste R7, R8 und R9 unabhängig voneinander lineare oder verzweigte organische Gruppe mit 1 bis 20 Nicht- Wasserstoffatom en sind, wobei die organische Gruppe zumindest eines der Reste R7, R8 und R9 über ein Sauerstoffatom an das Si-Atom angebunden ist, wobei U eine lineare oder verzweigte organische Verbindungseinheit mit 1 bis 30 Nicht-Wasserstoffatomen ist, wobei A ein Heteroatom ist, wobei V eine lineare oder verzweigte organische Verbindungseinheit mit 1 bis 20 Nicht- Wasserstoffatom en ist, über die das Strukturelement der Formel III) an die (Co-)Polymerkette des organosilicium-modifizierten Harzes angebunden ist.
7. Vulkanisierbare Kautschukmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das eine oder die mehreren organosilicium-modifizierte Harze zumindest ein Strukturelement der Formel IV) aufweist:
IV) (R7R8R9)Si - (CH2)i - W- A - Ar-, wobei die Reste R7, R8 und R9 unabhängig voneinander lineare oder verzweigte organische Gruppe mit 1 bis 20 Nicht- Wasserstoffatom en sind, wobei die organische Gruppe zumindest eines der Reste R7, R8 und R9 über ein Sauerstoffatom an das Si-Atom angebunden ist, wobei i im Bereich von 1 bis 20 liegt, wobei A ein Heteroatom ist, wobei Ar ein aromatischer Ring, ist, über den das Strukturelement der Formel III) an die (Co-)Polymerkette des organosilicium-modifizierten Harzes angebunden ist, wobei W eine lineare oder verzweigte organische Verbindungseinheit mit 2 bis 20 Nicht- Wasserstoffatom en ist, wobei W zumindest eine funktionelle Gruppe umfasst, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Amid-Gruppen, Ester-Gruppen, Carbonsäure-Gruppen, Ether-Gruppen und Hydroxy-Gruppen.
8. Vulkanisierbare Kautschukmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die vulkanisierbare Kautschukmischung die eine oder die mehreren Organosiliciumverbindungen in einem kombinierten Massenanteil im Bereich von 0,5 bis 25 phr umfasst.
9. Vulkanisierbare Kautschukmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei Xa eine organische Verbindungseinheit der Formel VII ist:
VII) - Za1 - (S - Za2)j - , wobei j eine ganze Zahl im Bereich von 1 bis 3 ist, wobei Za1 und Za2 unabhängig voneinander lineare oder verzweigte organische Verbindungseinheiten mit 1 bis 20 Nicht-Wasserstoffatom en sind.
10. Vulkanisat, herstellbar oder hergestellt durch Vulkanisation einer vulkanisierbaren Kautschukmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
11 . Kautschukprodukt, umfassend ein Vulkanisat nach Anspruch 10.
PCT/DE2023/200247 2022-12-15 2023-12-07 Vulkanisierbare kautschukmischung und vulkanisat mit verbesserten roll- und abriebseigenschaften WO2024125736A1 (de)

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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2255577A1 (de) 1972-11-13 1974-06-06 Degussa Verstaerkungsadditive
DE2536674C3 (de) 1975-08-18 1979-09-27 Deutsche Gold- Und Silber-Scheideanstalt Vormals Roessler, 6000 Frankfurt Vernetzbare Mischungen auf Basis von Kautschuk, Organosilanen und silikatischen Füllstoffen
US6242516B1 (en) * 1996-12-16 2001-06-05 Bridgestone Corporation Rubber composition and pneumatic tire using said rubber composition
DE102015218745A1 (de) * 2015-09-29 2017-03-30 Continental Reifen Deutschland Gmbh Kautschukmischung und Fahrzeugreifen
WO2018191187A1 (en) 2017-04-10 2018-10-18 Continental Reifen Deutschland Gmbh Functionalized resin having a polar linker
DE102017221232A1 (de) * 2017-11-28 2019-05-29 Continental Reifen Deutschland Gmbh Schwefelvernetzbare Kautschukmischung, Vulkanisat der Kautschukmischung und Fahrzeugreifen
EP4079538A1 (de) * 2021-04-14 2022-10-26 Continental Reifen Deutschland GmbH Schwefelvernetzbare kautschukmischung, vulkanisat der kautschukmischung und fahrzeugreifen

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2255577A1 (de) 1972-11-13 1974-06-06 Degussa Verstaerkungsadditive
DE2536674C3 (de) 1975-08-18 1979-09-27 Deutsche Gold- Und Silber-Scheideanstalt Vormals Roessler, 6000 Frankfurt Vernetzbare Mischungen auf Basis von Kautschuk, Organosilanen und silikatischen Füllstoffen
US6242516B1 (en) * 1996-12-16 2001-06-05 Bridgestone Corporation Rubber composition and pneumatic tire using said rubber composition
DE102015218745A1 (de) * 2015-09-29 2017-03-30 Continental Reifen Deutschland Gmbh Kautschukmischung und Fahrzeugreifen
WO2018191187A1 (en) 2017-04-10 2018-10-18 Continental Reifen Deutschland Gmbh Functionalized resin having a polar linker
DE102017221232A1 (de) * 2017-11-28 2019-05-29 Continental Reifen Deutschland Gmbh Schwefelvernetzbare Kautschukmischung, Vulkanisat der Kautschukmischung und Fahrzeugreifen
WO2019105614A1 (de) 2017-11-28 2019-06-06 Continental Reifen Deutschland Gmbh Schwefelvernetzbare kautschukmischung, vulkanisat der kautschukmischung und fahrzeugreifen
EP4079538A1 (de) * 2021-04-14 2022-10-26 Continental Reifen Deutschland GmbH Schwefelvernetzbare kautschukmischung, vulkanisat der kautschukmischung und fahrzeugreifen

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