DD248367B5 - Rezepturen fuer Gummimischungen unter Verwendung von Altgummimehl - Google Patents

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Joerg Dipl-Chem Dr Stricker
Heinz-Georg Dipl-Chem Fuchs
Wilfried Dipl-Chem Zill
Reinhard Dipl-Ing Thiele
Manfred Dipl-Chem Dr Arnold
Herbert Klein
Berthold Dipl-Ing Jaekel
Kurt Dipl-Chem Herbach
Werner Spletter
Joerg Wolter
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Berliner Reifenwerk Gmbh
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Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft Rezepturen für Gummimischungen zur Herstellung von Gummiartikeln und Fahrzeugreifen unter Verwendung von Altgummimehl.
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen
Große Mengen Altgummi in Form von Vulkanistionsabfällen sowie von Fertigerzeugnissen(wie Altreifen und anderen Gummierzeugnissen, deren Gebrauchswert nicht erreicht oder im Laufe der Nutzung verlorengegangen ist, stehen jährlich als Sekundärrohstoffe potentiell zur Verfügung, weil die im Vulkanisat enthaltenen elastischen Eigenschaften der Vulkanisatnetzwerke praktisch unverändert geblieben sind. Neben einer energetischen Nutzung von Vulkanisaten, wie z. B. Reifen bei der Zementherstellung (R. Burckhart, Gummi-Bereifung, Bielefeld 56 [1980] 99-100), gewinnt der stoffwirtschaftliche Wiedereinsatz der Altgummisubstanz in beispielsweise Reifen oder auch anderen Gummierzeugnissen zunehmende Bedeutung.
Die Erwartungen zur stoffwirtschaftlichen Nutzung von Altreifen durch Pyrolyse haben sich bisher wegen des ungünstig hohen Quotienten aus Aufwand und Nutzen nicht bestätigt (H.Simm u.a., Kautschuk u. Gummi, Kunststoffe 32 [1979] 23-32). Üblicherweise werden deshalb die Vulkanisate bzw. ein Teil der Protektoren der Altreifen durch Mahlung auf Teilchengrößen kleiner 3 mm gebracht und auf zwei Wegen einer wenigstens teilweisen Verwertung zugeführt. Erstens wird dieses so hergestellte Gummimehl in Anteilen bis zu maximal etwa 5 Gewichtsteilen direkt in die Gummimischungen eingebracht. Größere Mengen führen aber zu nachhaltigen Schwierigkeiten (W. Kleemann, Mischungen für die Elastverarbeitung, VEB Deutscher Verlag für Grundstoffind., Leipzig 1982 sowie M. A. Golevlev u.a., Kautschuk iResina 1982,
Das Gummimehl läßt sich nur mit zunehmendem Energieaufwand in die Mischung einarbeiten. In Abhängigkeit von der Mischungsrezeptur wird mit steigenden Gummimehlmengen sehr schnell der Zustand erreicht, bei dem eine ausreichende Homogenität der Mischung nur schwer zu erreichen ist.
Gleichzeitig verschlechtert sich das physikalisch-mechanische Eigenschaftsniveau und besonders die dynamischen Eigenschaften derart drastisch, daß solche Vulkanisate nur für minderwertige Gummierzeugnisse eingesetzt werden können. Zusätzlich zu den Homogenitätsproblemen muß berücksichtigt werden, daß die Viskositätswerte der Mischung bei Zugabe von Gummimehl so sehr ansteigen, daß ihre Weiterverarbeitung technologisch erschwert bzw. unmöglich wird. Beispielsweise steigt der Mischungs-Mooney mit nur 10 Teilen Gummimehl auf 100 Teile Neukautschuk bereits um ca. 10 Einheiten an, wodurch erhebliche Probleme bei der Weiterverarbeitung der Mischung entstehen bzw. die Mischung überhaupt nicht mehr verwendbar ist. Die Kompensation dieses Viskositätsanstieges durch eine zusätzliche Weichmacheröldosierung führt nicht zum gewünschten Erfolg, weil es infolge der „Verdünnung" zu einem nachhaltigen Eigenschaftsabfall kommt und die Zielprodukte wie Reifen oder Gummiartikel nicht mehr den Anforderungen genügen. Der in der DT 2137891 beschriebene Zusatz von Gummimehl in Mengen von 10 bis 50 Gewichtsteilen, bezogen auf die Kautschukkomponente in Mischungen, hat und kann aus den oben beschriebenen Gründen keine praktische Nutzung erfahren.
Zweitens hat die Nutzung von Altgummi durch thermo-oxidativen Abbau des Vulkanisatnetzwerkes und anschließenden Einsatz dieses sogenannten „Regenerates" eine gewisse Bedeutung erfahren (Europ. Rubber J., Croydon 162 [1980] 29-31 und N.E. Markrik, DD-PS 148500). Allerdings muß zum chemischen Abbau des Gummis ein relativ hoher Aufwand getrieben werden, der das Endprodukt wesentlich verteuert. Der Nachteil des Anstiegs der Mischungsviskosität mit nicht behandeltem Gummimehl wird zwar mit dem Regenerat auf Grund seiner niedrigen Eigenviskosität überwunden, aber größere Regeneratmengen sind wegen der Schädigung des Netzwerkes beim vorhergehenden Abbau nur eingeschränkt bzw. gar nicht verwendbar, weil diese Schaden offensichtlich im nachfolgenden Vulkanisationsprozeß nicht korrigiert werden, so daß die Zusatzmengen von Regenerat entweder klein gehalten werden müssen oder minderwertige Gummierzeugnisse mit geringen Anforderungen an die physikalisch-mechanische und dynamische Belastung entstehen.
Ziel der Erfindung
Das Ziel der Erfindung besteht darin, Altgummi in Form von Gummimehl in Gummimischungen einzubringen, wobei die Herstellung und Verarbeitung der Mischungen praktikabel sein muß und der zeitliche sowie materielle Aufwand zur Erzielung der Mischungshomogenität nicht erhöht ist.
Darlegung des Wesens der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, Rezepturen für Gummimischungen mit Altgummimehlzusatz zu entwickeln, die die Nachteile und Schwierigkeiten der bisherigen Rezepturen überwinden.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Gummimehl in Teilchengrößen kleiner 3 mm in Mengen bis 200 Teile, bezogen auf 100 Teile Neukautschuk, in Form eines vorher hergestellten Gummimehl-Kautschuk-Compounds mit einem Mooney-Wert im Bereich von 40 bis 90 ME, der bis 400 Teile Gummimehl in 100 Teilen Kautschuk enthält, in die eigentliche Mischung eingebracht wird. Zur Einstellung des gewünschten Anteils von Gummimehl in der Gesamtmischung im Intervall bis 66% wird zusätzlich Natur- und/oder Synthesekautschuk zugegeben.
Die Gummimehl-Kautschuk-Compounds können auf verschiedenen Wegen erzeugt werden.
Zweckmäßigerweise ist das Vermischen bereits während des Prozesses der Kautschukherstellung bzw. -isolierung aus dem Latex bzw. der Polymerlösung durchzuführen. So kann auch leicht der nachteilige Anstieg des Mooney-Wertes in der Folge des Gummimehlzusatzes durch Veränderung des Molgewichtes des Polymeren bei der Polymerisation kompensiert werden.
Ein anderer Weg besteht darin, das Gummimehl vor der Compoundierung mit Weichmacher anzuquellen und danach durch Vermischen mit festem Kautschuk, mit der Polymerlösung bzw. mit dem Kautschuklatex den Compound aus Kautschuk und Gummimehl zu erzeugen.
Es ist aber auch möglich, den Weichmacher gemeinsam mit dem Gummimehl dem festen Kautschuk, der Polymerlösung bzw. dem Kautschuklatex zuzugeben.
Überraschenderweise ist es erfindungsgemäß so möglich, völlig problemlos Gummimischungen mit bis zu 200 phr Altgummimehl herzustellen. Homogenitätsschwierigkeiten sind dadurch absolut ausgeschlossen, daß die Oberfläche der einzelnen Gummimehlteilchen schon vor dem eigentlichen Mischvorgang mit Neukautschuk überzogen und durchdrungen sind. Unerwartet werden die Vulkanisateigenschaften, offentsichtlich infolge des erreichten Homogenitätsgrades und wegen der vollständigen Bedeckung des Gummimehles mit Neukautschuk, auch bei großen Gummimehldosierungen nicht oder nur unwesentlich abgebaut. Es stellt sich sehr schnell ein Eigenschaftsniveau ein, das dem des Gummimehls, entsprechend seiner Herkunft, nahekommt.
Günstigerweise wählt man einen sogenannten ölgestreckten Kautschuk zur Compoundierung mit Gummimehl aus. Das üblicherweise verwendete Extenderöl verteilt sich im Gummimehl und im Kautschuk. Das Gummimehl quillt dabei an und ist dadurch offensichtlich in der Lage, Bestandteile der Vulkanisationsmischung in sich aufzunehmen.
Die trotz unterschiedlicher Gummimehlmengen unverändert konstanten Vulkanisateigenschaften machen deutlich, daß eine chemische Bindung zwischen altem und neuem Netzwerk entstanden ist.
Mit bisher verblüffend einfachen Methoden können über das bisher praktizierte Maß hinaus wesentlich höhere Gummimehlanteile einer stoffwirtschaftlichen Nutzung zugeführt werden. Diese praktikable Rezeptur gestattet ein Recycling von Altgummi unter Nutzung seiner bisherigen elastischen Eigenschaften, ohne daß Misch-, Verarbeitungs- oder Qualitätsschwierigkeiten entstehen. Das Gummimehl ist nicht mehr nur qualitätsmindernder inaktiver Füllstoff, sondern unmittelbar Bestandteil des Vulkanisat-Netzwerkes.
Der Hauptvorteil der erfindungsgemäßen Mischungsrezeptur besteht darin, daß in der Gummi- und Reifenindustrie bisher nicht erreichbare Einsatzquoten für Altgummi realisierbar sind, ohne die gefürchteten Inhomogenitäten und den als unüberwindbar angesehenen Viskositätsanstieg in der Mischung in Kauf nehmen zu müssen. Die Mischungen „krümeln" auch bei hohen Gummimehlanteilen in keinem Falle auseinander.
Ausführungsbeispiel
In der Tabelle sind 5 Rezepturen aufgeführt, wobei die Rezepturen I und Il den vergleichsweisen Zusatz von Gummimehl entsprechend dem Stand der Technik darstellen. Der Elastomercompound 50 ist ein Compound aus Buna SB 170 HF mit 50% Gummimehl. Der Mooney-Wert des Compounds beträgt 60ME. In allen Fällen wurde Gummimehl mit einer Teilchengröße kleiner 2 mm verwendet.
Rezeptur Gew.-Tle. I _ 6,6 Il 20 III 2,1 IV 1,9 V 2,4
NKSMR20 2,5 2,5 6,7 15,0 45 14,4
Buna SB 150 H 100 8,0 - 8,0 - 1,3 30 1,1 - 1,2
Buna SB 177 HF 1,5 100 1,5 70 2,6 - 2,6 - 2,4
Buna eis 132 - 3,0 3,0 - 23,4 20 15 24,0
Elastomercomp. 50 27,5 - 27,5 30 50 40
Gummimehl - - -
Fettsäure
Weichmacher
Spezialparaffin
ZnO
Ruß ISAF
Rezeptur Gew.-ТІѳ.
Ill
IV
Ruß HAF 27,5 27,5 X 23,4 45,0 26,4
Alterungsschutzm. 2,0 2,0 inhomogen 1,8 1,6 1,6
Sulfenamidbeschr. 1,4 1,4 1,2 1,3 1,1
Schwefel 1,6 1,6 X 1,6 1,5 1,7
Summe 181,6 195,0 X 164,1 169,0 175,2
Anteil Gummimehl (phr) 6,6 20,0 X 17,6 33,3 25,0
Anteil Gummimehl (%) 3,6 10,3 X 9,1 14,8 11,4
Viskos. d.Mischg. (ME) 50 61 46 52 53
Mischbarkeit befriedigend X gut gut gut
Beurteilung der Mischung homogen X homogen homogen homo
X gen
Spritzbarkeit gut X gut gut gut
Oberfläche des Spritzlings körnig rauh rauh rauh rauh
Kantenausbildung eingerissen glatt glatt glatt
Aussehen d. Vulkanis. glatt glatt glatt glatt
Vulkanisateigensch.
Festigkeit (MPa) 11 12 13 14
Dehnung(%) 330 340 350 430
Weiterrißwiderst. (kN/m 30') U 16 18 25
Abrieb (mm3) 105 112 112 105
χ Es entstand keine homogene Mischung; die Vulkanisation war deshalb nicht möglich.

Claims (4)

  1. Patentansprüche:
    1. Rezepturen für Gummimischungen mit Altgummimehl in Teilchengrößen kleiner 3 mm und Mengen bis 200 Teile, bezogen auf 100 Teile Neukautschuk, auf der Grundlage von Natur- und/oder Synthesekautschuken mit den üblichen Mischungsbestandteilen wie Füllstoffen, Weichmachern, Alterungsschutzmitteln und Verarbeitungshilfen, dadurch gekennzeichnet, daß das Gummimehl in Form eines Gummimehl-Kautschuk-Compounds, mit einem Mooney-Wert im Bereich von 40 bis 90 ME, der Gummimehl in Mengen bis 400 Teile, bezogen auf 100 Teile Synthesekautschuk, enthält, eingesetzt wird.
  2. 2. Rezepturen nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Synthesekautschuk zur Compoundierung mit Gummimehl vorzugsweise ölplastizierter Butadien-Styren-Kautschuk verwendet wird.
  3. 3. Rezepturen nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gummimehl vor oder während der Compoundierung mitWeichmacheröl angequollen wird.
  4. 4. Rezepturen nach Punkt 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Compounds aus Gummimehl und Synthesekautschuk, hergestellt sowohl durch Vermischen der festen Komponenten auf Misch- oder Walzwerken als auch durch Einbringen des Gummimehles in Synthesekautschuklatices oder -lösungen und anschließende Isolierung der Feststoffe, verwendbar sind.
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