BR112015019260B1 - Produto de sílica funcionalizada, seus métodos de fabricação e formulação de borracha - Google Patents

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Abstract

sílica funcionalizada com aglutinante de elastômero. o produto de sílica funcionalizada inclui partículas de sílica hidrofobizada, que possuem um fino revestimento de um polímero emulsionado. a proporção da sílica hidrofobizada em relação ao polímero emulsionado é de aproximadamente 4/1 a aproximadamente 50/1.

Description

REFERENCIAL DE REQUERIMENTOS RELACIONADOS
[001] Esta aplicação reivindica o benefício da aplicação provisional U.S. No61/763.676, arquivada em 12 de fevereiro de 2013. A divulgação inteira da aplicação acima é incorporada por meio deste pela referência supracitada.
CAMPO DA INVENÇÃO
[002] A divulgação atual relaciona-se ao reforço de agentes de enchimentopara os compostos de borracha e, mais particularmente, a um enchimento de sílica funcionalizada para os compostos de borracha.
ESTADO DA INVENÇÃO
[003] Frequentemente, a borracha é combinada com sílica para fornecer aspropriedades compostas desejadas para a elaboração de pneus e outros produtos de borracha. A incorporação da sílica na borracha, por via de um processo de mistura a seco, no qual um agente do acoplamento é unido à superfície da sílica durante o processo de mistura para permitir que se homogênese na borracha, é um procedimento conhecido. Quando a sílica é revestida com o agente de acoplamento, a sílica é referida como hidrofobizada ou funcionalizada. Um silano é usado frequentemente como o agente de acoplamento para que a sílica seja incorporada na borracha.
[004] A reação da sílica com o agente de acoplamento do silano, durante oprocesso de mistura a seco, resulta indesejavelmente na geração de etanol, que deve então ser removido durante o processamento. Os processos de manufatura para misturas a seco, removem o etanol e simultaneamente dispersam e distribuem a sílica na matriz da borracha. Estes processos têm sido eficazes, mas de longa duração, consomem muita energia e requerem despesas extensivas com sua manutenção e operação.
[005] É também sabido que se deve pré-tratar a sílica com o agente de acoplamento, antes de incorporar a sílica no composto de borracha, como uma alternativa ao processo de mistura a seco. Há diversas vantagens ao se utilizar a sílica pré-tratada, incluindo as baixas ou nulas emissões de álcool dosilano durante o processo de mistura e a eliminação da etapa de reação durante a mistura, que seria, de outro modo, necessária no processo de mistura a seco. O pré-tratamento da sílica é descrito em várias patentes, incluindo U.S Pat. No. 3.227.675 to Papalos, U.S. Pat. No. 4.076.550 to Thurn et al., e U.S. Pat. No. 4.151.154 to Berger.
[006] Os agentes de enchimento da sílica não se dispersam facilmente naborracha. Especialmente com a sílica de elevada área superficial, uma boa mistura dispersiva tem se provado difícil. A sílica de elevada área superficial é definida aqui, como a sílica que possui uma área de superfície específica maior que aproximadamente 150 m2/g, e particularmente como a sílica que possui uma área de superfície específica maior que aproximadamente 200 m2/g. Embora a sílica pré-tratada seja hidrofobizada, a sílica pré-tratada, tipicamente, não se dispersa na borracha como os outros agentes de enchimento convencionais, tal qual o negro de fumo.
[007] Uma alternativa a ambos, a sílica de mistura seca e a sílica pré-tratada,éa incorporação da sílica em um masterbatch de borracha em uma quantidade concentrada. O masterbatch de sílica -borracha, fornecido normalmente em um fardo, pode então, convencionalmente, ser misturado com a borracha para dispersar a sílica, na quantidade desejada, no composto de borracha. Deve ser apreciado, que há vantagens comparativas ao se misturar a sílica hidrofobizada em um látex de borracha, antes de dar forma ao masterbatch de borracha, que ao misturar a sílica diretamente nos compostos de borracha.O masterbatch de sílica - borracha é tipicamente uma combinação de sílica e polímero e, opcionalmente, outros componentes tais como os óleos de processo e materiais inertes. Os masterbatches de sílica-borracha conhecidos são descritos em U.S.Pat. No. 4.076.550 to Wallen et al., e U.S. Pat. No. 5.763.388 a Lightsey et al.
[008] Devido à complexidade mínima do processo de manufatura, masterbatches de sílica-borracha utilizam-se frequentemente de um polímerode emulsão, tal qual a emulsão de borracha do estireno-butadieno (ESBR), como borracha para o masterbatch. Entretanto, muitos compostos de borracha, especialmente os compostos da borracha de pneus, requerem ouso de soluções de polímeros tais como a solução de borracha do estireno- butadieno (SSBR) em vez dos polímeros emulsionados, por razões de desempenho. O uso de emulsões de masterbatches polímero-baseados de sílica-borracha em compostos de soluções de borracha polímero-baseadas podem afetar prejudicialmente o desempenho do composto de borracha, oque é, deste modo, indesejável. O uso dos masterbatches de sílica-borracha que possuem outros tipos de polímeros não solúveis, tais como a borracha natural, a borracha do polibutadieno, etc., é também indesejável.
[009] Há uma necessidade contínua pelo polímero funcionalizado docomposto de sílica, que pode ser incorporado em um sistema de borracha de excelente dispersão e liberação mínima de poeira. Desejavelmente, a sílica funcionalizada e o composto do polímero podem ser incorporados em uma formulação predominante de borracha de SSBR, sem afetar significativamente o desempenho geral em um produto final.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
[0010] Em concordância com a presente divulgação, o composto de sílicafuncionalizada surpreendentemente descoberto e o polímero podem ser incorporados em um sistema de borracha com uma excelente dispersão e liberação mínima de poeira, e que pode ser incorporado em uma formulação predominantemente de borracha de SSBR, sem significativamente afetar o desempenho geral do produto final.
[0011] É um objetivo da divulgação atual, facilitar uma distribuição da sílicaem um composto de borracha, por exemplo, um composto de borracha usado na produção de componentes do pneu. A divulgação atual também atua contra determinadas desvantagens do desempenho associadas com a tecnologia do masterbatch de ESBR, quando usada em formulação de SSBR.
[0012] Em uma incorporação, o produto de sílica funcionalizada incluipartículas de sílica hidrofobizada, que têm um revestimento fino de um polímero emulsionado. O produto de sílica funcionalizada, encontra-se na forma de partículas friáveis ou de um pó, que é causado por uma proporção suficientemente elevada de sílica hidrofobizada em relação ao polímero emulsionado.
[0013] Em uma outra incorporação, um método para manufaturar o produtofuncionalizado de sílica, inclui uma etapa de mistura entre uma solução do silano e uma pasta de sílica, para formar uma pasta de sílica hidrofobizada. A pasta de sílica hidrofobizada é então misturada no látex de borracha aquoso para dar forma a uma pasta misturada. A pasta misturada é coagulada, e então desidratada, seca e quebrada até tomar forma de partículas friáveis ou um pó incluindo partículas de sílica hidrofobizada que possuem um fino revestimento de um polímero emulsionado.
[0014] Em uma incorporação adicional, uma formulação de borracha inclui uma quantidade do elastômero e uma quantidade das partículas de sílica hidrofobizada que possuem um fino revestimento de um polímero emulsionado, isto é, o produto de sílica funcionalizado. As partículas estão uniformemente distribuídas de modo substancial, por todo o elastômero.
[0015] Em uma incorporação adicional, um sistema para manufaturar o produto de sílica funcionalizada inclui um dispositivo desidratante e um dispositivo de secagem. O dispositivo desidratante é configurado para desidratar o produto de sílica funcionalizada a um índice de água inicial. Um dispositivo de secagem é configurado então para secar o produto de sílica funcionalizada a um índice de água final. O sistema pode, além disso, incluir um dispositivo granulador. O dispositivo granulador, se necessário, é configurado para quebrar o produto de sílica funcionalizada na forma de partículas friáveis ou um pó, incluindo partículas de sílica hidrofobizada que possuem um fino revestimento de um polímero emulsionado.
FIGURAS
[0016] Conforme supracitado, assim como outras vantagens da divulgação atual, tornar-se-á prontamente aparente àqueles hábeis na arte da seguinte descrição detalhada, particularmente quando considerado à luz das figuras descritas daqui por diante.FIG 1 É um fluxograma que ilustra um método para manufaturar o produto de sílica funcionalizada de acordo com a divulgação atual;FIG 2 É um diagrama esquemático ilustrando um sistema para manufaturar o produto de sílica funcionalizada de acordo com a divulgação atual; eFIG 3 É um gráfico que ilustra os resultados do teste do índice de dispersão associado à formulação de borracha que possui o produto de sílica funcionalizada da divulgação atual, o produto de sílica funcionalizada fornecido em uma variedade de proporções entre sílica/sílica.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
[0017] A seguinte descrição é de caráter meramente exemplar e não épretendido limitar a divulgação atual, aplicação, nem seus usos. Deve-se também ser entendido que durante todas as figuras, os códigos referenciais correspondentes indicam mecanismos similares ou as peças e suascaracterísticas correspondentes. A respeito dos métodos divulgados, a ordem das etapas apresentadas é de caráter meramente exemplar, sendo assim,não possui caráter necessário ou crítico, a menos que, de outra maneira seja divulgado.
[0018] A divulgação atual inclui um método e um sistema para manufaturar oproduto de sílica funcionalizada, bem como os produtos de borracha que incluem o produto de sílica funcionalizada. O produto de sílica funcionalizada inclui uma composição do agente de enchimento que possui sílica, um agentede acoplamento do silano, e uma quantidade de um polímero que permite a rápida mistura do agente de enchimento em vários elastômeros. O produto desílica funcionalizada está em forma de partículas de sílica hidrofobizada que têm um revestimento fino de um polímero, cujas partículas estão frouxamenteaglomeradas em uma partícula friável ou em um material pulverizado, devidoa uma proporção suficientemente elevada da sílica no polímero. Além de alcançar um carregamento crítico da sílica em relação ao polímero, a sílica comporta-se como um agente fragmentador e atua contra a aglutinação das partículas friáveis ou do material pulverizado em uma massa inutilizável.
[0019] O polímero do produto de sílica funcionalizada é um polímeroemulsionado. Isto fornece uma vantagem, na qual o processo de elaboração do composto do agente de enchimento/polímero/silano é bastante simples. A polimerização de emulsões é um tipo de polimerização radical que,normalmente, se inicia com uma emulsão que incorpora água, um monômero,e um surfactante. A polimerização de emulsões é utilizada para manufaturar diversos polímeros comercialmente importantes. Muitos destes polímeros sãousados continuamente como materiais e devem ser isolados da dispersão após a polimerização. Uma dispersão estável (emulsão) de micropartículas dopolpimero em um meio aquoso, resultando da polimerização de emulsões, é frequentemente chamada de látex.
[0020] Qualquer polímero emulsionado apropriado pode ser utilizado noproduto de sílica funcionalizada da divulgação atual, incluindo, mas não limitado a: borracha natural; os polímeros feitos de um ou de mais dienos conjugadosque têm 4 a 12 átomos de carbono, preferivelmente 4 a 6 átomos de carbonotais como o butadieno ou isopreno; os polímeros feitos de um dieno conjugado que tem 4 a 12 átomos de carbono com um vinil aromático substituído, que tem de 8 a 12 átomos de carbono tais como o estireno, o estireno alfa metil, a vinilpiridina, e os similares; polímeros e copolímeros feitos de cloropreno (que é poli cloropreno); vários polímeros que contêm halogênios tais como copolímeros do fluoreto de vinilideno e do hexafluorpropileno; borrachas acrílicas incluindo polímeros e copolímeros de acrilatos de alquilo; várias borrachas de nitrilo; e combinações disso. Uma das habilidades comuns à arte consiste em selecionar outros polímeros emulsionados para o produto de sílica funcionalizada, conforme desejado.
[0021] Uma variedade de tipos de sílica é apropriada para o uso dentro doproduto de sílica funcionalizada da divulgação atual, incluindo a sílica amorfae produtos de sílica vaporizada. Em uma incorporação mais específica, a sílica utilizada no produto de sílica funcionalizada é uma sílica de elevada área superficial. Os exemplos representativos da sílica comercialmente disponível que se conformam às exigências acima incluem as sílica vendidas por Odiaria sob as designações Z1165MP (165 m2/g BET área de superfície específica), e o Zeosil® Premium 200MP (220 m2/g BET área de superfície específica). As sílica adicionais estão comercialmente disponíveis das indústrias de Evonik, designadas como Ultrasil® 7000 GR (190 m2/g BET áreade superfície específica) e Ultrasil® VN3 190 m2/g BET área de superfície específica) e de Huber, designadas como Zeopol® 8745 (180 m2/g BET área de superfície específica) e Zeopol® 8755 (190 m2/g BET área de superfície específica). Outros tipos apropriados de sílica podem também ser utilizados dentro do escopo da divulgação.
[0022] Artificies versados podem também utilizar uma variedade de agentes de acoplamento de silano com o produto de sílica funcionalizada. O agente de acoplamento conterá a funcionalidade que pode reagir com a sílica e a borracha. Os exemplos representativos do silano incluem o (3- mercaptopropil) trietóxisiano, (3 - mercaptopropil) trimetoxisilano, (3- tiocianatopropil) trimetóxi silano, (3 - tiocianatopropil) trietoxisilano, Bis [3- (trietóxisilil) propil] tertrasulfido, Bis [3- (trimetóxisilil) propil]tetrasulfido, Bis[3- (trietóxisilil) propil]disulfido, Bis[3- (trimetóxisilil) propil] disulfido e 3- (trietóxisilil) propil octanetioato e silanos que contêm grupos de mercaptano obstruído. Deve-se apreciar que outros tipos de agentes de acoplamento apropriados do silano podem ser empregados, conforme desejado.
[0023] Tipo de silano utilizado ditará o modo que será aplicado à superfície da sílica. Um método de hidrofobização que funciona para todos os silanos é dissolver o silano em um solvente orgânico e homogeneizar a sílica no solvente, até a reação estar completa. A sílica pode, então, ser filtrada e seca.Este método é ensinado na patente U.S. No. 3.768.537 to Hess et al, a completa divulgação está incorporada neste documento com a referência mencionada. Um outro método de hidrofobização da sílica envolve dispersar, por via de spray, o silano diretamente na superfície da sílica. Um método conveniente de hidrofobização envolve dissolver o silano em uma solução ácida aquosa e então reagi-lo com uma pasta de sílica em um pH levemente básico, conforme é ensinado na patente U.S. No. 8.357.733 to Wallen et al., a divulgação completa da qual está incorporada neste meio pela referência mencionada. Observe que o último procedimento está limitado aos silanosque hidrolisarão imediatamente e formarão soluções aquosas, mas quando passível de ser aplicado, esse método é vantajoso.
[0024] Independentemente do método de hidrofobização, o produtoresultanteda reação entre o silano e a sílica pode ser homogeneizado com látex e coagulado. Isto é muito mais simples do que usar uma solução de polímero para fazer um polímero/composto de sílica hidrofobizada, por exemplo, conforme é descrito na U.S. Pat. No. 6,407,153 to von Hellens. A divulgaçãocompleta está incorporada neste meio pela referência. Em Von Hellens, uma suspensão aquosa de sílica deve ser misturada com uma solução de alta viscosidade de borracha de estireno butadieno e em um solvente do hidrocarboneto. Além das dificuldades em unir estas duas fases incompatíveis, e em assegurar-se de que a sílica esteja misturada uniformemente no polímero, deve-se também atentar sobre a extração do solvente volátil. Deste modo, é vantajoso utilizar-se de um polímero de látex de base aquosa em vez de uma solução baseada em um polímero em um solvente orgânico, para revestir a sílica tratada com silano.
[0025] Deve ser entendido que o processo da divulgação atual, que se utilizade uma alta proporção de sílica em relação ao polímero, permite uma minimização de polímeros emulsionados na formulação final do composto de borracha. Isto é importante, porque os componentes de sílica-borracha de maior desempenho, possuem uma solução de polímeros sendo superiores aos polímeros emulsionados para esta aplicação. Vide o G. Heinrich KGK, julho 2008 P. 368 Por que a tecnologia da sílica necessita de SSBR em pneus de alta performance. Sendo assim, para otimizar a preparação da sílica funcionalizada e do composto de polímero, um processo baseado em látex é empregado, mas para minimizar o efeito do polímero emulsionado no composto em termos de desempenho geral do composto de borracha, é empregada uma alta proporção de sílica em relação ao polímero. Até então, isto não tinha sido possível com a tecnologia convencional do masterbatch da sílica.
[0026] Ao contrário de produtos fardáveis e do masterbatch, conhecidos napresente arte, o produto de sílica funcionalizado da divulgação atual tem uma proporção elevada de sílica em relação ao polímero, suficiente para formar partículas friáveis ou um pó. Como exemplos não-limitadores específicos, a proporção de sílica em relação ao polímero deve ser de aproximadamente 4/1a 50/1, mais particularmente de aproximadamente 5/1 a aproximadamente 25/1, e de modo mais particular de 10/1. Entretanto, alguém com uma habilidade comum nesta arte deve compreender que outras proporções de sílica no produto de sílica funcionalizado, suficientes para formar partículas friáveis ou um pó com o produto de sílica funcionalizado, mas insuficientepara formar um fardo, podem também ser empregadas por artífices habilidosos, conforme desejado.
[0027] Conforme mostrado na FIG. 1, a divulgação atual, a seguir, inclui ummétodo 100 para manufaturar o produto de sílica funcionalizado. No método 100, uma solução aquosa do silano é preparada ou fornecida. Como um exemplo não- limitador, uma quantidade do isopropanol (partes proporcionaisà massa do silano) é misturada com o ácido acético. As partes proporcionais à massa do silano, tais como o silano de mercapto, são adicionadas ao agitá-lo continuamente. Um excesso de água (por exemplo, nove vezes a quantidade de isopropanol por sua massa) é então adicionado lentamente em diversas etapas, enquanto se deixa a solução tornar-se límpida entre as adições.
[0028] Uma pasta de sílica pode então ser preparada ou fornecida para ométodo 100. Em um exemplo não limitador, a pasta de sílica é preparada adicionando-se a água a um aglutinado úmido de sílica precipitada, até o aglutinado úmido de sílica precipitada ser diluído nos sólidos de percentuais desejados (por exemplo, sólidos de aproximadamente 8%). Como utilizado no presente meio, o termo aglutinado úmido significa um produto parcialmente desidratado de sílica usado convencionalmente na indústria da sílica. A pasta de sílica pode então ser pesada e aquecida. Por exemplo, a pasta de sílica pode ser aquecida a aproximadamente 160 °F ou a 71 °C. Alguém com uma habilidade comum na arte é capaz aquecer a pasta da sílica a outras temperaturas apropriadas, conforme desejado.
[0029] Em uma outra incorporação, a pasta de sílica é preparada em forma de pó ou grânulos secos de sílica. O pó ou os grânulos secos de sílica podem ser processados através de um moedor para reduzir o tamanho das partículas. Em incorporações particulares, o tamanho das partículas é reduzido a uma média abaixo de 3 μm. A água, então, é adicionada para produzir a pasta da sílica, por exemplo, de sólidos de, aproximadamente, 8%. A pasta de sílica pode, então, ser pesada e aquecida. Por exemplo, a pasta de sílica pode ser aquecida a aproximadamente 160 °F ou a 71 °C. Alguém com uma habilidade comum na arte pode aquecer a pasta da sílica a outras temperaturas apropriadas, conforme desejado.
[0030] A sílica é, então, hidrofobizada na etapa 102 misturando-se a soluçãoaquosa do silano e a pasta de sílica. A pasta do silicone e uma solução aquosa do silano são, então, misturadas por um período de tempo predeterminado. Por exemplo, o período de tempo predeterminado pode ser aproximadamente 5-10 minutos. Um artífice hábil pode selecionar outros períodos de tempo predeterminados dentro do escopo da divulgação.
[0031] Durante a etapa 102 de mistura, a solução aquosa do silano e a pastade sílica, o pH da mistura deve ser ajustado. Por exemplo, o pH pode seraumentado em uma escala de 7.0 a 9.5, pela adição de uma solução básica, tal como uma solução do NaOH, por exemplo, para causar uma condensação do silano com grupos do silanol nas partículas de sílica suspensas na pastada sílica para formar as pontes ou as ligações do siloxano do formulário, hidrofobizando, desse modo, a sílica. Preferivelmente, esta escala é de 7,3 a 8,5 e mais preferivelmente de 7,6 a 7,8. A mistura da reação pode, então, ser aquecida a uma temperatura desejada tal como 160 °F ou 71 °C por aproximadamente 1-3 horas.
[0032] O método 100 inclui mais uma etapa de preparação ou de fornecimento de um látex de borracha. Por exemplo, um látex de borracha com índice de sólidos de 20% deve ser pesado, e então, ser aquecido a uma temperatura desejada (por exemplo, 140 °F ou 60 °C). O látex de borracha é, então, removido do calor e o pH do látex de borracha é aumentado para, aproximadamente 11,0, utilizando-se uma solução básica, como uma solução do NaOH.
[0033] Os ingredientes tais como óleos de processo e antioxidantes podem,então, vigorosamente ser agitados no látex da borracha. Onde, no processo, os óleos e os antioxidantes são adicionados, os óleos de processo e os antioxidantes podem ser previamente misturados. Por exemplo, a massa do óleo de processo pode estar acima da desejada e uma quantidade de antioxidantes pode ser adicionada ao óleo de processo. A mistura do óleo de processo e do antioxidante é aquecida, então, a uma temperatura desejada (por exemplo, 210 °F ou 99 °C) para facilitar a dissolução do antioxidante no óleo de processo.
[0034] A pasta de sílica é, então, adicionada ao látex de borracha/mistura doóleo na etapa 104. Por exemplo, ao agitar vigorosamente o látex de borracha,o óleo de processo/mistura antioxidante é lentamente adicionado. A pasta de sílica hidrofobizada é então, adicionada à mistura do látex de borracha e do óleo de processo/antioxidante. O pH da mistura é ajustado para, aproximadamente, 9,5, se necessário, com a finalidade de atuar contra a coagulação passível de ocorrer antes da mistura, e permitir ao látex de borracha absorver amplamente o composto em questão, ou ainda, revestir as superfícies das partículas suspensas da sílica. A mistura pode ser ajustada a outros níveis básicos do pH, conforme desejado. A mistura é homogeneizada por um período de tempo predeterminado, por exemplo, 15 minutos, até que a mistura esteja consistente e homogênea. Há outros modos viáveis para se misturar a pasta de sílica hidrofobizada no látex de borracha aquoso que podem também ser utilizados, conforme desejado.
[0035] Um coagulante pode, então, ser preparado ou fornecido, com afinalidadede coagular a mistura da pasta de sílica hidrofobizada e do látex de borracha, na etapa 106. O coagulante pode ser preparado, pesando-se CaCl2 em um excesso da água. A mistura do coagulante é agitada até que o CaCl2 esteja dissolvido. Outros tipos apropriados de coagulantes podem, também, ser selecionados por alguém com uma habilidade comum nesta arte.
[0036] Na etapa seguinte da preparação do coagulante, o coagulante éadicionado à mistura da pasta de sílica hidrofobizada e do látex de borracha,e misturado completamente na etapa 106. A coagulação ocorre durante a adição e mistura do coagulante na mistura, para formar uma mistura coagulada. Alternativamente, a pasta de sílica hidrofobizada/mistura do látex de borracha é adicionada à solução do coagulante conforme esta é agitada.
[0037] A mistura coagulada é, então, bombeada em um dispositivodesidratante,tal como uma prensa de filtro, com a finalidade de desidratação na etapa 108.O dispositivo desidratante pode ser uma prensa de filtro vertical que possuium pano poroso, similar a um tipo utilizado no processo de manufatura da sílica precipitada, por exemplo. A água misturada com a pasta coagulada é bombeada, então, para fora através do pano poroso, deixando para trás a mistura coagulada. A mistura coagulada, então, é lavada enquanto ainda está no dispositivo desidratante para remover todos os sais que se formaramdurante o processo de coagulação. A água é, então, novamente bombeada para fora, para deixar a mistura coagulada com um índice inicial de água menor que, aproximadamente, 75%.
[0038] Após a desidratação inicial, a mistura coagulada adentra a etapa 110,de secagem final, na qual o produto de sílica funcionalizado é secado e quebrado. Na etapa de secagem final, a mistura coagulada semi-seca é secada em um dispositivo de secagem, por exemplo, em um forno de cama fluída, a um índice de água final menor que de 2%. Alguém de habilidade comum pode selecionar temperaturas apropriadas e tempo de secagem para o forno de cama fluida, conforme desejado. Um outro exemplo de um processo de secagem é a secagem por pulverização, que tem a vantagem de não requerer uma etapa de granulação.
[0039] Antes ou após a etapa de secagem final, a mistura coagulada, étambém frouxamente dispersa, se necessário, em uma consistência granular utilizando-se um dispositivo granulador. Os agentes dispersantes adicionais podem também ser adicionados ao produto de sílica funcionalizada granulado. Como o exemplo não-limitador, os agentes dispersantes apropriados podem incluir o carbonato de cálcio, talco, mica, argila, estearato de zinco, estearato de cálcio, sílica adicional não-hidrofobizada ou hidrofobizada, e similares. Qualquer dispositivo apropriado para formar algo de partículas friáveis ou de um pó da mistura coagulada, e qualquer agente dispersante apropriado para o uso subsequente nos produtos de borracha, podem ser utilizados dentro do escopo da divulgação atual.
[0040] Conforme mostrado em FIG. 2, a presente divulgação, adicionalmenteinclui um sistema 200 para manufaturar o produto de sílica funcionalizado. O sistema 200 inclui uma fonte 202 do produto de sílica funcionalizado, por exemplo, como fornecido de acordo com o método 100 descrito em FIG. 1 e descrito acima.
[0041] O sistema 200 pode incluir um dispositivo desidratante 204 que recebeoproduto de sílica funcionalizado, produzido de acordo com o método 100. Emuma incorporação particular, o dispositivo desidratante é um filtro de pressão vertical. Como exemplos não-limitantes, a prensa de filtro vertical pode ser uma as prensas de filtro verticais comercialmente disponíveis de Laroz Hoesch (http://larox.smartpage.fi/en/hoesch/pdf/Larox_Hoesch.pdf) ou Menardi(http://www.menardifilters.com/pdf/liquid_brochure.pdf).
[0042] Os princípios operatórios gerais da prensa de filtro vertical, aplicadosem relação ao produto de sílica funcionalizado da divulgação atual, são de acordo com o seguinte.1. Enchimento e Filtração: Na operação, a mistura coagulada gerada na etapa 106 é bombeada através de uma canaleta de alimentação nas câmaras de filtro da prensa de filtro vertical, simultaneamente. Durante a filtração, os sólidos da mistura coagulada são capturados pelo pano de filtro em ambos os lados da câmara para formar um bolo com o composto filtrado deslocado através do pano. Durante a filtração, a espessura do bolo aumenta até que a concentração desejada dos sólidos seja alcançada.2. Lavagem do bolo através da canaleta da pasta: Após a filtração, a água de lavagem desloca a suspensão da canaleta de entrada e flui na câmara. Na câmara, o meio de lavagem flui através de uma abertura entre os bolos filtrados para lavar para fora o licor mãe. Devido aos bolos uniformes, a lavagem do bolo ocorre uniformemente sobre toda a área filtrada.3. Pré-compressão: O ar ou a água pressiona a membrana dentro da câmara do filtro. A membrana reduz o volume da câmara e comprime os bolos filtrados em cada lado para dar forma a um único bolo do produto de sílica funcionalizado e para remover mecanicamente o composto filtrado.4. Lavagem do bolo através do canal adjunto: O meio de lavagem é introduzido nas canaletas do filtrado, ao lado da membrana, e penetra atravésdo bolo do produto de sílica funcionalizado pela pressão. O filtrado da lavagem deixa a câmara através das canaletas do filtrado, ao lado da câmara. A pré-compressão da membrana permanece ativa durante a lavagem, para impedir a formação de rachaduras e para realçar os resultados de lavagem.5. Pós-compressão: O bolo filtrado do produto de sílica funcionalizado é, em seguida, desidratado ao ser espremido com uma membrana, a uma alta pressão, que assegura a máxima desidratação mecânica. Ao mesmo tempo, esta etapa prepara o bolo para a secagem. 6. Secagem: O ar comprimido pode ser introduzido através da canaleta do filtrado, nas placas da membrana, soprando através do bolo do produto de sílica funcionalizado, removendo o filtrado para obter uma baixa umidade residual. Durante a secagem, o bolo permanece sob a pressão da membrana. 7. Descarga do aglutinado: Uma vez que a sequência de filtração é terminada,o filtro está aberto para permitir que os bolos do produto de sílica funcionalizado sejam despejados para fora do filtro.8. Lavagem de pano: Para assegurar uma filtração consistente, pode ser necessário lavar os panos do filtro. Esta lavagem pode ser conseguida nivelando as placas de um distribuidor acima ou por uma barra de alta pressão do pulverizador que passe entre as placas.
[0043] O sistema 200 pode, além disso, incluir um dispositivo de secagem 206. O dispositivo de secagem 206 está em comunicação com o dispositivo desidratante 204. Por exemplo, o dispositivo de secagem 206 pode ser um forno de leito fluidizado que recebe os bolos do produto de sílicafuncionalizado oriundos do filtro de pressão vertical. Outros tipos de dispositivos de secagem 206 também são contemplados, e podem ser usadosdentro do escopo da divulgação.
[0044] Opcionalmente, visto que o produto de sílica funcionalizado seco não se autodispersa em partículas friáveis ou em um pó de um tamanho de partículas desejado, o sistema 200 pode, além disso, incluir um dispositivo granulador 208. O dispositivo granulador 208 pode ser um moinho granulador, que recebe os bolos secos do produto de sílica funcionalizado, oriundos do forno de leito fluidizado. O dispositivo granulador 208 é configurado para moer os bolos secos do produto de sílica funcionalizado, de modo a formar partículas friáveis ou pó, no tamanho de partículas desejado. Alguém de habilidadecomum nesta arte é capaz de selecionar um moinho granulador apropriado e determinados parâmetros de moedura para dar forma às partículas friáveis ouao pó, conforme desejado.
[0045] Em uma incorporação alternativa, o sistema 200 inclui um dispositivo 210 de secagem por pulverização, tal como um pulverizador de alta pressão, para a secagem por pulverização do produto de sílica funcionalizado, de encontro a determinada superfície, da qual o produto de sílica funcionalizado possa ser coletado. Deve-se apreciar que o uso do dispositivo 210 de secagem por pulverização tem a vantagem de não requerer um dispositivo granulador avulso 208. Um artífice hábil pode selecionar um dispositivo apropriado 210 de secagem por pulverização, incluindo parâmetros de pulverização e superfícies de pulverização, nas quais o produto de sílica funcionalizado é coletado, conforme desejado.
[0046] Em ambos - no dispositivo granulador 208 ou do dispositivo 210 desecagem por pulverização, o sistema pode incluir, além disso, um coletor 212.O coletor 212 recebe o produto de sílica funcionalizado seco e granulado, para o uso subsequente. Em um exemplo, o coletor 212 pode incluir uma centrífuga da mesma linha do produto que transporte o produto de sílica funcionalizado para o armazenamento, por exemplo, para um silo, o supersaco ou pequenos sacos de baixo ponto de fusão para a entrega e ouso para o fim desejado.
[0047] A divulgação atual inclui também uma formulação de borracha que temuma quantidade de elastômero, e uma quantidade do produto de sílica funcionalizado. As partículas do produto de sílica funcionalizado podem ser substancialmente distribuídas de modo uniforme por todo o elastômero, por exemplo, por uma operação de mistura anterior a uma extrusão, ou pela operação de modelagem, funcionam como exemplos não-limitadores. Deve- se compreender que a distribuição substancialmente uniforme do produto de sílica funcionalizado durante todo o elastômero, pode ser facilitada por uma operação de mistura completa, e que a habilidade de efetuar tais operaçõesde mistura é possuída por alguém com habilidade comum nesta arte.
[0048] A formulação de borracha pode ser constituída através dos métodosconhecidos nesta arte, a partir da combinação de vários polímeros de constituintes súlfur vulcanizados, com diversos materiais aditivos ordinariamente usados, como, por exemplo, preparados secos como o enxofre, os ativadores, os retardantes e os aceleradores, aditivos processados, tais como óleos, resinas, por exemplo, resinas tificadas, sílicas, plasticizadores, enchimentos, pigmentos, ácidos graxos, óxido de zinco, ceras, antioxidantes e os antiozónicos, agentes peptizadores, e materiais de reforço como, por exemplo, negro de fumo e similares. Outros aditivos apropriados para as formulações de borracha podem também ser usados, conforme desejado. Dependendo do uso pretendido da formulação de borracha, os aditivos comuns são selecionados e usados geralmente em quantidades convencionais.
[0049] Em uma incorporação particular, a quantidade do elastômero inclui umasolução de polímero, como um SSBR. Entretanto, alguém com habilidade comum nesta arte, pode combinar o produto de sílica funcionalizado emoutros tipos de formulação de borracha, incluindo tipos e combinações diferentes dos tipos de elastômero, conforme desejado.
[0050] A divulgação atual inclui também um artigo que compreende aformulação de borracha. Deve-se apreciar que a formulação de borracha que tem o produto de sílica funcionalizado pode ser extrusada, moldada, ou ainda, ser moldada de acordo com a forma desejada e ser curada com a aplicação de calor ou pressão. Como um exemplo não-limitado, a formulação de borracha pode ser usada em componentes do pneu, tal como a rodagem, as laterais, o revestimento da correia, ou um outro componente do pneu. Outros tipos de artigos, incluindo produtos comerciais, podem também ser manufaturados usando a formulação de borracha com produto de sílica funcionalizado, dentro do escopo da divulgação.
EXEMPLOS
[0051] O produto de sílica funcionalizado pode ter uma fórmula, comomostrado na TABELA 1, que faz aproximadamente um (1) quilograma do produto de sílica funcionalizado.
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[0052] Deve-se apreciar que a TABELA 1 é uma formulação exemplar doproduto de sílica funcionalizado, mostrado para finalidades de ilustrar a invenção. Embora uma proporção de 10/1 da sílica em relação ao polímero seja mostrada para o produto de sílica funcionalizado na TABELA 1, deve-se apreciar que o produto de sílica funcionalizado que tem as relações diferentes, por exemplo, 4/1, 6/1, 30/1, 50/1, etc. pode, do mesmo modo, ser formulado nos conformes. Onde a proporção de sílica do produto de sílica funcionalizado é aumentado, deve-se apreciar que, pelo menos, uma das quantidades de silano, óleo de processo, e antioxidante, pode ser aumentada proporcionalmente em relação à massa.
[0053] A proporção de sílica com relação ao polímero é suficiente para darforma a partículas friáveis ou a um material de enchimento em pó. Deve-se compreender que as proporções particulares entre sílica/polímero podem também ser ajustadas, baseando-se em características de desempenho, que não estão necessariamente amarradas à proporção na qual o composto se transforma em partículas friáveis ou um pó.
[0054] Uma série de formulações experimentais de borracha que possuem oproduto de sílica funcionalizado da divulgação atual, com proporções variadasde sílica no polímero, é mostrada na TABELA 2, abaixo. Deve ser entendido que todas as formulações descritas, possuem a relação de 100 partes poruma centena de borrachas ou elastômeros (RAP), em a base proporcional à massa, com o elastômero no produto de sílica funcionalizado contribuindo às 100 partes totais do elastômero nas formulações experimentais de borracha, nas quais o produto de sílica funcionalizado foi usado.
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[0055] A formulação de borracha do controle foi misturada de acordo com umciclo de mistura convencional de três passagens, que incluísse uma etapa com controle de temperaturas, a fim de permitir uma salinização in situ do enchimento de sílica, introduzido no misturador. As formulações experimentais de borracha, tendo o produto de sílica funcionalizado nas proporções de sílica para o polímero de 2/1, 4/1, 6/1, 10/1, e 30/1, foram misturadas, também, de acordo com o ciclo de mistura convencional de três passagens, para assegurar um procedimento de corte similar para todas as formulações de borracha.
[0056] O controle e as formulações experimentais de borrachas foram, então,caracterizados de acordo com uma bateria de convencionais testes reométricos, físicos, e outros testes de desempenho de borracha. Testes de controle e dispersão incluída nas formulações de borracha experimentais que foram testadas, conforme os resultados dos testes mostrados em. 3. O teste de dispersão foi executado usando um sistema da medida de dispersão do dispergido™, comercialmente disponível das tecnologias do alfa em Aron, Ohio. O sistema da medida de dispersão do dispergido™ usa um microscópio claro refletido para testar da dispersão do enchimento em compostos de borracha misturados, medindo o molde das sombras pelos aglomerados atuais em uma amostra de superfície recém- cortada. Os resultados de teste da dispersão são fornecidos em uma escala de 0100, na qual o maior número indica uma qualidade superior de dispersão.
[0057] Como ilustrado em FIG. 3, Surpreendentemente, encontrou-se que emum carregamento mínimo de sílica, de aproximadamente 400 que o PHR(4/1)no produto de sílica funcionalizado, pode ser necessário para obter a dispersão aceitável em uma formulação final de borracha utilizando-se o produto de sílica funcionalizado. Outras características de desempenho podem também ser usadas por um artífice hábil em selecionar a proporção particular entre sílica/polímero para o produto de sílica funcionalizado, como desejado.
[0058] Vantajosamente, o produto de sílica funcionalizado da divulgação atualpode ser incorporado em um sistema de borracha com dispersão excelente e liberação mínima de poeira, porque o produto de sílica funcionalizado inclui as partículas revestidas com uma camada fina de uma borracha emulsionada. Mesmo que o produto de sílica funcionalizado empregue uma emulsão de borracha (emulsão SBR, por exemplo), o produto de sílica funcionalizado pode ser incorporado em um composto de borracha de SSBR, sem afetar de modo significativo o desempenho do composto de borracha total, devido ao nível muito baixo da borracha emulsionada presente no o produto de sílica funcionalizado.
[0059] O produto de sílica funcionalizado é usado preferivelmente com assílicas de elevada área de superfície. Encontra-se que o produto de sílica funcionalizado, possui as partículas emulsionadas com a fina camada de polímero, e posto que, em forma de partículas friáveis ou em pó, a dispersão da sílica de elevada área de superfície nas formulações de borracha é facilitada. O emprego do o produto de sílica funcionalizado também permite vantajosamente a incorporação do silicone nos compostos de borracha em uma operação de mistura contínua.
[0060] Quando as determinadas incorporações e detalhes representativosforemmostrados com finalidades de ilustrar a invenção, será aparente a aqueles que são versados nesta arte, que várias mudanças podem ser feitas sem partir do espaço da divulgação, que é descrita nas seguintes reivindicações anexas.

Claims (12)

1. “PRODUTO DE SÍLICA FUNCIONALIZADA” caracterizado pelo fato de compreender partículas de sílica hidrofobizada, que têm um revestimento de um polímero emulsionado, cuja proporção da massa de sílica hidrofobizada em relação ao polímero emulsionado é de 12/1 à 50/1, no qual a sílica é hidrofobizada por um silano, e as partículas são aglomeradas frouxamente na forma de partículas friáveis ou de um pó.
2. “PRODUTO DE SÍLICA FUNCIONALIZADA”, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o silano ser selecionado do grupo constituído por (3 - mercaptopropil)tretóxisilano, (3 - mercaptopropil) trimetóxisilano, (3 - tiocianatopropil) trimetóxisilano, (3 - tiocianatopropil)trietóxisilano, Bis [3 - (trimetóxisilil)propil]tetrasulfido, Bis[3-(trietóxisilil)propil]disulfido, Bis[3 (trimetóxisilil) propil] disulfido e 3- (trimetóxisilil)propil octanetioato, silanos que contêm grupos de mercaptano obstruído, bem como suas combinações.
3. “PRODUTO DE SÍLICA FUNCIONALIZADA”, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de o silano ser o (3- mercaptopropil) trimetóxisilano.
4. “PRODUTO DE SÍLICA FUNCIONALIZADA”, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o polímero emulsionado ser selecionado do grupo constituído por borracha natural, butadieno, isopreno, polímero feito de um dieno conjugado, que tem de 4 a 12 átomos de carbono com um vinil aromático substituído, tendo de 8 a 12 átomos de carbono, poli cloropreno, copolímeros de fluoreto de vinilideno e hexafluoropropileno, borracha acrílica, borracha de nitrilo, bem como as suas combinações.
5. “PRODUTO DE SÍLICA FUNCIONALIZADA” de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de compreender um polímero emulsionado que é uma borracha emulsionada de estireno butadieno.
6. “PRODUTO DE SÍLICA FUNCIONALIZADA” de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender uma sílica hidrofobizada que inclui uma sílica de elevada área de superfície, cuja superfície específica é maior do que 150 m2/g.
7. “MÉTODO (100) PARA FABRICAÇÃO DO PRODUTO DE SÍLICA FUNCIONALIZADA” caracterizado pelo fato de compreender as etapas de:- mistura (102) de uma solução de silano e uma pasta de sílica para formar uma pasta de sílica hidrofobizada;- homogeneização (104) da pasta de sílica hidrofobizada em um látex de borracha aquoso para formar uma pasta misturada;- coagulação (106) da pasta misturada para formar um produto de sílica funcionalizado coagulado;- desidratação (108) do produto de sílica funcionalizado coagulado;- secagem e quebra (110) do produto de sílica funcionalizado coagulado para formar partículas de sílica hidrofobizada, que têm um revestimento de um polímero emulsionado, em que a proporção da massa da sílica hidrofobizada em relação ao polímero emulsionado é de 4/1 à 50/1; em que as partículas são aglomeradas frouxamente na forma de partículas friáveis ou de um pó, em que o polímero emulsionado é selecionado do grupo constituído por borracha natural, butadieno, isopreno, polímero feito de um dieno conjugado que tem de 4 à 12 átomos de carbono com um vinil aromático substituído, tendo de 8 à 12 átomos de carbono, poli cloropreno, copolímeros de fluoreto de vinilideno e hexafluoropropileno, borracha acrílica, borracha de nitrilo, bem como as suas combinações.
8. “MÉTODO (100) PARA FABRICAÇÃO DO PRODUTO DE SÍLICA FUNCIONALIZADA” de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de conter uma pasta de sílica que é aquecida antes da etapa de mistura (102) na solução de silano com a pasta de sílica.
9. “MÉTODO (100) PARA FABRICAÇÃO DO PRODUTO DE SÍLICA FUNCIONALIZADA” de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de a etapa de secagem e de quebra (110) do produto de sílica funcionalizado coagulado incluir a secagem por pulverização do produto de sílica funcionalizado coagulado.
10. “MÉTODO (100) PARA FABRICAÇÃO DO PRODUTO DE SÍLICA FUNCIONALIZADA” caracterizado pelo fato de compreender as etapas de:- mistura (102) de uma solução de silano e uma pasta de sílica para formar uma pasta de sílica hidrofobizada;- homogeneização (104) da pasta de sílica hidrofobizada em um látex de borracha aquoso para formar uma pasta misturada;- coagulação (106) da pasta misturada para formar o produto de sílica funcionalizada coagulado;- desidratação (108) do produto de sílica funcionalizada coagulado; e- secagem e quebra (110) do produto de sílica funcionalizada coagulado para formar partículas de sílica hidrofobizada, que têm um revestimento de um polímero emulsionado; em que a proporção da massa da sílica hidrofobizada em relação ao polímero emulsionado é de 4/1 à 50/1; e em que o pH da pasta de sílica é ajustado a uma escala de 7,0 à 9,5 pela adição de uma solução básica antes da etapa de mistura entre a sílica hidrofobizada e o látex de borracha aquoso; em que as partículas são aglomeradas frouxamente na forma de partículas friáveis ou de um pó.
11. “FORMULAÇÃO DE BORRACHA” caracterizado pelo fato de compreender uma quantidade de elastômero; uma quantidade de partículas de sílica hidrofobizada, que têm um revestimento de um polímero emulsionado diferente do elastômero, em que a proporção da massa de sílica hidrofobizada em relação ao polímero emulsionado é de 12/1 à 50/1, e em que a sílica é hidrofobizada por um silano e as partículas são substancialmente distribuídas por todo o elastômero, de modo uniforme.
12. “FORMULAÇÃO DE BORRACHA”, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de compreender uma quantidade do elastômero que inclui uma solução de polímero.
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