BR112018000833B1 - Métodos de produção de compósito de elastômero reforçado com sílica e artigo contendo o mesmo - Google Patents

Abstract

MÉTODOS DE PRODUÇÃO DE COMPÓSITO DE ELASTÔMERO REFORÇADO COM SÍLICA E PRODUTOS CONTENDO O MESMO. São descritos métodos para produzir um compósito de elastômero de sílica com uma dispersão desestabilizada de sílica, juntamente com compósitos de elastômero de sílica feitos a partir dos métodos. As vantagens obtidas com os métodos são descritas adicionalmente.

Description

[001] A presente invenção refere-se a métodos de produção de compósitos de sílica de elastômero. Mais particularmente, a presente invenção refere-se a um compósito de elastômero reforçado com sílica formado por um método de masterbatch úmida.

[002] Numerosos produtos de significado comercial são formados de composições elastoméricas em que o material de reforço particulado é disperso em qualquer de vários elastômeros sintéticos, borracha natural ou misturas de elastômeros. Negro de fumo e sílica, por exemplo, são amplamente utilizados como agentes de reforço na borracha natural e em outros elastômeros. É comum produzir uma masterbatch, isto é, uma pré-mistura de material de reforço, elastômero e vários aditivos opcionais, tal como óleo de diluição. Numerosos produtos de significado comercial são formados de tais composições elastoméricas. Tais produtos incluem, por exemplo, pneus de veículos, em que podem ser utilizadas composições elastoméricas diferentes para a porção de malha, paredes laterais, fio descascado e carcaça. Outros produtos incluem, por exemplo, buchas de montagem de motor, correias transportadoras, limpador de para-brisas, selos, forros, rodas, para-choques e semelhantes.

[003] A boa dispersão de agentes de reforço particulados em compostos de borracha tem sido reconhecida há algum tempo como um dos objetivos mais importantes para se atingir um desempenho de produto de boa qualidade e consistente, e um esforço considerável tem sido direcionado para o desenvolvimento de métodos para melhorar a qualidade de dispersão. Masterbatch e outras operações de mistura têm um impacto direto sobre a eficiência de mistura e qualidade de dispersão. De um modo geral, por exemplo, quando o negro de fumo é utilizado para reforçar a borracha, macro-dispersões de negro de fumo aceitáveis podem, muitas vezes, ser conseguidas em uma masterbatch misturada a seco. No entanto, a dispersão uniforme de alta qualidade de sílica por meio de processos de mistura à seco coloca dificuldades e várias soluções têm sido oferecidos pela indústria para resolver este problema, tal como a sílica precipitada na forma de "sílica altamente dispersa" ou grãos fluidos "HDS". Mistura mais intensiva pode melhorar a dispersão de sílica, mas, também, pode degradar o elastômero no qual o enchimento está sendo disperso. Isto é especialmente problemático no caso de borracha natural, que é altamente susceptível à degradação mecânica/térmica.

[004] Além disso às técnicas de mistura à seco, é conhecido alimentar elastômero de látex ou solução de polímero e uma suspensão de negro de carbono ou sílica para um tanque agitado. Tais técnicas de "masterbatch úmida" podem ser utilizadas com o látex de borracha natural e elastômeros sintéticos emulsionados, tal como borracha de estireno butadieno (SBR). No entanto, embora esta técnica úmida tenha se mostrado promissora quando o material de enchimento é negro de fumo, esta técnica úmida, quando o agente de enchimento é sílica, coloca desafios para a realização de compósitos de elastômeros aceitáveis. As técnicas específicas para a produção de masterbatch úmida, tal como o divulgado na Patente dos EUA No 6.048.923, cujos conteúdos são aqui incorporados por referência, não têm sido eficazes para a produção de compósitos elastoméricos que utilizam partículas de sílica como o único ou o principal agente de reforço.

[005] Consequentemente, existe uma necessidade de melhorar os métodos que incorporam sílica em compósitos elastoméricos em um processo de masterbatch úmida, tal como um que faz uso da combinação de dois fluidos em conjunto sob condições de impacto contínuo de alta energia, de modo a alcançar um compósito de elastômero aceitável compreendendo partículas de sílica como o único ou o principal agente de reforço.

RESUMO DA PRESENTE INVENÇÃO

[006] Uma característica da presente invenção é fornecer métodos para produzir compósitos de elastômeros utilizando um processo de masterbatch úmida que permite a utilização de sílica e ainda alcança compósitos de elastômeros de sílica desejáveis.

[007] Para alcançar estas e outras vantagens, e em conformidade com os fins da presente invenção, como concretizado e amplamente aqui descrito, a presente invenção refere-se à colocação controlada e seletiva ou introdução de sílica em um processo de masterbatch úmida que forma um compósito de elastômero.

[008] A presente invenção refere-se a um método de fabricação de um compósito de elastômero de um processo de masterbatch úmida que inclui, mas não está limitado a, utilização de um fluido que inclui um elastômero de látex, e a utilização de um fluido adicional que inclui uma dispersão desestabilizada de sílica particulada. Os dois fluidos são combinados em conjunto em condições de fluxo contínuo e velocidades selecionadas. A combinação é tal, que a sílica está dispersa dentro do elastômero de látex e, em paralelo (ou quase em paralelo), o elastômero de látex se transforma de um líquido a um compósito de elastômero sólido ou semissólido, tal como a forma de uma fase de borracha contínua contendo sílica sólida ou semissólida. Isto pode ocorrer, por exemplo, em cerca de dois segundos ou menos, tal como uma fração de segundo, devido a um fluido impactando a outro fluido com energia suficiente para provocar a distribuição uniforme e íntima de partículas de sílica no elastômero. A utilização de uma dispersão desestabilizada de sílica neste processo de masterbatch permite a formação de um compósito de elastômero com propriedades desejáveis.

[009] A presente invenção refere-se ainda aos compósitos de elastômero formados a partir de qualquer um ou mais dos processos da presente invenção. A presente invenção também se refere a artigos que são fabricados a partir de, ou que contêm, o (s) compósito (s) de elastômero da presente invenção.

[0010] É para ser entendido que tanto a descrição geral anterior como a descrição detalhada seguinte são apenas exemplificativas e explicativas e destinam-se a proporcionar uma explicação adicional da presente invenção, tal como reivindicado.

[0011] Os desenhos anexos, que estão incorporados e constituem uma parte deste pedido, ilustram várias características da presente invenção e, em conjunto com a descrição, servem para explicar os princípios da presente invenção.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0012] As Figuras 1 (a), 1 (b) e 1 (c) são diagramas que ilustram aparelhos de mistura exemplares que podem ser utilizados na presente invenção e que foram utilizados em alguns dos exemplos.

[0013] A Figura 2 é um diagrama de blocos dos vários passos que podem ocorrer na formação do compósito de elastômero de acordo com formas de realização da presente invenção e na produção de compostos de borracha com tais compósitos de elastômeros.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA PRESENTE INVENÇÃO

[0014] A presente invenção refere-se à introdução seletiva e estratégica de sílica em um elastômero de látex, em um processo de masterbatch úmida rápido e contínuo. Este processo pode ser realizado em uma zona de reação semiconfinada, tal como uma câmara tubular de mistura ou outra câmara de mistura de um aparelho adequado para a realização de um tal processo, sob parâmetros de fluxo volumétrico e velocidade controlada, conduzindo a propriedades benéficas que não seriam conseguidas se não com esta utilização seletiva e estratégica de sílica. Como explicado com mais pormenor, por “seletivo”, a presente invenção utiliza uma dispersão desestabilizada de sílica. E, por introdução “estratégica”, a presente invenção utiliza, pelo menos, dois fluidos separados, um fluido que inclui um elastômero de látex e outro fluido que inclui a dispersão desestabilizada de sílica. Os dois fluidos podem ser bombeados ou transferidos para uma zona de reação, tal como uma zona de reação semiconfinada. Os dois fluidos podem ser combinados sob condições de fluxo contínuo, e sob condições de fluxo volumétrico e velocidade selecionados. A combinação sob pressão com condições de velocidade diferencial selecionadas é suficientemente energética que a sílica pode ser distribuída em dois segundos ou menos, tal como em milissegundos, dentro do elastômero de látex, e o elastômero de látex se transforma de um líquido a uma fase sólida, tal como a um compósito de elastômero de sílica sob a forma de uma fase de borracha contínua contendo sílica sólida ou semissólida.

[0015] A presente invenção refere-se, em parte, a um método de produção de um compósito de elastômero de sílica, compreendendo, consistindo essencialmente em, consistindo de, ou incluindo: -a) fornecimento de um fluxo contínuo sob pressão de pelo menos um primeiro fluido compreendendo uma dispersão desestabilizada de sílica e fornecendo um fluxo contínuo de um segundo fluido compreendendo látex de elastômero; - b) ajustar os fluxos volumétricos do primeiro fluido e do segundo fluido para se obter um compósito de elastômero tendo um teor de sílica de cerca de 15 phr a cerca de 180 phr; e - c) combinar o primeiro fluxo de fluido e o segundo fluxo de fluido (por exemplo, em uma zona de reação semiconfinada) com impacto suficiente para distribuir a sílica dentro do látex de elastômero, para obter um fluxo de uma fase de borracha contínua contendo sílica sólida ou fase de borracha contínua contendo sílica semissólida. O método transforma o látex de elastômero de um líquido a um fluxo de uma fase de borracha contínua contendo sílica sólida ou semissólida. A fase contínua de borracha contendo sílica pode ser recuperada como um fluxo substancialmente contínuo da fase de borracha contínua contendo sílica sólida ou semissólida.

[0016] Mais detalhes e/ou opções para os métodos da presente invenção são descritos abaixo.

[0017] Tal como aqui utilizado, "sílica" significa dióxido de silício particulado, ou uma partícula revestida com dióxido de silício, e inclui sílica precipitada, sob qualquer forma, tal como grânulos altamente dispersáveis (HDS), grânulos não-HDS, agregados de sílica e partículas de sílica; sílica coloidal; sílica fumada; e quaisquer combinações dos mesmos. Tais partículas de dióxido de silício ou revestidas de dióxido de silício podem ter sido tratadas quimicamente para incluir grupos funcionais ligados (ligados (por exemplo, quimicamente ligados) ou aderidos (por exemplo, adsorvidos)) à superfície da sílica. Assim, "sílica" inclui qualquer partícula que tenha uma superfície substancialmente constituída por sílica ou sílica tendo grupos funcionais ligados ou conectados a ela.

[0018] Tal como aqui utilizado, "dispersão" significa uma suspensão estável de partículas sólidas no líquido aquoso, em que a carga na superfície das partículas evita aglomeração de partícula e a dispersão é caracterizado por uma magnitude de potencial zeta superior ou igual a 30 mV.

[0019] O potencial zeta é utilizado para medir a estabilidade de partículas carregadas, tal como partículas de sílica, dispersas em um fluido. A medição do potencial zeta pode ter uma variação de, por exemplo +/- 2 mV, e, tal como aqui utilizado, magnitude de potencial zeta refere-se ao valor absoluto do número, por exemplo, um valor de potencial zeta de menos 30 mV tem uma maior magnitude do que um valor de potencial zeta de menos 10 mV.

[0020] Tal como aqui utilizado, "dispersão desestabilizada" significa uma suspensão de partículas sólidas em um fluido aquoso, em que a carga na superfície das partículas foi reduzida pela presença de um agente, ou por tratamento das partículas sólidas, e é caracterizada por uma magnitude do potencial zeta inferior a 30 mV, ou mais preferencialmente um potencial zeta inferior a 28 mV ou inferior a 25 mV. O fluido aquoso pode ser água, um fluido miscível em água (por exemplo, álcool ou éter), fluido parcialmente miscível em água, ou uma mistura de fluidos que contenha, pelo menos, um fluido miscível em água ou parcialmente miscível em água.

[0021] Tal como aqui utilizado, os termos "suspenção de sílica" e "dispersão" significa uma dispersão de sílica em um fluido aquoso, em que a carga na superfície da sílica evita a aglomeração de partículas e a dispersão é caracterizada por um valor de potencial zeta com uma magnitude de pelo menos 30 mV. Uma suspensão ou dispersão de sílica pode ser desestabilizada por tratamento com agente (s) suficiente (s), ou por tratamento da sílica, para reduzir a carga sobre a superfície da sílica e a suspensão de sílica desestabilizada resultante (ou dispersão de sílica desestabilizada) é caracterizada por um potencial zeta de magnitude inferior a 30 mV.

[0022] Tal como aqui utilizado, os termos "uniforme" e "uniformemente" pretendem significar, convencionalmente para aqueles técnicos no assunto, que a concentração de um componente, por exemplo, agente enchimento particulado, em qualquer dada fração ou porcentagem (por exemplo, 5%) de um volume é a mesma (por exemplo, dentro de 2%) que a concentração do referido componente no volume total do material em questão, por exemplo, compósito de elastômero ou dispersão. Os técnicos no assunto serão capazes de verificar a uniformidade estatística do material, se necessário, por meio de medições de concentração do componente utilizando várias amostras tomadas a partir de várias localizações (por exemplo, perto da superfície, ou mais profundamente na massa).

[0023] Tal como aqui utilizado, um "compósito de elastômero de sílica" significa uma masterbatch (uma pré- mistura de material de reforço, elastômero e vários aditivos opcionais, tal como óleo de diluição) de borracha coerente compreendendo uma quantidade de reforço (por exemplo, cerca de 15 phr a cerca de 180 phr) de sílica dispersa. O compósito de elastômero de sílica pode conter outros componentes opcionais, tal como ácido, sal, antioxidantes, antidegradantes, agentes de acoplamento, quantidades menores (por exemplo, 10% em peso ou menos de partículas totais) de outras partículas, auxiliares de processamento e/ou óleo de diluição, ou quaisquer combinações dos mesmos.

[0024] Tal como aqui utilizado, uma "fase de borracha contínua contendo sílica sólida" significa um compósito que tem uma fase contínua de borracha e uma fase de sílica dispersa de modo uniforme e, por exemplo, até 90%, em peso, de fluido aquoso. A fase contínua de borracha contendo sílica sólida pode ser na forma de uma corda ou serpentina contínua. Quando comprimido estes artigos liberam água. A fase de borracha contínua contendo sílica sólida pode conter outros componentes opcionais, tais como ácido, sal, antioxidantes, agentes de acoplamento, quantidades menores de outras partículas (por exemplo, 10% em peso ou menos do total de partículas) e/ou óleo de processamento, ou quaisquer combinações dos mesmos.

[0025] Tal como aqui utilizado, uma "fase de borracha contínua contendo sílica semissólida" significa um compósito com uma consistência semelhante a pasta, tendo uma fase de borracha contínua contendo sílica. O produto semissólido tem uma fase contínua de borracha com sílica aprisionada distribuída uniformemente em toda a fase de borracha. A fase contínua de borracha contendo sílica semissólida permanece coerente e expele a água, enquanto mantém o conteúdo de sólidos, após posterior manuseamento em uma ou mais operações subsequentes selecionadas para desenvolver o material do tipo pasta ou tipo gel para uma fase de borracha contínua contendo sílica sólida.

[0026] Tal como aqui utilizado, um material "coerente" é o material existente em uma forma substancialmente unitária que tem sido criado pela adesão de muitas partes pequenas, tal como uma massa sólida elástica de borracha criada pela adesão de muitas partículas pequenas de borracha umas com as outras.

[0027] Tal como aqui utilizado, um "fluxo contínuo" é um fluxo constante ou estável de um fluido sem interrupção a partir de uma fonte de alimentação (por exemplo, tanque). Mas, é para ser entendido que as interrupções temporárias (por exemplo, um segundo ou alguns minutos) de fluxo ainda seriam consideradas um fluxo contínuo (por exemplo, quando há troca de alimentação de várias áreas de fornecimento de suporte, tais como tanques e semelhantes, ou interrupção de fluxos para acomodar unidades de processamento a jusante ou manutenção do equipamento).

[0028] O compósito de elastômero pode ser produzido em um processo de fluxo contínuo que envolve uma mistura líquida de látex de elastômero e dispersão desestabilizada de sílica. Qualquer dispositivo ou aparelho ou sistema pode ser utilizado, desde que o dispositivo, aparelho ou sistema possa ser operado de tal forma que uma mistura líquida de látex de elastômero e uma dispersão desestabilizada de sílica podem ser combinadas, sob condições de fluxo contínuo e sob condições de fluxo volumétrico, pressão e velocidade controlados, incluindo, mas não limitado a, o aparelho mostrado na Figura 1 (a), (b) ou (c), ou qualquer tipo de edutor ou ejetor, ou qualquer outro dispositivo disposto de modo a combinar um fluxo contínuo de, pelo menos, dois fluxos de líquido sob condições de fluxo volumétrico, pressão e velocidade controlados para dentro e através de uma zona de reação. O aparelho descrito em US20110021664, US6048923, WO2011034589, WO2011034587, US20140316058 e WO2014110499 (cada um incorporado na sua totalidade por referência) podem ser utilizados ou adaptados para os processos aqui também. Além disso, ejetores e edutores ou sifões tais como edutores de jato de água ou sifões de jato de vapor podem ser utilizados (por exemplo, os comercialmente disponíveis a partir de Schutte & Koerting, Trevose, PA).

[0029] O aparelho pode incluir vários tanques de abastecimento, tubulações, válvulas e bombas, medidores para controlar o fluxo volumétrico, pressão e velocidade. Além disso, como indicado na entrada (3) nas Figuras 1 (a), (b) e (c), vários tipos e tamanhos de bicos ou outros elementos de controle da dimensão do orifício (3a) podem ser empregues para controlar a velocidade da suspensão de sílica. A dimensão volumétrica da zona de reação (13) pode ser selecionada para proporcionar fluxos volumétricos desejados dos fluidos e o compósito de elastômero. A entrada (11) que fornece o látex de elastômero para a zona de reação pode ser reduzida para proporcionar taxas de fluxo volumétrico e diferentes velocidades. Os dispositivos podem incluir uma entrada (11) de diâmetro uniforme, sem qualquer afunilamento no orifício que conduz à zona de reação.

[0030] No método, um fluido que inclui um látex de elastômero e um fluido adicional que inclui uma dispersão desestabilizada de sílica fornecidos, por exemplo, como um jato sob pressão, são combinados em conjunto em condições de fluxo contínuo e sob taxas de fluxo volumétrico, pressão e velocidades selecionados para misturar rapidamente e intimamente os dois fluidos. A combinação, por exemplo, em um espaço semiconfinado sob pressão é tal que a sílica é distribuída ao longo do látex de elastômero e, em paralelo, o látex de elastômero se transforma de um líquido a uma fase sólida ou semissólida, ou seja, uma inversão de líquido para sólido, ou coagulação, do látex ocorre, capturando a sílica distribuída e água na borracha e formando uma fase de borracha contínua contendo sílica sólida ou semissólida em um fluxo contínuo ou semicontínuo para fora da zona de reação (por exemplo, a partir da abertura na parte inferior (7) nas Figuras 1 (a) - (c)). Neste ponto, o produto pode ser considerado um compósito de elastômero de uma fase de borracha contínua contendo partículas de sílica, uma borracha coerente contendo sílica ou um compósito de elastômero de sílica. Acredita-se que as partículas de sílica em primeiro lugar devem ser distribuídas no látex de elastômero para se obter o produto desejado, e a inversão de líquido à fase sólida se segue imediatamente após a distribuição de sílica. No entanto, com a taxa contínua e extremamente rápida de combinação dos fluidos (isto é, menos do que 2 segundos, menos do que 1 segundo, menos do que 0,5 segundos, menos do que 0,25 segundos, menos do que 0 segundos ou da ordem de milissegundos), e a mistura enérgica e íntima de volumes relativamente pequenos de líquidos na zona de reação (por exemplo, volumes de líquido da ordem de 10 a 500 cc), as etapas paralelas de distribuição das partículas de sílica e líquido para transformação de fase sólida do látex de elastômero pode acontecer quase simultaneamente. A “zona de reação”, tal como aqui utilizada, é a zona onde a mistura íntima ocorre juntamente com a coagulação da mistura. A mistura passa através da zona de reação e uma saída (7).

[0031] Um método exemplificativo para a preparação do compósito de elastômero envolve, simultaneamente, alimentar um primeiro fluido compreendendo uma dispersão desestabilizada de sílica e um segundo fluido que compreende um fluido de látex de elastômero (por exemplo látex de borracha natural) para uma zona de reação. O primeiro fluido que compreende a dispersão desestabilizada de sílica pode ser alimentado a uma taxa de fluxo com base no seu volume, e o segundo fluido que compreende o látex de elastômero pode ser alimentado a uma taxa de fluxo com base no seu volume (ou seja, taxas de fluxos volumétricos). Os fluxos volumétricos tanto do primeiro fluido quanto do segundo fluido, ou ambos o primeiro e segundo fluido, podem ser ajustados ou fornecidos de modo a se obter um compósito de elastômero tendo um teor de sílica de 15 a 180 partes por cem de peso de borracha (phr) (por exemplo, 35-180 phr, de 20 phr a 150 phr, de 25 phr a 125 phr, de 25 phr a 100 phr, de 35 a 115 phr, ou de 40 phr a 115 phr, ou de 40 phr a 90 phr e semelhantes). O fluido que contém a dispersão desestabilizada de sílica pode ser referido como o primeiro fluido, em algumas formas de realização da presente invenção. Este fluido é um líquido separado do fluido contendo o látex de elastômero. Ambos fluidos podem ser introduzidos através de uma entrada ou ponto de injeção ou através de mais do que uma entrada ou ponto de injeção.

[0032] A proporção de fluxo volumétrico do primeiro fluido (dispersão desestabilizada de sílica) para o segundo fluido (fluido de látex) pode ser ajustada para permitir que o compósito desejado de elastômero de forme. Exemplos dessas relações de fluxo volumétrico incluem, mas não estão limitados a uma taxa volumétrica de 0,4:1 (primeiro fluido para o segundo fluido) a 3,2:1; de 0,2:1 a 2:1 e semelhantes. A proporção de fluxo volumétrico entre o primeiro fluido e o segundo fluido pode ser ajustada por quaisquer meios ou técnica. Por exemplo, a taxa de fluxo volumétrica do primeiro ou segundo fluido, ou ambos, pode ser ajustada por: a) aumento da taxa de fluxo volumétrico, b) diminuição da taxa de fluxo volumétrico e/ou c) ajuste das taxas de fluxo dos fluidos em relação uns aos de outros. A pressão criada por constrangimentos físicos aplicados ao escoamento do primeiro fluido causa formação de um jato de alta velocidade que permite a combinação da dispersão desestabilizada de sílica com o látex de elastômero a ocorrer rapidamente, por exemplo, em uma fração de um segundo. Como um exemplo, o tempo durante o qual os dois fluidos são misturados e uma inversão de fase de líquido para sólido ocorre pode ser da ordem de milissegundos (por exemplo, cerca de 50 ms a cerca de 1500 ms ou cerca de 100 ms a cerca de 1000 ms). Para uma determinada variedade de fluidos, se a velocidade do primeiro fluido é muito lenta para misturar adequadamente os fluidos, ou o tempo de permanência for demasiado curto, em seguida, um fluxo de fase de borracha sólida e produto sólido pode não se desenvolver. Se a duração do processo é muito longa, a pressão de volta pode desenvolver-se na zona de reação e o fluxo contínuo de materiais interrompido. Da mesma forma, se a velocidade do primeiro fluido é muito rápida, e a duração do processo é muito curta, um fluxo de fase de borracha sólida e produto sólido pode não se desenvolver.

[0033] Conforme descrito anteriormente, os fluxos volumétricos relativos do primeiro fluido (suspensão desestabilizada de sílica) e o segundo fluido (látex) podem ser ajustados, e em que, pelo menos, um sal é utilizado como o agente de desestabilização, prefere-se ajustar a proporção de fluxo volumétrico de suspensão desestabilizada de sílica para látex de elastômero de modo a ser de 0,4:1 e 3,2:1. Outras proporções de fluxo podem ser utilizadas.

[0034] Quando pelo menos um ácido é utilizado como agente de desestabilização, é preferível ajustar a proporção de fluxo volumétrico de suspensão desestabilizada de sílica para látex de elastômero de modo a ser de 0,2:1 a 2:1. Outras proporções de fluxo podem ser utilizadas.

[0035] O látex de elastômero pode conter, pelo menos, uma base (tal como amônia) e a dispersão desestabilizada de sílica pode ser conseguida com a adição de, pelo menos, um ácido, em que a proporção molar do ácido no primeiro fluido (sílica) e a base (por exemplo, amônia) no segundo fluido (látex) é de pelo menos 1,0, ou pelo menos 1,1, ou pelo menos 1,2, tal como de 1 a 2 ou 1,5 a 4,5. A base pode estar presente em uma variedade de quantidades no látex de elastômero, tal como, mas não limitado a, 0,3% em peso a cerca de 0,7% em peso (com base no peso total do látex de elastômero), ou outras quantidades abaixo ou acima deste intervalo.

[0036] A dispersão desestabilizada de sílica pode ser alimentada na zona de reação, de preferência, como um jato contínuo de alta velocidade, por exemplo, cerca de 6 m/s a cerca de 250 m/s, ou cerca de 30 m/s a cerca de 200 m/s, ou cerca de 10 m/s a cerca de 150 m/s, ou cerca de 6 m/s a cerca de 200 m/s, de fluido injetado, e o fluido que contém o látex de elastômero pode ser alimentado a uma velocidade relativamente menor, por exemplo, cerca de 0,4 m/s a cerca de 11 m/s, ou cerca de 0,4 m/s a cerca de 5 m/s, ou cerca de 1,9 m/s a cerca de 11 m/s, ou cerca de 1 m/s a cerca de 10 m/s ou cerca de 1 m/s a cerca de 5 m/s. As velocidades dos fluidos são escolhidas para otimizar a mistura entre fluidos e a coagulação rápida do látex de elastômero. A velocidade do látex de elastômero alimentado na zona de reação deve ser, preferencialmente, alta o suficiente para gerar fluxo turbulento para uma melhor mistura com suspensão desestabilizada de sílica. No entanto, a velocidade do látex de elastômero deve ser mantida baixa o suficiente para que o látex não coagule do corte antes de ser bem misturado com a suspensão desestabilizada de sílica. Além disso, a velocidade do látex de elastômero deve ser mantida baixa o suficiente antes de entrar na zona de reação para evitar a obstrução das linhas de fornecimento de látex da coagulação de látex devido ao alto cisalhamento. Da mesma forma, há também um intervalo otimizado da velocidade da dispersão desestabilizada de sílica. É teorizado que, se a velocidade da suspensão desestabilizada de sílica for muito alta, a taxa de aglomeração induzida por cisalhamento de partículas de sílica pode ser muito alta para permitir uma mistura adequada e uniforme entre partículas de sílica e partículas de látex de elastômero.

[0037] O espessamento de cisalhamento pela aglomeração e redes de partículas de sílica também poderia reduzir a turbulência da suspensão desestabilizada de sílica e afetar adversamente a mistura entre sílica e látex. Por outro lado, se a velocidade da suspensão desestabilizada de sílica é demasiado baixa, pode não haver mistura suficiente entre as partículas de sílica e partículas de látex de elastômero. De um modo preferido pelo menos um dos fluidos que entram na zona de reação tem um fluxo turbulento. Em geral, devido a muito mais alta viscosidade de uma suspensão desestabilizada de sílica típica em relação a um látex de elastômero típico, uma muito maior velocidade de dispersão desestabilizada de sílica é necessária para gerar uma boa dinâmica de fluidos para a mistura com o látex de elastômero e coagulação rápida do látex. Tal fluxo de alta velocidade da dispersão desestabilizada de sílica pode induzir cavitação na zona de reação para aumentar a mistura rápida dos fluidos e distribuição de partículas de sílica no látex de elastômero. A velocidade da dispersão desestabilizada de sílica pode ser alterada utilizando taxas de fluxo volumétricas diferentes, ou um bico ou ponta diferentes (mais larga ou estreita em diâmetro) na entrada (3a) que alimenta o primeiro fluido que compreende a dispersão desestabilizada de sílica. Com a utilização de um bico para aumentar a velocidade da dispersão desestabilizada de sílica, ele pode ser fornecido sob pressão variando entre cerca de 0,21 MPa (30 psi) a cerca de 20,68 MPa (3000 psi), ou cerca de 0,21 MPa (30 psi) a cerca de 1,38 MPa (200 psi), ou cerca de 1,38 MPa (200 psi) a cerca de 20,68 MPa (3000 psi), ou cerca de 3,45 MPa (500 psi) a cerca de 13,79 MPa (2000 psi) ou uma pressão relativa de pelo menos 2 vezes maior do que a pressão aplicada ao fluido contendo o látex de elastômero, ou de 2 a 100 vezes maiores. O segundo fluido de látex de elastômero pode ser fornecido, como um exemplo, a uma pressão que varia entre cerca de 0,14 MPa (20 psi) a cerca de 0,21 MPa (30 psi). A pressão no primeiro sistema de fornecimento de fluido pode ser de até cerca de 3,45 MPa (500 psi).

[0038] Com base nas variáveis de produção aqui descritas, tais como a velocidade do fluido de suspensão desestabilizada de sílica, a velocidade do fluido de látex, as taxas de fluxo relativas dos fluidos de suspensão desestabilizada de sílica e látex, a concentração do agente de desestabilização tal como um sal e/ou ácido, a concentração de sílica na suspensão desestabilizada, a porcentagem em peso de borracha no látex, a concentração de amônia no látex, e/ou a proporção de ácido (se estiver presente) para amônia, é possível controlar, obter e/ou prever a formação de uma fase contínua de borracha contendo sílica sólida ou semissólida ao longo de um intervalo de teores de sílica pretendido. Assim, o processo pode ser operado em um intervalo otimizado de variáveis. Assim, a) a velocidade de um ou ambos os fluidos, b) a proporção de fluxo volumétrico dos fluidos, c) a natureza desestabilizada da sílica, d) a concentração da sílica particulada, por exemplo, 6 a 35 percentual em peso, da dispersão desestabilizada de sílica, e e) o teor de borracha seca, por exemplo, 10 a 70 percentual em peso, do látex, pode permitir a mistura sob condições de alto impacto, de modo a causar a inversão de líquido para sólido do látex de elastômero e dispersar uniformemente a sílica no látex em uma proporção de sílica para borracha selecionada, e, assim, formar um fluxo de uma fase de borracha contínua contendo sílica sólida ou semissólida. A recuperação do fluxo da fase de borracha contínua contendo sílica sólida ou semissólida pode ser conseguida em qualquer técnica convencional para a recuperação de um fluxo sólido ou semissólido de material. A recuperação pode permitir o fluxo de sólidos ou semissólidos a entrar em um recipiente ou tanque ou outro dispositivo de retenção. Tal recipiente ou tanque de retenção pode conter uma solução de sal ou ácido, ou ambos, para efetuar ainda a coagulação do produto para um estado mais elástico. Por exemplo, a recuperação pode ser o transporte ou bombeando do fluxo de sólidos para outras áreas de processamento ou dispositivos para continuar o processamento, dos quais algumas opções estão aqui descritas. A recuperação pode ser contínua, semicontínua ou descontínua. A extremidade de saída da zona de reação é, de preferência, semiconfinada e aberta para a atmosfera, e o fluxo de compósito de elastômero sólido ou semissólido é, de preferência, recuperado à pressão ambiente para permitir a operação contínua do processo.

[0039] O fluxo de uma fase de borracha contínua contendo sílica sólida pode ser na forma de "serpentina" semelhante a corda ou glóbulos mais ou menos elásticos. A fase contínua de borracha contendo sílica sólida pode ser capaz de ser estirada a 130-150% do seu comprimento original, sem quebrar. Em outros casos, uma fase de borracha contínua contendo sílica semissólida pode ser na forma de pasta viscosa ou material semelhante a gel não-elástico que pode desenvolver propriedades elásticas. Em cada caso, a saída é um sólido fluido coerente cuja consistência pode ser altamente elástica ou ligeiramente elástica e viscosa. A saída a partir da zona de reação pode ser um fluxo substancialmente constante concorrente com a alimentação em curso dos fluidos de látex de elastômero e dispersão desestabilizada de sílica para dentro da zona de reação. Os passos no processo, tais como a preparação dos fluidos, pode ser feita como uma operação contínua, semicontínua ou descontínua. A fase de borracha contínua contendo sílica sólida ou semissólida resultante pode ser submetida a passos de processamento adicionais subsequentes, incluindo operações contínuas, semicontínuas ou descontínuas.

[0040] A fase de borracha contínua contendo sílica sólida ou semissólida criada no processo contém água, ou outro fluido aquoso, e solutos de fluidos originais, e, por exemplo, pode conter desde cerca de 40% em peso a cerca de 95% em peso de água, ou 40% em peso a cerca de 90% em peso de água, ou a partir de cerca de 45% em peso a cerca de 90% em peso de água, ou a partir de cerca de 50 a cerca de 85% em peso de água, ou a partir de cerca de 60 a cerca de 80% em peso de água, com base no peso total do fluxo de compósito de elastômero de sílica. Como uma opção, após a formação da fase de borracha contendo sílica sólida ou semissólida que compreende tais teores de água, este produto pode ser submetido à desidratação adequada e passos mastigatórios e passos de composição para desenvolver propriedades desejadas de borracha e fabricar compostos de borracha.

[0041] Uma fase de borracha contínua contendo sílica semissólida pode ser convertida para uma fase de borracha contínua contendo sílica sólida. Isto pode, por exemplo, ser realizado submetendo a fase de borracha contínua contendo sílica semissólida à passos mecânicos que removem a água do compósito e/ou têm um material semissólido em repouso durante um tempo (por exemplo, após recuperação a partir da zona de reação em um local fora da linha), por exemplo, 10 minutos a 24 horas ou mais; e/ou aquecimento da fase de borracha contínua contendo sílica semissólida para remover o teor de água (por exemplo, uma temperatura de cerca de 50°C a cerca de 200°C); e/ou submetendo o material semissólido a ácido ou ácido adicional, tal como em um banho de ácido, ou sal ou sal adicional, ou um banho de sal, ou a uma combinação de ácido e sal, e outros semelhantes. Um ou mais ou todas estas etapas podem ser utilizadas.

[0042] O grau de desestabilização da suspensão de sílica, pelo menos em parte, determina a quantidade de sílica que pode estar presente no compósito de elastômero de sílica (por exemplo, capturado e distribuído uniformemente no interior do compósito) para uma dada concentração de sílica na mistura de sílica e um dado teor de borracha seca do látex. Em proporções de sílica para borracha alvo selecionadas mais baixas (por exemplo, 15 phr a 45 phr), a concentração de agente de desestabilização pode não ser suficientemente elevada na suspensão de sílica e, finalmente, a mistura de sílica/látex coagula rapidamente e forma uma fase de borracha contínua contendo sílica sólida ou semissólida. Além disso, selecionando concentrações de sílica e de borracha adequadas e as taxas relativas apropriadas de fluido de fluxo, conforme aqui descrito, são considerações para formar o produto sólido ou semissólido. Por exemplo, em proporções relativamente baixas de fluxo volumétrico da suspensão desestabilizada para látex, a quantidade do agente de desestabilização da suspensão desestabilizada de sílica pode não ser suficiente para facilitar a coagulação rápida de látex de elastômero na zona de reação. Geralmente, para um determinado látex de elastômero, menores cargas de sílica podem ser conseguidas aumentando a desestabilização da mistura de sílica e/ou reduzindo a porcentagem em peso de sílica na suspensão desestabilizada.

[0043] Quando uma dispersão de sílica é desestabilizada, as partículas de sílica tendem a flocular. Quando uma dispersão de sílica é, também, altamente desestabilizada, a sílica pode “sair” da solução e se tornar inadequada para utilização em formas de realização preferidas.

[0044] Quando ocorre desestabilização, as cargas superficiais sobre a sílica são, tipicamente, não completamente removidas. No entanto, por vezes, quando a partícula de sílica, ou a dispersão de sílica, é tratada para desestabilizar, o ponto isoelétrico (IEP) pode ser atravessado a partir de um potencial zeta negativo para um valor de potencial zeta positivo. Geralmente, para sílica, a carga líquida sobre a superfície das partículas de sílica é reduzida e a magnitude do potencial zeta é diminuída durante a desestabilização.

[0045] Para proporções mais altas de sílica para borracha no compósito de elastômero de sílica, pode-se selecionar as concentrações mais elevadas de sílica na suspensão desestabilizada e/ou uma maior proporção de fluxo volumétrico do fluido de sílica para o fluido de látex. Uma vez que a suspensão de sílica é desestabilizada e inicialmente combinada com o fluido de látex, se a mistura não coagula, a relação de fluxo de volume do primeiro fluido e o segundo do fluido pode ser ajustada, tal como pela diminuição do fluxo de volume de látex, que proporciona efetivamente uma maior proporção de sílica para borracha no compósito de elastômero. Neste passo de ajustar a quantidade de látex presente, a quantidade de látex é, ou torna-se, em uma quantidade que não cause excessiva diluição da concentração do agente de desestabilização da mistura total de modo que o produto desejado possa ser formado dentro do tempo de residência na zona de reação. Para obter uma proporção de sílica para borracha desejada no compósito de elastômero, estão disponíveis várias opções. Como uma opção, o nível de desestabilização da suspensão de sílica pode ser aumentado, tal como através da redução da amplitude do potencial zeta da suspensão desestabilizada de sílica (por exemplo, por adição de mais sal e/ou ácido). Ou, como opção, a concentração de sílica na suspensão desestabilizada de sílica pode ser ajustada, por exemplo, através da redução ou o aumento da concentração de sílica na suspensão desestabilizada de sílica. Ou, como opção, um látex pode ser utilizado que tem um teor de borracha elevado, ou um látex pode ser diluído com um teor de borracha inferior, ou a taxa de fluxo relativo do látex pode ser aumentada. Ou, como uma opção, a taxa de fluxo e a dimensão do orifício (em que cada um deles pode controlar ou afetar a velocidade do (s) fluido (s)) ou a orientação relativa dos dois fluxos de fluido pode ser modificada para encurtar ou prolongar o tempo de permanência dos fluidos combinados na zona de reação, e/ou alterar a quantidade e tipo de turbulência no ponto de impacto do primeiro fluido no segundo fluido. Qualquer uma ou duas ou mais destas opções pode ser utilizada para ajustar os parâmetros do processo e obtenção de uma proporção de sílica para borracha alvo ou desejada, no compósito de elastômero.

[0046] A quantidade ou grau de desestabilização da suspensão de sílica é um fator importante na determinação de qual proporção de sílica para borracha pode ser conseguida no compósito de elastômero de sílica. Um agente desestabilizador utilizado para desestabilizar sílica na suspensão pode desempenhar um papel na aceleração da coagulação de partículas de látex de elastômeros, quando a suspensão desestabilizada de sílica é misturada com o látex de elastômero na zona de reação. Teoriza-se que a taxa de coagulação do látex na zona de reação pode depender da concentração do agente de desestabilização nos fluidos combinados. Tem sido observado que através da execução do processo para a produção de compósitos de elastômero de sílica sob várias condições, pode-se determinar uma concentração limiar de um agente desestabilizador presente na mistura combinada de fluidos no momento da mistura que é eficaz para produzir fase de borracha contínua contendo sílica sólida ou semissólida. Um exemplo de seleção e ajuste das condições de processo para atingir o limiar de concentração para se obter fase de borracha contínua contendo sílica sólida ou semissólida está descrito nos Exemplos abaixo. Se a concentração limiar para uma dada seleção e composição de fluidos, fluxos volumétricos e velocidades não é igual ou superior, uma fase de borracha contínua contendo sílica sólida ou semissólida não irá, geralmente, ser produzida.

[0047] A quantidade mínima de desestabilização da suspensão de sílica é indicada por uma magnitude de potencial zeta inferior a 30 mV (por exemplo, com potenciais zeta tal como -29,9 mV a cerca de 29,9 mV, cerca de -28 mV a cerca de 20 mV, cerca de - 27 mV a cerca de 10 mV, cerca de -27 mV a cerca de 0 mV, cerca de -25 mV a cerca de 0 mV, cerca de - 20 mV a cerca de 0 mV, cerca de -15 mV a cerca de 0 mV, cerca de -10 mV a cerca de 0 mV e similares). Se a suspensão de sílica foi desestabilizada para dentro deste intervalo de potencial zeta, em seguida, a sílica na suspensão desestabilizada pode ser incorporada em uma fase de borracha contínua contendo sílica sólida ou semissólida quando combinada com o látex de elastômero.

[0048] Embora possa ser desejável desestabilizar o látex antes de o combinar com a suspensão de sílica, sob condições de cisalhamento, tal como os presentes, enquanto se bombeia continuamente o látex para a zona de reação, é difícil desestabilizar o fluido de látex de antemão sem causar coagulação prematura do látex. No entanto, o agente de desestabilização utilizado na suspensão desestabilizada de sílica pode estar presente em uma quantidade excedente para melhorar a desestabilização do látex e/ou atenuar a diluição do agente, uma vez que a suspensão desestabilizada de sílica e fluido de látex são combinados. Como uma outra opção, especialmente em concentrações elevadas de sílica (por exemplo, >25% em peso de sílica na suspensão de sílica), alguns agentes de desestabilização adicionados poder ser adicionados separadamente à mistura de suspensão desestabilizada de sílica e látex de elastômero na zona de relação para melhorar a coagulação do látex.

[0049] Sem se pretender ficar ligado a qualquer teoria, acredita-se que o processo para a produção de compósitos de elastômero de sílica forma redes coerentes interpenetradas de ambas as partículas de borracha e agregados de sílica em cerca de dois segundos ou menos, tal como uma fração de segundo, conforme os dois fluidos combinam e a inversão de fases ocorre, resultando em um material sólido ou semissólido compreendendo estas redes com água encapsulada. Tal formação de rede rápida permite a produção contínua de uma fase de borracha contínua contendo sílica sólida ou semissólida. Teoriza-se que a aglomeração induzida por cisalhamento de partículas de sílica, conforme a suspensão desestabilizada de sílica passa através de um bocal de entrada para ser combinada com o látex de elastômero, pode ser útil para a criação de um arranjo de partícula uniforme único em masterbatch de borracha e capturar partículas de sílica dentro da borracha através de coagulação ali entre partículas de sílica e de borracha. É ainda teorizado que, sem uma tal rede interpenetrada, pode não haver um compósito de uma fase de borracha contínua sólida ou semissólida contendo partículas de sílica dispersas, na forma de uma serpentina, ou partes de material sólido, por exemplo, que encapsula 4095% em peso de água e retém a totalidade ou a maior parte da sílica nos processos de remoção de água subsequentes, incluindo compressão e trabalho mecânico de alta energia.

[0050] Teoriza-se que a formação de uma rede de sílica resulta, pelo menos em parte, a partir de aglomeração de partícula de sílica induzida por cisalhamento conforme a suspensão desestabilizada de sílica passa através de um bocal pressurizado (3a) a alta velocidade através da primeira entrada (3) para dentro a zona de reação (13), como mostrado na Figura 1. Este processo é facilitado através da redução da estabilidade de sílica na suspensão desestabilizada quando a suspensão de sílica foi desestabilizada (por exemplo, por tratamento da suspensão de sílica com o sal ou ácido, ou ambos).

[0051] Teoriza-se que a inversão de fase líquida para sólida do látex pode resultar de vários fatores, incluindo coagulação induzida por cisalhamento a partir da mistura com o jato de alta velocidade da suspensão de sílica desestabilizada, interação de superfície da sílica com os componentes de látex, coagulação iônica ou química do contato com o agente desestabilizador contendo suspensão de sílica, e uma combinação destes fatores. De modo a formar o material compósito compreendendo a rede interpenetrada de sílica e rede de borracha, as taxas de cada formação de rede, bem como a taxa de mistura, devem ser equilibradas. Por exemplo, para suspensões de sílica altamente desestabilizadas com uma concentração elevada de sal na suspensão, a aglomeração e a formação de rede de partículas de sílica ocorre rapidamente sob condições de cisalhamento. Nesse caso, fluxos volumétricos e velocidades são ajustados de modo que o látex tem uma rápida taxa de coagulação para formação de redes de borracha/sílica interpenetrados. As taxas de formação são mais lentas com suspensões de sílica mais levemente desestabilizadas.

[0052] Um processo exemplificativo para produzir um compósito de elastômero de sílica inclui a alimentação de um fluxo contínuo de um fluido que contém, pelo menos, látex de elastômero (por vezes referido como o segundo fluido) através da entrada 11 (Figura 1 (a), (b) e/ou (c)), para uma zona de reação 13, a uma taxa de fluxo volumétrico de cerca de 20 L/h a cerca de 1900 L/h. O método inclui ainda a alimentação de um fluxo contínuo de um outro fluido contendo uma dispersão desestabilizada de sílica através da entrada 3 (por vezes referido como o primeiro fluido) sob pressão que pode ser conseguida por meio de pontas de bicos injetores (na Figura 1 em 3a) a uma taxa de fluxo volumétrico de 30 L/h a 1700 L/h. O estado desestabilizado da dispersão de sílica e o impacto dos dois fluxos de fluido (introduzidos nas entradas 3 e 11) em condições de alta energia criadas pela introdução do primeiro fluido como jato de alta velocidade (por exemplo, cerca de 6 m/s a cerca de 250 m/s) que afeta o fluxo de látex de menor velocidade (por exemplo, 0,4-11 m/s) que entra na zona de reação em um ângulo aproximadamente perpendicular ao jato de alta velocidade do primeiro fluido é efetivo para misturar intimamente a sílica com o fluxo de látex, promovendo uma distribuição uniforme de sílica no fluxo de fase de borracha contínua contendo sílica sólida a partir da saída da zona de reação.

[0053] Como uma opção, o látex de elastômero introduzido, por exemplo, através da entrada 11, pode ser uma mistura de dois ou mais látices, tal como uma mistura de dois ou mais látices sintéticos. Como opção, os dispositivos nas Figuras 1 (a), (b) e/ou (c) podem ser modificados para ter uma ou mais entradas adicionais de forma a introduzir outros componentes para a zona de reação, tal como um ou mais látices adicionais. Por exemplo, na Figura 1 (c), a entrada 14 pode ser utilizada para introduzir um outro látex além de usar a entrada 11. A uma ou mais entradas adicionais podem ser sequenciais umas às outras, ou serem adjacentes umas às outras ou se apresentar em qualquer orientação contanto que o material (por exemplo, látex) a ser introduzido através da (s) entrada (s) tenha tempo suficiente para dispersar ou ser incorporado no fluxo resultante. No documento WO 2011/034587, incorporado aqui na sua totalidade por referência, as Figuras 1, 2A e 2B proporcionam exemplos de entradas adicionais e as suas orientações que podem ser adotadas para utilização aqui com formas de realização da presente invenção. Como um exemplo particular, uma entrada pode introduzir um fluxo que inclui látex de borracha natural e uma entrada adicional pode introduzir um látex de elastômero sintético, e estes fluxos de látex são combinados com o fluxo da dispersão desestabilizada de sílica para resultar no fluxo de uma fase de borracha contínua contendo sílica sólida ou semissólida. Quando mais do que uma entrada é utilizada para a introdução de látex de elastômero, as taxas de fluxo podem ser as mesmas ou diferentes umas às outras.

[0054] A Figura 2 apresenta um exemplo, utilizando um diagrama de blocos dos vários passos, que pode ocorrer na formação do compósito de elastômero. Como mostrado na Figura 2, a dispersão desestabilizada de sílica (primeiro fluido) 100 é introduzida na zona de reação 103 e o fluido contendo o látex de elastômero (segundo fluido) 105 é introduzido também na zona de reação 103. Como opção, um fluxo de um fase de borracha contínua contendo sílica sólida ou semissólida sai da zona de reação 103 e pode, opcionalmente, introduzir uma zona de retenção 116 (por exemplo, um tanque de retenção, com ou sem a adição de uma solução de sal ou ácido para aumentar ainda mais a coagulação de borracha e a formação de redes de sílica/borracha); e pode opcionalmente introduzir, diretamente, ou após o desvio para uma zona de retenção 116, uma zona de remoção de água 105; pode, opcionalmente, introduzir um misturador/formador contínuo 107; pode, opcionalmente, introduzir um moinho (por exemplo, moinho aberto, também chamado um moinho de rolo) 109; pode ser submetido a moagem adicional extra 111 (iguais ou diferentes condições como moinho 109) (tal como entrada de energia iguais ou diferentes); pode ser submetido a mistura opcional pelo misturador 115, e/ou pode ser granulado utilizando um granulador 117, e, em seguida, pode ser, opcionalmente, embalado utilizando uma prensa 119, e pode, opcionalmente, ser dividido pela utilização de um misturador suplementar 121.

[0055] No que diz respeito à sílica, um ou mais tipos de sílica, ou qualquer combinação de sílica (s), pode (m) ser utilizado (s) em qualquer forma de realização da presente invenção. A sílica adequada para compósitos de elastômeros de reforço pode ser caracterizada por uma área superficial (BET) de cerca de 20 m2/g a cerca de 450 m2/g; cerca de 30 m2/g a cerca de 450 m2/g; cerca de 30 m2/g a cerca de 400 m2/g; ou cerca de 60 m2/g a cerca de 250 m2/g; e para malhas de pneus de veículos pesados uma área de superfície BET de cerca de 60 m2/g a cerca de 250 m2/g ou, por exemplo, a partir de cerca de 80 m2/g a cerca de 200 m2/g. Sílica precipitada altamente dispersível pode ser utilizada como o material de enchimento nos presentes métodos. Sílica precipitada altamente dispersível ("HDS") entende-se qualquer sílica que tem uma capacidade substancial para desaglomerar e dispersar em uma matriz elastomérica. Tais determinações podem ser observadas, de forma conhecida por microscopia de elétrons ou ótica em seções finas de compósito de elastômero. Exemplos de graus comerciais de HDS incluem, sílica Perkasil® GT 3000GRAN da WR Grace & Co, sílica Ultrasil® 7000 da Evonik Industries, sílica Zeosil® 1165 MP e 1115 MP da Solvay SA, sílica Hi-Sil® EZ 160G da PPG Industries, Inc. e sílica Zeopol® 8741 ou 8745 da JM Huber Corporation. Sílica precipitada não-HDS convencional pode ser também utilizada. Exemplos de graus comerciais de sílica precipitada convencional incluem, sílica Perkasil® KS 408 da WR Grace & Co, sílica Zeosil® 175GR da Solvay SA, sílica Ultrasil® VN3 da Evonik Industries, sílica Hi-Sil® 243 da PPG Industries, Inc. e sílica Hubersil® 161 da JM Huber Corporation. Sílica precipitada hidrofóbica com agentes de acoplamento de silano ligados na superfície também pode ser utilizada. Exemplos de graus comerciais de sílica precipitada hidrofóbica incluem sílica Agilon®400, 454 ou 458 da PPG Industries, Inc. e sílicas Coupsil da Evonik Industries, por exemplo, sílica Coupsil 6109.

[0056] Tipicamente, a sílica (por exemplo, partículas de sílica) tem um teor em sílica de pelo menos 20% em peso, pelo menos 25% em peso, pelo menos 30% em peso, pelo menos 35% em peso, pelo menos 40% em peso, pelo menos 50 % em peso, pelo menos 60% em peso, pelo menos 70% em peso, pelo menos 80% em peso, pelo menos 90% em peso ou cerca de 100% em peso ou 100% em peso, ou desde cerca de 20% em peso a cerca de 100% em peso, todos com base no peso total da partícula. Qualquer uma das sílicas pode ser quimicamente funcionalizada, tal como ter grupos químicos ligados ou adsorvidos, tal como grupos orgânicos ligados ou adsorvidos. Qualquer combinação de sílica (s) pode ser utilizada. A sílica que forma a suspensão de sílica e/ou suspensão desestabilizada de sílica pode ser em parte, ou totalmente, uma sílica com uma superfície hidrofóbica, que pode ser uma sílica que é hidrofóbica ou uma sílica que se torna hidrofóbica, tornando a superfície da sílica hidrofóbica por tratamento (por exemplo, tratamento químico). A superfície hidrofóbica pode ser obtida através da modificação química da partícula de sílica com silanos hidrofobizantes sem grupos iônicos, por exemplo, bis-trietoxisililpropiltetrassulfeto. Tal reação de superfície na sílica pode ser realizada em um passo de processo separado antes da dispersão, ou realizado in situ em uma dispersão de sílica. A reação superficial reduz a densidade de silanol sobre a superfície da sílica reduzindo, assim, a densidade de carga iônica da partícula de sílica em suspensão. As partículas de sílica de superfície tratada hidrofóbicas adequadas para utilização em dispersões podem ser obtidas a partir de fontes comerciais, tais como sílica Agilon® 454 e sílica Agilon® 400 da PPG Industries. As dispersões de sílica e dispersões desestabilizadas de sílica podem ser feitas utilizando partículas de sílica com uma baixa densidade de silanol de superfície. Tal sílica pode ser obtida através da desidroxilação a temperaturas acima de 150°C via, por exemplo, um processo de calcinação.

[0057] Além disso, a suspensão de sílica e/ou suspensão desestabilizada de sílica pode conter, como uma opção, uma quantidade muito pequena (10% em peso ou menos, com base no peso total de material particulado) de quaisquer partículas que não sejam sílica, tal como negro (s) de fumo ou óxido de zinco, ou carbonato de cálcio, ou outros materiais particulados úteis em composições de borracha (por exemplo, 95% em peso de sílica precipitado e 5% em peso de negro de carbono). Qualquer grau de negro de carbono de reforço ou não-reforço pode ser selecionado para se obter a propriedade desejada na composição de borracha final.

[0058] A sílica pode ser dispersa no líquido aquoso, de acordo com qualquer técnica conhecida aos técnicos no assunto. Uma dispersão de sílica particulada pode ser submetida a processamento mecânico, por exemplo, para reduzir o tamanho de partícula. Isto pode ser feito antes ou durante ou após desestabilização da dispersão e pode contribuir de uma forma menor ou maior para a desestabilização da dispersão. O processamento mecânico pode compreender ou incluir trituração, moagem, fragmentação, contusão ou tratamento de fluido de elevado cisalhamento, ou quaisquer combinações dos mesmos.

[0059] Por exemplo, uma suspensão de sílica pode ser feita por dispersão de sílica em um fluido por meio de um processo de moagem. Tal processo de moagem reduz o tamanho da maioria dos aglomerados de sílica (por exemplo, mais de 80% em volume) no fluido para um valor inferior a 10 micra, e preferencialmente inferior a 1 mícron, o intervalo de tamanho típico de partículas coloidais. O fluido pode ser água, um fluido aquoso ou um fluido polar não aquoso. A suspensão, por exemplo, pode compreender de cerca de 6% em peso a cerca de 35% em peso de partículas contendo sílica, com base no peso da suspensão. O tamanho das partículas de sílica pode ser determinado utilizando uma técnica de dispersão de luz. Uma tal suspensão fluida quando feita em água, utilizando partículas de sílica tendo um baixo teor de sal residual a um pH de 6-8, tipicamente, tem uma magnitude de potencial zeta maior do que, ou igual a, 30 mV e mostra boa estabilidade contra agregação, gelificação e precipitação em um tanque de armazenamento com agitação lenta (por exemplo, velocidade de agitação abaixo de 60 RPM). Uma vez que partículas de sílica como bem moídas são, geralmente, estáveis em água a um pH de cerca de 7 devido às altas cargas negativas sobre sílica, muito alto cisalhamento é, geralmente, necessário para ultrapassar a barreira de energia de repulsão entre as partículas para induzir a aglomeração de partículas.

[0060] Em um método exemplar empregando sílica, tal como grânulos HDS, a sílica pode ser combinada com água, e a mistura resultante é passada através de um moinho de coloides, moinho de tubagem ou semelhantes, para formar um fluido de dispersão. Este líquido é então passado para um homogeneizador que dispersa mais finamente o material de enchimento no líquido transportador de modo a formar a suspensão. Os homogeneizadores exemplares incluem, mas não estão limitados, o sistema Microfluidizer® comercialmente disponível da Microfluidics International Corporation (Newton, Mass., EUA). Também são adequados os homogeneizadores como modelos MS18, MS45 e MC120, e homogeneizadores de série disponíveis na APV Homogenizer Division de APV Gaulin, Inc. (Wilmington, Mass., EUA). Outros homogeneizadores adequados estão comercialmente disponíveis e serão evidentes para os especialistas na técnica dado o benefício da presente divulgação. A pressão de operação ideal em um homogeneizador pode depender do aparelho real, do tipo de sílica e/ou do teor de sílica. Como exemplo, um homogeneizador pode ser operado a uma pressão de cerca de 0,069 MPa (10 psi) a cerca de 34,47 MPa (5000 psi) ou mais, por exemplo, de cerca de 0,069 MPa (10 psi) a cerca de 6,89 MPa (1000 psi), cerca de 6,89 MPa (1000 psi) a cerca de 11,72 MPa (1700 psi), cerca de 11,72 MPa (1700 psi) a cerca de 15,17 MPa (2200 psi), cerca de 15,17 MPa (2200 psi) a cerca de 18,62 MPa (2700 psi), cerca de 18,62 MPa (2700 psi) a cerca de 22,75 MPa (3300 psi), cerca de 22,75 MPa (3300 psi) a cerca de 26,20 MPa (3800 psi), cerca de 26,20 MPa (3800 psi) a cerca de 29,65 MPa (4300 psi), ou cerca de 29,65 MPa (4300 psi) a cerca de 34,47 MPa (5000 psi). Conforme indicado anteriormente, a dispersão de sílica particulada é desestabilizada antes de realizar o processo de masterbatch, e a dispersão pode ser desestabilizada seguindo uma das técnicas aqui mencionadas, antes, durante ou após qualquer processo mecânico de moagem ou similar.

[0061] Dependendo do método de masterbatch úmida empregue, uma concentração elevada de sílica em suspensão pode ser utilizada para reduzir a tarefa de remover o excesso de água ou outro transportador. Para a dispersão desestabilizada de partículas de sílica, o líquido utilizado pode ser água ou outro fluido aquoso ou outro fluido. Para a dispersão desestabilizada, a partir de cerca de 6 por cento em peso a cerca de 35 por cento em peso de material de enchimento pode ser empregue, por exemplo, desde cerca de 6 por cento em peso a cerca de 9 por cento em peso, de cerca de 9 por cento em peso a cerca de 12 por cento em peso, de por cento a cerca de 12 peso a cerca de 16 por cento em peso, de cerca de 10 por cento em peso a cerca de 28 por cento em peso, de cerca de 16 por cento em peso a cerca de 20 por cento em peso, de cerca de 20 por cento em peso a cerca de 24 por cento em peso, de cerca de 24 por cento em peso a cerca de 28 por cento em peso, ou desde cerca de 28 por cento em peso a cerca de 30 por cento em peso, com base no peso da dispersão desestabilizada. Para a dispersão desestabilizada, uma maior concentração de sílica pode ter benefícios. Por exemplo, a concentração de sílica na suspensão desestabilizada pode ser, pelo menos, 10 por cento em peso ou, pelo menos, 15 por cento em peso, com base no peso da suspensão (por exemplo, cerca de 12% em peso a cerca de 35% em peso ou cerca de 15,1% em peso a cerca de 35% em peso, ou cerca de 20% em peso a cerca de 35% em peso), o que pode proporcionar vantagens, tal como, mas não limitado a, água residual reduzida, aumento das taxas de produção e/ou redução do tamanho do equipamento necessário para o processo. Os técnicos no assunto irão reconhecer, dado o benefício desta descrição, que a concentração de sílica (em percentual em peso) da suspensão de sílica (e na suspensão desestabilizada de sílica) pode ser coordenada com outras variáveis de processo durante o processo úmido para alcançar a proporção de sílica para borracha desejada (em phr) no produto final.

[0062] Os detalhes de uma dispersão de sílica são descritos adicionalmente abaixo. Em geral, uma dispersão pode ser um material que compreende mais do que uma fase, onde pelo menos uma das fases contém ou inclui ou consiste em domínios de fase finamente divididos, opcionalmente no intervalo de tamanho coloidal, disperso em uma fase contínua. A dispersão ou suspensão de sílica ou dispersão de sílica pode ser preparada como uma suspensão estável de sílica em partículas no fluido aquoso, em que a carga na superfície das partículas evita a aglomeração de partículas e a dispersão é caracterizada por uma magnitude de potencial zeta maior ou igual a 30 mV. Em tais dispersões, as partículas de sílica permanecem em dispersão estável, e/ou suspensão, no que diz respeito à agregação e coalescência, por exemplo, durante, pelo menos, 8 horas. Uma dispersão estável pode ser uma em que o tamanho de partícula é mantido constante, e em que as partículas não se precipitam ou gelificam, ou têm um tempo muito longo para precipitar sensivelmente na presença de agitação lenta ou periódica, por exemplo, não se precipitam sensivelmente após 8 horas, ou 12 horas ou 24 horas, ou 48 horas. Por exemplo, por partículas de sílica coloidal bem dispersas no fluido aquoso, a estabilidade pode ser geralmente observada a partir de um pH de 8 a 10. Além disso, com agitação lenta da dispersão, as partículas de sílica permanecem suspensas no fluido por meio de carga da superfície das partículas, polaridade superficial da partícula, pH, concentração de partículas selecionada, tratamento de superfície de partícula e suas combinações. O fluido pode ser ou incluir água, em uma mistura aquosa, ou um solvente miscível em água ou fluido parcialmente miscível, tal como vários álcoois, éteres e outros solventes miscíveis em água de baixo peso molecular, de preferência tendo grupos orgânicos C1-C5 (por exemplo, etanol, metanol, propanol, éter etílico, acetona e outros semelhantes). Conforme indicado acima, a dispersão, por exemplo, pode compreender cerca de 6% em peso a cerca de 35% em peso, cerca de 10% em peso a cerca de 28% em peso, cerca de 12% em peso a cerca de 25% em peso, ou cerca de 15% em peso a cerca de 30% em peso de partículas contendo sílica, com base no peso da dispersão.

[0063] Uma dispersão estável pode ser uma dispersão coloidal. Em geral, uma dispersão coloidal ou coloide pode ser uma substância em que as partículas dispersas são suspensas em toda outra substância. As partículas da fase dispersa têm um diâmetro de, aproximadamente, cerca de 1 nanômetro até cerca de 1000 nanômetros, e tipicamente cerca de 100 nanômetros a cerca de 500 nanômetros. Em uma dispersão coloidal estável, tamanho de partícula, densidade e concentração é tal que a gravidade faz com que as partículas não precipitem da dispersão facilmente. Coloides com a magnitude do potencial zeta de 30 mV ou mais são, geralmente, considerados como sistemas coloidais estáveis. Redução de estabilidade da partícula (por exemplo, sílica) em um coloide ou dispersão devido à carga de estabilização pode ser medida por redução de magnitude do potencial zeta. O tamanho da partícula pode ser medido através do método de dispersão de luz.

[0064] Uma dispersão desestabilizada de sílica pode ser entendida como sendo uma dispersão de sílica em um fluido, em que forças de repulsão partícula-a-partícula enfraquecidas permitem a aglomeração de partículas e a formação de uma rede de sílica de partícula-para-partícula ou gel uma vez que a dispersão desestabilizada é submetida a uma quantidade eficaz de cisalhamento. Em certos casos, corte mecânico pode causar desestabilização de dispersões de sílica e aglomeração de partículas de sílica. Quanto maior o grau de desestabilização da suspensão de sílica, menor o cisalhamento necessário para a agregação de partículas, e maior a taxa de agregação das partículas. Para obter uma dispersão desestabilizada, a dispersão pode compreender de cerca de 6% em peso a cerca de 35% em peso de sílica particulada (com base no peso da dispersão), por exemplo, desde cerca de 8% em peso a cerca de 35% em peso, de cerca de 10% em peso a cerca de 28% em peso, de cerca de 12% em peso a cerca de 25% em peso, de cerca de 15% em peso a cerca de 30% em peso. O fluido aquoso na dispersão desestabilizada de partículas de sílica pode ser ou incluir água, em uma mistura aquosa, ou um solvente miscível em água ou fluido parcialmente miscível, tal como vários álcoois, éteres e outros solventes miscíveis em água de baixo peso molecular, tendo, preferencialmente, grupos orgânicos C1-C5 (por exemplo, etanol, metanol, propanol, éter etílico, acetona e outros semelhantes). Para formar compósitos de elastômero de sílica, a estabilidade de partículas de sílica em uma suspensão ou dispersão é reduzida (isto é, desestabilizada), diminuindo a barreira de energia eletrostática entre partículas, utilizando uma quantidade eficaz de um agente de desestabilização, como ácido ou sal, ou ambos, antes da suspensão ser misturada com o látex. Um agente de desestabilização pode ser selecionado pela sua capacidade de reduzir a interação de cargas repulsivas entre as superfícies das partículas que impedem as partículas de aglomerarem no fluido.

[0065] Uma dispersão desestabilizada de sílica pode ser obtida através da redução do pH da dispersão de sílica para próximo do ponto isoelétrico da sílica (a cerca de pH 2 para sílicas hidrofílicas típicas). Por exemplo, desestabilização de sílica pode ser conseguida através da adição de ácido para diminuir o pH da dispersão de sílica particulada de 2 a 4, reduzindo assim a magnitude do potencial zeta da dispersão para menos de 30 mV, tal como abaixo de cerca de 28 mV (por exemplo, magnitude de potenciais zeta de cerca de 18 mV a cerca de 6 mV para ácido fórmico como o agente de desestabilização). A adição de ácido e/ou sal em suspensão de sílica pode eficazmente reduzir a estabilidade das partículas de sílica dispersas em água. A concentração molar do ácido ou sal é, geralmente, o fator dominante que determina o potencial zeta da suspensão desestabilizada de sílica. Em geral, uma quantidade suficiente de ácido ou sal, ou ambos, pode ser utilizada para reduzir a magnitude do potencial zeta da suspensão de sílica para menos do que 30 mV, tal como 28 mV ou menos, de preferência, 25 mV ou menos, para a produção de uma fase de borracha contínua contendo sílica sólida ou semissólida.

[0066] A quantidade de ácido utilizada para desestabilizar a dispersão de sílica pode estar em uma quantidade para obter uma magnitude de potencial zeta na dispersão desestabilizada de menos do que 30 mV, tal como 28 mV ou menos, ou 25 mV ou menos. O ácido pode ser, pelo menos, um ácido orgânico ou inorgânico. O ácido pode ser ou incluir ácido acético, ácido fórmico, ácido cítrico, ácido fosfórico ou ácido sulfúrico, ou quaisquer combinações dos mesmos. O ácido pode ser ou incluir um ácido contendo alquil C1 a C4. O ácido pode ser ou incluir um que tenha um peso molecular ou um peso médio de peso molecular inferior a 200, tal como abaixo de 100 MW, ou abaixo de 75 MW, ou de cerca de 25 MW de cerca de 100 MW. A quantidade de ácido pode variar e dependerá da dispersão de sílica a ser desestabilizada. A quantidade de ácido pode ser, por exemplo, desde cerca de 0,8% em peso a cerca de 7,5% em peso, por exemplo, desde cerca de 1,5% em peso a cerca de 7,5% em peso ou mais (com base no peso total do fluido que compreende a dispersão de sílica). Se um ácido é o único agente desestabilizador utilizado, a quantidade de ácido pode ser uma quantidade que baixa o pH da dispersão de sílica em pelo menos 2 unidades de pH, ou a pelo menos um pH de 5 ou inferior, ou o intervalo de pKa do ácido ou ácidos em uso, de modo a reduzir as interações de carga entre as partículas.

[0067] Uma dispersão desestabilizada pode ser obtida por tratamento de uma dispersão de sílica com um agente de desestabilização que compreende um ou mais sais para alterar potencial zeta da suspensão para o intervalo descrito acima. O sal pode ser, ou incluir, pelo menos, um sal de metal (por exemplo, a partir do Grupo 1, 2 ou 13 de metais). O sal pode ser ou incluir um sal de cálcio, sal de magnésio ou sal de alumínio. Contra-íons ilustrativos incluem nitrato, acetato, sulfato, íons de halogênio tais como cloreto, brometo, iodeto e semelhantes. A quantidade de sal pode ser, por exemplo, desde cerca de 0,2% em peso a cerca de 2% em peso ou mais, por exemplo, de cerca de 0,5 ou 1% em peso a cerca de 1,6% em peso (com base no peso do fluido que compreende a dispersão desestabilizada de sílica).

[0068] Uma combinação de, pelo menos, um sal e/ou, pelo menos, um ácido pode ser utilizado para desestabilizar a dispersão da sílica.

[0069] Quando a dispersão desestabilizada de sílica é conseguida com a adição de pelo menos um sal, a concentração de sal na dispersão desestabilizada de sílica pode ser de cerca de 10 mM a cerca de 160 mM, ou outros valores acima ou abaixo deste intervalo.

[0070] Quando a dispersão desestabilizada de sílica é conseguida com a adição de pelo menos um ácido, a concentração de ácido na dispersão desestabilizada pode ser a partir de cerca de 200 mM a cerca de 1000 mM, por exemplo, cerca de 340 mM a cerca de 1000 mM, ou outros valores acima ou abaixo deste intervalo.

[0071] Uma dispersão desestabilizada de sílica pode ser feita utilizando partículas de sílica tratadas para compreender uma quantidade apropriada de grupos funcionais de superfície que transportam cargas positivas de modo que as cargas líquidas sobre a superfície da sílica são reduzidas, suficientemente, para diminuir a magnitude do potencial zeta da dispersão abaixo de 30 mV. A carga líquida na superfície da sílica pode ser positiva, em vez de negativa, como resultado de tal tratamento de superfície. O grupo funcional de carga positiva pode ser introduzido à superfície da sílica através de ligação química ou adsorção física. Por exemplo, a superfície de sílica pode ser tratada com cloreto de N-trimetoxilsililpropil-N,N,N-trimetilamônio quer antes ou após da preparação da dispersão de sílica. É também possível adsorver agentes de revestimento catiônicos, tal como moléculas contendo amina e aminoácidos básicos na superfície da sílica. Teoriza-se que uma carga positiva líquida nas superfícies das partículas de sílica pode aumentar a coagulação do látex, que compreende partículas de borracha carregadas negativamente, por meio de heterocoagulação.

[0072] No que diz respeito ao "segundo fluido", que contém, pelo menos, um látex de elastômero, este fluido pode conter um ou mais látices de elastômeros. Um látex de elastômero pode ser considerado uma dispersão coloidal estável de borracha e pode conter, por exemplo, desde cerca de 10% em peso a cerca de 70% em peso de borracha, com base no peso total do látex. A borracha pode ser dispersa em um fluido, tal como água ou outro fluido aquoso, por exemplo. O teor aquoso deste fluido (ou teor de água) pode ser de 40% em peso ou mais, tal como 50% em peso ou mais, ou 60% em peso ou mais, ou 70% em peso ou mais, por exemplo entre cerca de 40% em peso a 90% em peso, com base no peso do fluido que compreende pelo menos um látex de elastômero. Látices de elastômeros adequados incluem ambos os látex de elastômeros naturais e sintéticos e misturas de látex. Por exemplo, látex de elastômero pode ser feito sinteticamente por polimerização de um monômero, como o estireno, que foi emulsionado com agentes tensoativos. O látex deverá ser adequado para o processo de masterbatch úmida selecionado e para a finalidade ou aplicação a que se destinam o produto de borracha final. Estará dentro da capacidade dos técnicos no assunto selecionar o látex de elastômero adequado ou uma mistura adequada de látex de elastômeros para utilização nos modos e equipamento aqui descritos, dado o benefício desta descrição.

[0073] O látex de elastômero pode ser ou incluir borracha natural, tal como uma emulsão de borracha natural. Látices de borracha naturais exemplificativos incluem, mas não estão limitados a látex do campo, concentrado de látex (produzido, por exemplo, por evaporação, centrifugação ou homogeneização), skim látex (por exemplo, o sobrenadante remanescente após a produção de concentrado de látex por centrifugação) e misturas de quaisquer dois ou mais destes em qualquer proporção. O látex de borracha natural é, normalmente, tratado com amônia para preservá-lo, e o pH do látex tratado varia tipicamente de 9 a 11. O teor em amônia do látex de borracha natural pode ser ajustado e pode ser reduzido, por exemplo, por borbulhamento de nitrogênio sobre ou através do látex. Tipicamente, os fornecedores de látex extraem o lodo do látex pela adição de fosfato de diamônio. Eles também podem estabilizar o látex pela adição de laurato de amônio. O látex de borracha natural pode ser diluído até um teor de borracha seca desejado (DRC). Assim, o látex que pode ser aqui utilizado pode ser um látex limpo. Um conservante secundário, uma mistura de dissulfeto de tetrametiltiuram e óxido de zinco (solução TZ) pode também ser incluído. O látex deverá ser adequado para o processo de masterbatch úmida selecionado e para a finalidade ou aplicação a que se destinam o produto de borracha final. O látex é fornecido, tipicamente, em um líquido transportador aquoso (por exemplo, água). A quantidade do líquido de transporte aquoso pode variar e, por exemplo, ser de cerca de 30% em peso a cerca de 90% em peso, com base no peso do fluido. Em outras palavras, tais látices de borracha natural podem conter, ou podem ser modificados para conter, por exemplo, cerca de 10% em peso a cerca de 70% em peso de borracha. A seleção de um látex ou mistura de látices adequados irá estar dentro da habilidade daqueles técnicos no assunto, dado o benefício da presente descrição, e o conhecimento do critério de seleção geralmente reconhecido na indústria.

[0074] O látex de borracha natural pode também ser quimicamente modificado de algum modo. Por exemplo, pode ser tratado para modificar quimicamente ou enzimaticamente ou reduzir vários componentes sem ser a borracha, ou as moléculas de borracha em si podem ser modificadas com vários monômeros ou outros grupos químicos, tal como o cloro. O látex de borracha natural epoxidado pode ser especialmente benéfico porque a borracha epoxidada é acreditada interagir com a superfície da sílica (Martin, et al., Rubber Chemistry and Technology, maio de 2015, doi:10,5254/rctl5.85940). Exemplos de métodos para a modificação química de látex de borracha natural são descritos em Publicações de Patentes Europeias Nos 1489102, 1816144 e 1834980, Publicações de Patentes Japonesas Nos 2006152211, 2006152212, 2006169483, 2006183036, 2006213878, 2006213879, 2007154089 e 2007154095, Patente da Grã-Bretanha No GB2113692, Publicações de Patentes dos EUA Nos 6.841.606 e 7.312.271, e Patente dos EUA No 20050148723. Outros métodos conhecidos aos técnicos no assunto podem ser empregues também.

[0075] Outros elastômeros exemplares incluem, mas não se limitam a borrachas, polímeros (por exemplo, homopolímeros, copolímeros e/ou terpolímeros) de 1,3-butadieno, estireno, isopreno, isobutileno, 2,3-dialquil-1,3-butadieno, em que alquil pode ser metil, etil, propil, etc., acrilonitrila, etileno, propileno e semelhantes. O elastômero pode ter uma temperatura de transição vítrea (Tg), medida por calorimetria de varrimento diferencial (DSC), variando entre cerca de -120°C a cerca de 0°C. Exemplos incluem, mas não estão limitados a, borracha de estireno-butadieno (SBR), borracha natural e seus derivados, tal como borracha clorada, polibutadieno, poliisopreno, poli(estireno-co-butadieno) e os derivados estendidos de óleo de qualquer um deles. Podem também ser utilizadas misturas de quaisquer dos anteriores. O látex pode estar em um líquido transportador aquoso. Em particular, borrachas sintéticas adequadas incluem: copolímeros de estireno e butadieno, compreendendo desde cerca de 10 por cento em peso a cerca de 70 por cento em peso de estireno e desde cerca de 90 a cerca de 30 por cento em peso de butadieno, tal como um copolímero de 19 partes de estireno e 81 partes de butadieno, um copolímero de 30 partes de estireno e 70 partes de butadieno, um copolímero de 43 partes de estireno e 57 partes de butadieno e um copolímero de 50 partes de estireno e 50 partes de butadieno; polímeros e copolímeros de dienos conjugados tal como polibutadieno, poli-isopreno, policloropreno e afins, e copolímeros de tais dienos conjugados com um monômero copolimerizável contendo um grupo etilênico com o mesmo, tal como estireno, metil- estireno, cloroestireno, acrilonitrila, 2-vinil-piridina, 5- metil-2-vinilpiridina, 5-etil-2-vinilpiridina, 2-metil-5- vinilpiridina, acrilatos substituídos com alila, vinil cetona, metil isopropenil cetona, metil vinil éter, ácidos carboxílicos alfa-metileno e os seus ésteres e amidas, tal como ácido acrílico e amida de ácido dialquilacrílico. Também adequados para utilização na presente invenção são copolímeros de etileno e outras olefinas de alfa elevado, tais como propileno, 1-buteno e 1-penteno. Misturas de dois ou mais tipos de látex de elastômero, incluindo misturas de látex de borracha sintética e natural ou com dois ou mais tipos de borracha sintéticas ou naturais, podem ser também utilizadas.

[0076] As composições de borracha podem conter, em adição ao elastômero e agente de enchimento e agente de acoplamento, vários auxiliares de processamento, diluentes de óleo, antidegradantes, antioxidantes e/ou outros aditivos.

[0077] A quantidade de sílica (em partes por cem de borracha, ou phr) presente no compósito elastômero pode ser de cerca de 15 phr a cerca de 180 phr, cerca de 20 phr a 150 phr, cerca de 25 phr a cerca de 80 phr, cerca de 35 phr a cerca de 115 phr, cerca de 35 phr a cerca de 100 phr, cerca de 40 phr a cerca de 100 phr, cerca de 40 phr a cerca de 90 phr, cerca de 40 phr a cerca de 80 phr, cerca de 29 phr a cerca de 175 phr, cerca de 40 phr a cerca de 110 phr, cerca de 50 phr a cerca de 175 phr, cerca de 60 phr a cerca de 175 phr, e semelhantes. O compósito de elastômero reforçado com sílica pode, opcionalmente, incluir uma pequena quantidade de negro de fumo para cor, condutividade e/ou estabilidade em UV a e/ou para outros fins. Pequenas quantidades de negro de fumo contidas no compósito de elastômero podem variar, por exemplo, desde cerca de 0,1% em peso a cerca de 10% em peso, com base no peso do total de partículas presentes no compósito de elastômero. Qualquer grau ou tipo de preto (s) de fumo pode ser utilizado, tal como negros de fumo de fornalha de grau de pneu de reforço ou semireforço e semelhantes.

[0078] Em qualquer método de produção de um compósito de elastômero, o método pode ainda incluir um ou mais dos seguintes passos, depois da formação da fase de borracha contínua contendo sílica sólida ou semissólida: - um ou mais passos de retenção ou mais passos de solidificação ou coagulação para desenvolver ainda mais a elasticidade; - um ou mais passos de remoção de água podem ser utilizados para remoção da água do compósito para se obter um compósito desidratado; - um ou mais passos de extrusão; - um ou mais passos de calandragem; - um ou mais passos de moagem para a obtenção de um compósito moído; - um ou mais passos de granulação; - um ou mais passos de embalagem para a obtenção de um produto ou mistura embalado; - a mistura ou o produto embalado pode ser quebrado para formar uma mistura granulada; - um ou mais passos de mistura ou composição para se obter um compósito combinado.

[0079] Como um exemplo adicional, a seguinte sequência de etapas pode ocorrer e cada passo pode ser repetido qualquer número de vezes (com as mesmas ou diferentes configurações), depois da formação da fase de borracha contínua contendo sílica sólida ou semissólida: - um ou mais passos de retenção ou outros passos de coagulação para desenvolver ainda mais a elasticidade; - eliminação de água da composição (por exemplo, o compósito elastômero que sai da zona de reação) para se obter um compósito desidratado; - mistura ou combinação do compósito desidratado para se obter uma mistura combinada; - moagem da mistura combinada para se obter uma mistura moída (por exemplo, laminagem); - granulação ou mistura da mistura moída; - opcional embalagem da mistura após a granulação ou a mistura para se obter uma mistura embalada; - opcional quebra da mistura embalada e misturar.

[0080] Em qualquer forma de realização, um agente de acoplamento pode ser introduzido em qualquer um dos passos (ou em múltiplos passos ou locais), desde que o agente de acoplamento tenha uma oportunidade para se tornar disperso no compósito de elastômero.

[0081] Como apenas um exemplo, a fase de borracha contínua contendo sílica sólida ou semissólida que sai da zona ou área de reação pode ser transferida por um dispositivo adequado (por exemplo, uma correia ou transportador), para uma extrusora de desidratação. As extrusoras de desidratação adequadas são bem conhecidas e comercialmente disponíveis a partir de, por exemplo, French Oil Mill Machinery Co. (Piqua, Ohio, EUA). Alternativamente ou em adição, a fase de borracha contínua contendo sílica sólida ou semissólida pode ser comprimida, por exemplo, entre as placas metálicas, para expelir pelo menos uma porção da fase de fluido aquoso, por exemplo, para expelir o fluido aquoso até que o teor de água de tal material seja inferior a 40% em peso.

[0082] De um modo geral, as etapas de pós processamento podem compreender comprimir o compósito de elastômero para remover desde cerca de 1% em peso a cerca de 15% em peso ou mais, de uma fase de fluido aquoso, com base no peso total do compósito elastômero. A extrusora de desidratação pode trazer o compósito de elastômero de sílica, por exemplo, aproximadamente cerca de 40% a cerca de 95% de teor de água, de cerca de 5% a cerca de 60% de teor de água (por exemplo, desde cerca de 5% a cerca de 10% de teor de água, desde cerca de 10% a cerca de 20% de teor de água, desde cerca de 15% a cerca de 30% de teor de água, ou desde cerca de 30% a cerca de 50% de teor de água) com todos os percentuais em peso com base no peso total do compósito. A extrusora de desidratação pode ser utilizada para reduzir o teor em água do compósito de elastômero de sílica a cerca de 35% em peso, ou outras quantidades. O teor de água ótimo pode variar de acordo com o elastômero empregue, a quantidade e/ou tipo de material de enchimento, e os dispositivos utilizados para a mastigação do produto desidratado. O compósito de elastômero pode ser desidratado para um teor de água desejado, a seguir do qual o produto desidratado resultante pode ainda ser mastigado enquanto está sendo seco até um nível de umidade desejado (por exemplo, desde cerca de 0,5% a cerca de 10%, por exemplo, desde cerca de 0,5% a cerca de 1%, entre cerca de 1% a cerca de 3%, cerca de 3% a cerca de 5%, ou desde cerca de 5% a cerca de 10%, de preferência abaixo de 1% todos os percentuais em peso com base no peso total do produto). A energia mecânica conferida ao material pode proporcionar uma melhoria nas propriedades de borracha. Por exemplo, o produto desidratado pode ser trabalhado mecanicamente com um ou mais de um misturador contínuo, em um misturador interno, uma extrusora de parafuso duplo, uma extrusora de rosca simples, ou um moinho de rolos. Este passo de mistura opcional pode ter a capacidade de mastigar a mistura e/ou gerar a área de superfície ou expor a superfície que pode permitir a remoção de água (pelo menos uma sua porção) que pode estar presente na mistura. Os dispositivos de mastigação adequados são bem conhecidos e comercialmente disponíveis, incluindo, por exemplo, um misturador contínuo Unimix e máquina MVX (mistura, ventilação, extrusão) da Farrel Corporation de Ansonia, CT, EUA, um misturador contínuo longo de Pomini, Inc., um misturador contínuo Pomini, extrusoras de engreno mútuo co-rotativa de rotor duplo, extrusoras de não-engreno mútuo de contra-rotação de rotor duplo, misturadores de Banbury, misturadores Brabender, misturadores internos do tipo entrelaçado, misturadores internos do tipo amasso, extrusoras de composição contínua, extrusora de moagem biaxial produzida pela Kobe Steel, Ltd., e um misturador contínuo Kobe. Aparelho de mastigação alternativo será familiar para os especialistas na arte e podem ser utilizados.

[0083] À medida que o produto desidratado é processado em um aparelho desejado, o aparelho transmite energia para o material. Sem estar ligado por qualquer teoria em particular, acredita-se que o atrito gerado durante a mastigação mecânica aquece o produto desidratado. Uma parte deste calor é dissipada por aquecimento e vaporiza a umidade no produto desidratado. Uma parte da água pode também ser removida espremendo o material em paralelo com aquecimento. A temperatura deve ser suficientemente alta para vaporizar rapidamente a água a vapor, que é liberado para a atmosfera e/ou é removido do aparelho, mas não tão alta como para queimar a borracha. O produto desidratado pode atingir uma temperatura de cerca de 130°C a cerca de 180°C, tal como de cerca de 140°C a cerca de 160°C, especialmente quando o agente de acoplamento é adicionado antes ou durante a mastigação. O agente de acoplamento pode incluir uma pequena quantidade de enxofre, e a temperatura deve ser mantida a um nível suficientemente baixo para evitar que a reticulação da borracha durante a mastigação.

[0084] Como uma opção, os aditivos podem ser combinados com o produto desidratado em um misturador mecânico. Especificamente, os aditivos, tal como agente de enchimento (que pode ser o mesmo que, ou diferente, do material de enchimento utilizado no misturador; agentes de enchimento exemplares incluem sílica, negro de carbono e/ou o óxido de zinco), outros elastômeros, outra ou adicional masterbatch, antioxidantes, agentes de acoplamento, plastificantes, auxiliares de processamento (por exemplo, ácido esteárico, o qual também pode ser utilizado como um agente de cura, polímeros líquidos, óleos, ceras e semelhantes), resinas, retardadores de chama, óleos de diluição e/ou lubrificantes, e uma mistura de qualquer um deles, pode ser adicionado em um misturador mecânico. Elastômeros adicionais podem ser combinados com o produto desidratado para produzir misturas de elastômero. Elastômeros adequados incluem qualquer um dos elastômeros utilizados na forma de látex no processo de mistura descrito acima e elastômeros, tais como EPDM que não estão disponíveis na forma de látex, e podem ser os mesmos ou diferentes do elastômero no compósito elastômero contendo sílica. Os elastômeros exemplares incluem, mas não se limitam a, borrachas, polímeros (por exemplo, homopolímeros, copolímeros e/ou terpolímeros) de 1,3-butadieno, estireno, isopreno, isobutileno, 2,3-dialquil-1,3-butadieno, em que alquil pode ser metil, etil, propil, etc., acrilonitrila, etileno, propileno e semelhantes. Métodos de produção de misturas de masterbatch são divulgados em Patentes dos EUA de propriedade comum nos 7.105.595, 6.365.663 e 6.075.084 e Publicação PCT WO2014/189826. O antioxidante (um exemplo de um inibidor da degradação) pode ser um antioxidante do tipo amina, antioxidante tipo fenol, antioxidante tipo imidazol, sal metálico de carbamato, para-fenileno diamina (s) e/ou dihidrotrimetilquinolina (s), antioxidante de quinina polimerizada, e/ou cera e/ou outros antioxidantes utilizados em formulações de elastômero. Os exemplos específicos incluem, mas não estão limitadas a N-(1,3-dimetilbutil)-N'- fenil-p-fenilenodiamina (6-PPD, por exemplo, ANTIGENE 6C, disponível a partir da Sumitomo Chemical Co., Ltd. e NOCLAC 6C, disponível a partir da Ouchi Shinko Chemical Industrial Co., Ltd.), "Ozonon" 6C da Seiko Chemical Co., Ltd., 1,2-di- hidro-2,2,4-trimetil-quinolina polimerizada (TMQ, por exemplo, Resina Agerite D, disponível a partir da RT Vanderbilt), 2,6-di-t-butil-4-metilfenol (disponível como Vanox PC a partir da Vanderbilt Chemicals LLC), butil- hidroxitolueno (BHT) e butilhidroxianisol (BHA), e semelhantes. Outros antioxidantes representativos podem ser, por exemplo, difenil-p-fenilenodiamina e outros, tais como, por exemplo, os revelados em The Vanderbilt Rubber Handbook ((1978), páginas 344-346.

[0085] O agente de acoplamento pode ser ou incluir um ou mais agentes de acoplamento de silano, um ou mais agentes de acoplamento de zirconato, um ou mais agentes de acoplamento de titanato, um ou mais agentes de acoplamento de nitro, ou qualquer combinação dos mesmos. O agente de acoplamento pode ser ou incluir bis(3-trietoxissililpropil)tetrassulfano (por exemplo, Si 69, da Evonik Industries, Struktol SCA98 de Struktol Company), bis(3-trietoxissililpropil)dissulfano (por exemplo, Si 75 e Si 266 da Evonik Industries, Struktol SCA985 da Struktol Company), 3-trietoxi-tiocianatopropil silano (por exemplo, Si 264 da Evonik Industries), gama- mercaptopropil trimetoxi silano (por exemplo, VP Si 163 da Evonik Industries, Struktol SCA989 da Struktol Company), gama-mercaptopropil-trietoxi silano (por exemplo, VP Si 263 da Evonik Industries), zircônio dineoalcanolatodi(3- mercapto)propionato-O, N,N'-bis(2-metil-2-nitropropil)-1,6- diamino-hexano, S-(3-(trietoxissilil)propil) octanotioato (por exemplo, agente de acoplamento NXT da Momentive, friendly, WV) e/ou agentes de acoplamento que são quimicamente semelhantes ou que têm um ou mais dos mesmos grupos químicos. Exemplos específicos adicionais de agentes de acoplamento, por nomes comerciais, incluem, mas não estão limitados a, VP Si 363 da Evonik Industries. É para ser apreciado que qualquer combinação de elastômeros, aditivos e masterbatch adicional pode ser adicionada para o produto desidratado, por exemplo, em um misturador.

[0086] Como uma opção, o produto desidratado pode ser mastigado utilizando um misturador interno tal como um misturador Banbury ou Brabender. O produto desidratado pode ser primeiro apresentado com um teor de cerca de 3% em peso de umidade para cerca de 40% em peso, por exemplo, cerca de 5% em peso a cerca de 20% em peso, ou cerca de 20% em peso a cerca de 30% em peso. O teor de umidade pode ser alcançado por remoção da água para o nível desejado, ou por remoção de água do produto granulado desidratado para um teor de umidade intermediário como o primeiro passo e em seguida, reduzindo ainda mais o teor de umidade por aquecimento do produto desidratado resultante, ou deixando evaporar a água do produto desidratado à temperatura ambiente, ou por outros métodos conhecidos aos técnicos no assunto. O produto desidratado, em seguida, pode ser mastigado, em um misturador interno até ser atingido um nível de umidade desejado ou entrada de energia mecânica. O produto desidratado pode ser mastigado até que ele atinja uma temperatura predeterminada, deixado arrefecer, e em seguida colocado de volta para o misturador interno uma ou mais vezes para conferir energia adicional ao material. Exemplos de temperaturas incluem desde cerca de 140°C a cerca de 180°C, por exemplo, a partir de cerca de 145°C a cerca de 160°C, ou entre cerca de 150°C a cerca de 155°C. O produto desidratado pode estar na forma de folha em um moinho de rolos depois de cada mastigação no misturador interno. Alternativamente ou em adição, o produto desidratado que foi mastigado em um misturador de Banbury ou Brabender, pode ser ainda mais mastigado em um moinho aberto.

[0087] Como uma opção, o produto mastigado pode ser ainda processado em um moinho aberto. O produto mastigado pode ser descarregado a partir do misturador contínuo, como um comprimento de produto extrudido e pode ser cortado em comprimentos menores, antes de entrar no moinho aberto. O produto mastigado pode, opcionalmente, ser alimentado ao moinho aberto por meio de um transportador. O transportador pode ser uma correia transportadora, conduta, tubo ou outros meios adequados para o transporte do produto mastigado a partir de um misturador contínuo de um moinho aberto. O moinho aberto pode incluir um par de rolos que podem, opcionalmente, ser aquecidos ou arrefecidos para proporcionar um funcionamento melhorado do moinho aberto. Outros parâmetros de funcionamento do moinho aberto podem incluir a distância de folga entre os rolos, a altura do banco, isto é, o reservatório de material no espaço entre e no topo dos rolos, e a velocidade de cada rolo. A velocidade de cada rolo e a temperatura do fluido utilizado para arrefecer cada rolo pode ser controlada independentemente para cada rolo. A distância de folga pode ser de cerca de 3 mm a cerca de 10 mm ou de cerca de 6 mm a cerca de 8 mm. A velocidade do rolo pode ser de cerca de 15 rpm até cerca de 70 rpm, e os rolos podem rolar em direção um ao outro no que diz respeito ao lado da entrada do moinho. A proporção de atrito, a proporção entre a velocidade do rolo de recolha, por exemplo, o rolo em que o produto mastigado recolhe, para o rolo de volta, pode ser de cerca de 0,9 a cerca de 1,1. O fluido utilizado para arrefecer os rolos pode ser de cerca de 35°C a cerca de 90°C, por exemplo, desde cerca de 45°C a cerca de 60°C, a partir de cerca de 55°C a cerca de 75°C, ou entre cerca de 70°C até cerca de 80°C. Além de controlar o funcionamento do moinho aberto para proporcionar um nível desejado de mastigação e dessecação ao produto mastigado, é também desejável que a saída do moinho aberto deva recolher no rolo de recolha como uma folha lisa. Sem estar ligado por qualquer teoria em particular, pensa-se que temperaturas de rolos mais frias facilitam este objetivo. O moinho aberto pode reduzir a temperatura do produto mastigado para cerca de cerca de 110°C a cerca de 140°C. O tempo de residência do produto mastigado no moinho pode ser determinada, em parte, pela velocidade do rolo, a distância de folga e a quantidade de mastigação e de secagem desejada e pode ser de cerca de 10 minutos a cerca de 20 minutos para material que já foi mastigado, por exemplo, em um misturador contínuo de duplo rotor.

[0088] Um especialista na técnica irá reconhecer que as diferentes combinações de dispositivos podem ser empregues para proporcionar a mastigação e a dessecação a uma fase de borracha contínua contendo sílica sólida produzida de acordo com as várias formas de realização. Dependendo de quais os dispositivos são utilizados, pode ser desejável os operar sob condições diferentes das descritas acima, para dar diferentes quantidades de trabalho e dessecação ao material. Além disso, pode ser desejável empregar mais do que um tipo específico de dispositivo, por exemplo, um misturador de moinho aberto ou interno, em série ou para passar o produto mastigado através de um dado dispositivo mais do que uma vez. Por exemplo, o produto mastigado pode ser passado através de um moinho aberto duas ou três ou mais vezes ou passado através de dois ou três ou mais moinhos abertos em série. No último caso, pode se desejável operar cada moinho aberto sob diferentes condições de operação, por exemplo, velocidade, temperatura, diferentes (por exemplo, mais alta) entradas de energia, etc. O produto mastigado pode ser passado através de um, dois ou três moinhos abertos após ser mastigado em um misturador interno.

[0089] O compósito de elastômero pode ser utilizado para produzir um elastômero ou produto contendo borracha. Como opção, o compósito de elastômero pode ser utilizado ou produzido para utilização em várias partes de um pneu, por exemplo, pneus, malhas de pneus, paredes laterais de pneus, esqueletos para pneus e goma de almofada para pneus recauchutados. Alternativamente ou adicionalmente, o compósito de elastômero pode ser utilizado para mangueiras, selos, juntas, artigos antivibração, trilhos, almofadas de pista para equipamentos de propulsão de trilhos, como escavadeiras, etc., montagens de motores, estabilizadores de terremotos, equipamentos de mineração, como telas, revestimentos de equipamento de mineração, correias transportadoras, forros de calha, forro de bomba de suspensão, componentes da bomba de suspensão, tal como impulsores, assentos de válvulas, corpos de válvulas, cubos de pistão, hastes de pistão, pulverizadores, impulsores para várias aplicações, como misturadores e impulsores de bombas de suspensão, revestimentos de moagem, ciclones e hidrociclones, juntas de expansão, equipamentos marinhos, como revestimentos para bombas (por exemplo, bombas de draga e bombas de motor fora de borda), mangueiras (por exemplo, mangueiras de dragagem e mangueiras de motor fora de borda) e outros equipamentos marinhos, vedações de eixo para aplicações marinhas, de óleo, aeroespacial e outras, eixos de hélice, revestimentos para tubagens de transmissão, por exemplo, areias de óleo e/ou areias de petróleo e outras aplicações onde a resistência à abrasão e/ou as propriedades dinâmicas aprimoradas são desejadas. O compósito de elastômero vulcanizado pode ser utilizado em rolos, câmeras, eixos, tubulações, buchas de calçado para veículos ou outras aplicações onde se desejam resistência à abrasão e/ou propriedades dinâmicas aprimoradas.

[0090] Técnicas de composição tradicional podem ser utilizadas para combinar agentes de vulcanização e outros aditivos conhecidos na técnica, incluindo os aditivos discutidos acima em ligação com o produto desidratado, com o compósito de elastômero seco, dependendo da utilização desejada.

[0091] A presente invenção refere-se ainda a um compósito de elastômero formado por qualquer um ou mais dos métodos aqui descritos da presente invenção.

[0092] A menos que especificado de outro modo, todas as proporções de materiais descritas como uma porcentagem aqui são em porcentagem em peso.

[0093] A presente invenção será adicionalmente clarificada pelos exemplos seguintes, que se destinam a serem apenas exemplificativos na natureza.

EXEMPLOS

[0094] Nestes exemplos, o "látex do campo" foi látex do campo (Muhibbah Lateks Sdn, Malásia) com um teor de borracha seca de cerca de 30% em peso. O "concentrado de látex" foi concentrado de látex (grau elevado de amônia, a partir de Muhibbah Lateks Sdn, Malásia, ou a partir de Chemionics Corporation, Tallmadge, Ohio) diluído por cerca de 50% para um teor de borracha seca de cerca de 30% em peso, utilizando água pura ou água com 0,6% em peso a 0,7% em peso de amônia. A menos que assinalado de outro modo, a "sílica" foi sílica Zeosil® Z1165 MP precipitada a partir de Solvay EUA Inc., Cranbury, NJ (anteriormente Rhodia).

[0095] Análise Termogravimétrica. Os níveis de carregamento reais de sílica foram determinados por análise termogravimétrica (TGA) seguindo o método ISO 6231.

[0096] Teor de água do produto. O material de teste foi cortado em pedaços de tamanho mm e carregado no equilíbrio de hidratação (por exemplo, Modelo MB35 e Modelo MB45; Ohaus Corporation, Parsippany NJ) para a medição. O teor de água foi medido a 130°C durante 20 minutos a 30 minutos, até a amostra de teste ter alcançado um peso consistente.

[0097] Potencial Zeta da Suspensão. Nestes exemplos, o potencial zeta de suspensões de partículas foi medido utilizando um ZetaProbe Analyzer™ da Colloidal Dynamics, LLC, Ponte Vedra Beach, Flórida, EUA. Com a tecnologia eletroacústica de multi-frequência, a ZetaProbe mede o potencial zeta diretamente a concentrações de partículas tão elevadas como 60% em volume. O instrumento foi calibrado utilizando primeiro o fluido de calibração KSiW fornecido por coloidais Dynamics (2,5 mS/cm). Uma amostra de 40 g foi então colocada dentro de um copo de Teflon de 30 mL (Parte # A80031) com uma barra de agitação, e o copo foi colocado sobre uma base de agitação (Parte # A80051) com 250 rpm de agitação. A medição foi realizada utilizando a sonda de imersão 173 em um modo de ponto simples com análise de 5 pontos realizada à temperatura ambiente (aproximadamente 25°C). Os dados foram analisados utilizando software ZP versão 2.14c Polar™ fornecido pelo Colloidal Dynamics. Os valores de potencial zeta podem ser negativos ou positivos dependendo da polaridade de carga nas partículas. A "dimensão" do potencial zeta se refere ao valor absoluto (por exemplo, um valor de potencial zeta de -35 mV tem uma magnitude superior a um valor de potencial zeta de -20 mV). A magnitude do potencial zeta reflete o grau de repulsão eletrostática entre partículas carregadas de forma semelhante em dispersão. Quanto maior for a magnitude do potencial zeta, mais estável as partículas em dispersão. As medições do potencial zeta foram realizadas em suspensões de sílica particulada preparadas tal como descrito abaixo.

[0098] Sílica seca foi pesada e combinada com água deionizada utilizando um recipiente de 5 galões e um misturador de laboratório sobrecarga de cisalhamento elevado com um agitador envolta (Silverson Modelo AX3, Silverson Machines, Inc., East Longmeadow, MA; operando a 5200-5400 rpm durante 30 minutos a 45 minutos). Uma vez que a sílica foi aproximadamente dispersa em água e capaz de ser bombeada, a suspensão de sílica foi transferida através de uma bomba peristáltica (sistema Masterflex 7592-20 - disco e controlador, cabeça da bomba 77601-10 utilizando tubulação I/P 73; Cole-Palmer, Vernon Hills, IL) para um ciclo de mistura com um misturador de rotor-estator de alto cisalhamento em linha (Silverson Modelo 150LB localizado após a bomba peristáltica, a funcionando a 60 Hz), em um tanque de circulação (recipiente de porta inferior convexa de 30 gal.) e foi moída para quebrar ainda aglomerados de sílica e quaisquer grânulos de sílica restantes. A suspensão no tanque de circulação foi então circulada a 2 L/min, utilizando a mesma bomba peristáltica através do circuito de mistura durante um tempo suficiente para a rotatividade de pelo menos 5-7 vezes o volume da suspensão total (>45 minutos) para assegurar que quaisquer aglomerados de sílica foram adequadamente moídos e distribuídos. Um misturador de sobrecarga (controle de potência Ika Eurostar visc-P7; IKA- Works Inc., Wilmington, NC) com uma lâmina de âncora de baixo cisalhamento rodando a cerca de 60 rpm foi utilizado no tanque de circulação para evitar a gelificação ou sedimentação de partículas de sílica. Adicionou-se um ácido (ácido fórmico ou ácido acético, de grau reagente a partir de Sigma Aldrich, St. Louis, MO) ou sal (nitrato de cálcio, cloreto de cálcio, acetato de cálcio ou sulfato de alumínio, grau de reagente a partir de Sigma Aldrich, St. Louis, MO) à suspensão no tanque de circulação após a moagem. A quantidade de sílica na suspensão e o tipo e concentração de ácido ou sal estão indicados nos Exemplos específicos abaixo.

[0099] Exemplo de Processo A. Onde indicado nos exemplos abaixo, um método foi realizado utilizando Exemplo de Processo A. No Processo A, sílica precipitada seca e água (água municipal filtrada para remover a matéria particulada) foram doseados e combinados e depois triturados em um moinho de rotor-estator para formar uma suspensão de sílica, e a suspensão de sílica foi novamente triturada em um tanque de alimentação com um agitador e um outro moinho de rotor- estator. A suspensão de sílica foi então transferida para um tanque de circulação equipado com dois agitadores. A suspensão de sílica foi recirculada a partir do tanque de circulação por meio de um homogeneizador e de volta para o tanque de circulação. Uma solução de ácido (ácido fórmico ou ácido acético de grau industrial obtido a partir Kong longas Huat Chemicals, Malásia) ou sal (nitrato de cálcio de grau industrial obtido a partir de Mey Chem Chemicals, Malásia) foi em seguida bombeada para o tanque de circulação. A suspensão foi mantida na forma dispersa através de agitação e, opcionalmente, por meio do circuito fechado de recirculação no tanque de circulação. Depois de um período adequado, a suspensão de sílica foi alimentada a uma zona de reação confinada (13), tal como o mostrado na figura 1a, por meio do homogeneizador. A concentração de sílica na suspensão e a concentração de ácido ou de nitrato de cálcio são indicadas nos Exemplos específicos abaixo.

[00100] O látex foi bombeado com uma bomba peristáltica (em menos do que cerca de 0,28 MPa (40 psig) de pressão), através da segunda entrada (11) para a zona de reação (13). A taxa de fluxo de látex foi ajustada entre cerca de 3001600 kg de látex/h, de modo a obter uma taxa de produção e os níveis de carga de sílica desejados no produto resultante. A suspensão homogeneizada contendo ácido, ou sal, ou uma combinação de ácido e sal, foi bombeada sob pressão a partir do homogeneizador a um bico (diâmetro interno (DI) de 0,00150,0033 metros (0,060"-0,130")) (3a), representado pela primeira entrada (3) mostrado na Figura 1(a), de tal modo que a suspensão foi introduzida como um jato de alta velocidade para a zona de reação. Ao entrar em contato com o látex na zona de reação, o jato de suspensão de sílica que flui a uma velocidade de 25 m/s a 120 m/s arrastou o látex com uma taxa de fluxo de 1 m/s a 11 m/s. Nos exemplos de acordo com formas de realização da invenção, o impacto da suspensão de sílica no látex causou uma mistura íntima de partículas de sílica com as partículas de borracha de látex, e a borracha foi coagulada, transformando a suspensão de sílica e o látex em um material que compreende uma fase de borracha contínua contendo sílica sólida ou semissólida contendo 40 a 95% em peso de água, baseado no peso total do material aprisionado no interior do material. Foram realizados ajustamentos para a taxa de fluxo de suspensão de sílica (500-1800 kg/h), ou taxa de fluxo de látex (300-1800 kg/h), ou ambos, para modificar a proporção de sílica para borracha (por exemplo, sílica 15-180 phr) no produto final, e para atingir a taxa de produção desejada. As taxas de produção (base de matéria seca) foram de 200-800 kg/h.

[00101] Processo A de Desidratação. O material foi descarregado a partir da zona de reação, à pressão atmosférica, com uma taxa de fluxo de 200 a 800 kg/h (peso seco) em uma extrusora de desidratação (The French Oil Machinery Company, Piqua, OH). A extrusora (DI de 0,22 metros (8,5 polegadas)) foi equipada com uma placa de molde com diferentes configurações de teclas de furo de molde e operada a de molde uma velocidade de rotor típica de 90-123 rpm, pressão da placa 2,76-8,96 MPa (400-1300 psig), e potência de 80 kW a 125 kW. Na extrusora, borracha contendo sílica foi comprimida, e a água espremida para fora da borracha contendo sílica foi ejetada através de um cilindro com ranhuras da extrusora. O produto desidratado contendo tipicamente 15-60% em peso de água foi obtido na saída da extrusora.

[00102] Processo A de Secagem e Arrefecimento. O produto desidratado foi deixado em um misturador contínuo (Farrel Continuous Mixer (FCM), Farrel Corporation, Ansonia, CT; com # 7 e 15 rotores) onde foi seco, mastigado e misturado com 1-2 phr de antioxidante (por exemplo, a partir de 6PPD Flexsys, St. Louis, MO) e, opcionalmente, agente de acoplamento de silano (por exemplo, silano NXT obtido a partir da Momentive Performance Materials, Inc., Waterford, NY; 8% em peso de silano com base no peso de sílica). A temperatura da camisa de água FCM foi fixada em 100°C, e a temperatura FCM ao nível do orifício de saída era de 140°C a 180°C. O teor de umidade do compósito de elastômero desidratado mastigado saindo do FCM foi de cerca de 1% em peso a 5% em peso. O produto foi adicionalmente mastigado e arrefecido em um moinho aberto. Uma folha de borracha do compósito elastômero foi diretamente cortada a partir do moinho aberto, rolada e resfriada ao ar.

[00103] Processo B Exemplar. Onde indicado nos exemplos abaixo, um modo exemplificativo foi realizado utilizando Processo B Exemplar. No Processo B, sílica seca foi pesada e combinada com água deionizada utilizando um recipiente de 5 galões e um misturador de laboratório sobrecarga de alto cisalhamento com um agitador envolta (Silverson Modelo AX3, Silverson Machines, Inc., East Longmeadow, MA; operando a 5200 rpm para 5400 rpm durante 30-45 minutos). Uma vez que a sílica foi aproximadamente dispersa em água e capaz de ser bombeada, a suspensão de sílica foi transferida através de uma bomba peristáltica (sistema Masterflex 7592-20 - disco e controlador, cabeça da bomba 77601-10 utilizando tubulações I/P 73; Cole-Palmer, Vernon Hills, IL) para um ciclo de mistura com um misturador rotor-estator de alto cisalhamento em linha (Silverson Modelo 150LB localizado após a bomba peristáltica, operado a 60 Hz), em um tanque de circulação (recipiente de porta inferior convexa de 113.6 L (30 gal)) e foi moído para quebrar ainda aglomerados de sílica e quaisquer grânulos restantes. A suspensão no tanque de circulação foi então circulada a 2 L/min através do circuito de mistura por um período de tempo suficiente para rotação de, pelo menos, 5-7 vezes o volume de suspensão total (>45 minutos) para assegurar que quaisquer aglomerados de sílica foram adequadamente moídos e dispersos. Um misturador de sobrecarga (controle de potência Ika Eurostar visc-P7; IKA-Works Inc., Wilmington, NC), com uma lâmina de âncora de baixo cisalhamento rodando a cerca de 60 rpm, foi utilizado no tanque de circulação para evitar a gelificação ou sedimentação de partículas de sílica. Um ácido (ácido fórmico ou ácido acético de grau reagente a partir de Sigma Aldrich, St. Louis, MO) ou sal (nitrato de cálcio, cloreto de cálcio, acetato de cálcio ou sal de sulfato de alumínio de grau de reagente, a partir de Sigma Aldrich, St. Louis, MO) foi adicionado à suspensão no tanque de circulação após a moagem. A quantidade de sílica na suspensão e o tipo e concentração de ácido ou sal estão indicados na Tabela 4 para os Exemplos específicos abaixo.

[00104] O látex foi bombeado utilizando uma bomba peristáltica (Sistema Masterflex 7592-20 - disco e controlador, cabeça da bomba 77601-10 utilizando tubulações I/P 73; Cole-Palmer, Vernon Hills, IL), através de uma segunda entrada (11) e em uma zona de reação (13) configurada de forma semelhante à mostrada na Figura 1 (b). A taxa de fluxo de látex foi ajustada entre cerca de 25 kg/h para cerca de 250 kg/h, a fim de modificar as proporções de sílica para borracha dos compósitos de elastômeros.

[00105] Quando a sílica foi bem dispersa na água, a suspensão foi bombeada a partir do tanque de circulação por meio de uma bomba de medição de diafragma (LEWA-Nikkiso America, Inc., Holliston, MA) através de um amortecedor de pulsações (para reduzir a oscilação da pressão, devido à a ação do diafragma) em qualquer zona de reação ou tanque de circulação, por meio de um conector "T" de circuito de reciclagem. A direção da suspensão foi controlada por duas válvulas de esferas acionadas a ar, uma direcionando a suspensão para a zona de reação e a outra direcionando a suspensão para o tanque de circulação. Quando pronta para misturar a suspensão de sílica com o látex, a linha de alimentação da primeira entrada (3) para a zona de reação foi pressurizada a 100 psig a 150 psig, fechando ambas as válvulas. A válvula de esfera que direciona a suspensão para a zona de reação foi, em seguida, aberta e suspensão de sílica pressurizada foi alimentada para um bocal (0,020" a 0,070" e DI) (3a) mostrado na Figura 1 (b), a uma pressão inicial de 0,69 MPa (100 psig) a 1,03 MPa (150 psig), de tal modo que a suspensão foi introduzida como um jato de alta velocidade para a zona de reação. Ao entrar em contato com o látex na zona de reação, o jato de suspensão de sílica que flui a uma velocidade de 15 m/s a 80 m/s arrastou o látex com uma taxa de fluxo de 0,4 m/s a 5 m/s. Nos exemplos de acordo com formas de realização da invenção, o impacto da suspensão de sílica no látex causou uma mistura íntima de partículas de sílica com as partículas de borracha do látex, e a borracha foi coagulada, transformando a suspensão de sílica e o látex em um compósito de elastômero que compreende as partículas de sílica e 40% em peso a 95% em peso de água aprisionada dentro de uma fase de borracha contínua contendo sílica sólida ou semissólida. Foram realizados ajustes para a taxa de fluxo de suspensão de sílica (40 kg/h a 80 kg/h) ou a taxa de fluxo de látex (25 kg de látex/h a 300 kg de látex/h), ou ambos, para modificar as proporções de sílica para borracha (por exemplo, 15 phr a 180 phr de sílica) no produto resultante, e para atingir as taxas de produção contínuas desejadas (30 kg/h a 200 kg/h em uma base de matéria seca). Teores proporção de sílica para borracha (phr) específicos seguido de desidratação e secagem são listados nos Exemplos abaixo.

[00106] Processo B de Desidratação. O material descarregado a partir da zona de reação foi recuperado e colocado entre duas placas de alumínio dentro de um coletor de recolha. O "sanduíche" foi então inserido entre duas placas de uma prensa hidráulica. Com 17,24 MPa (2500 psig) de pressão exercida sobre as placas de alumínio, água retida no interior do produto de borracha foi espremida para fora. Se necessário, o material espremido foi dobrado em um pedaço menor e o processo de compressão foi repetido utilizando a prensa hidráulica até que o teor em água do produto de borracha tenha sido inferior a 40% em peso.

[00107] Processo B de Secagem e Arrefecimento. O produto desidratado foi colocado em um misturador Brabender (300 cc) para secagem e mastigação para formar um compósito de elastômero desidratado mastigado. Material desidratado suficiente foi carregado no misturador para cobrir os rotores. A temperatura inicial do misturador foi ajustada a 100°C e a velocidade do rotor foi, geralmente, a 60 rpm. A água remanescente no produto desidratado foi convertida em vapor e evaporou-se para fora do misturador durante o processo de mistura. Como o material no misturador expandiu como resultado da evaporação, qualquer material excedente foi removido, na medida do necessário. Qualquer um ou ambos de um agente de acoplamento de silano (silano NXT, obtido a partir da Momentive Performance Materials, Inc., Waterford, NY; 8% em peso de silano com base no peso de sílica) e/ou antioxidantes (6-PPD, N-(1,3-dimetilbutil)-N'-fenil-p- fenilenodiamina, Flexsys, St. Louis, MO) foi, opcionalmente, adicionada ao misturador quando a temperatura do misturador estava acima de 140°C. Quando a temperatura do misturador atingiu 160°C, o material no interior do misturador foi mantido a 160°C a 170°C, fazendo variar a velocidade do rotor durante 2 minutos antes do material ter sido descarregado. O compósito de elastômero mastigado desidratado foi então processado em um moinho aberto. O teor de umidade do material a ser retirado do moinho era, tipicamente, inferior a 2% em peso.

Preparação de Compostos de Borracha

[00108] O compósito de elastômero seco obtido por qualquer um do Processo A ou Processo B foi composto de acordo com a formulação na Tabela A e o procedimento descrito na Tabela B. Para compósitos de sílica de elastômero onde foi adicionado qualquer silano ou antioxidante durante a secagem, a composição do composto final é como especificada na Tabela A. A quantidade de agente de acoplamento de silano e/ou antioxidante adicionado durante a composição foi ajustada em conformidade. Tabela A

*N-(1,3-dimetilbutil)-N'-fenil-p-fenilenodiamina (Flexsys, St. Louis, MO) **principal componente ativo: S-(3- (trietoxissilil)propil) octanotioato (Momentive, Friendly, WV) ***Difenilguanidina (Akrochem, Akron, OH) ****N-terc-Butilbenzotiazol-2-sulfenamida (Emerald Performance Materials, Cuyahoga Falls, OH) NR = borracha natural S = como indicado Tabela B

[00109] A vulcanização foi realizada em um conjunto de prensa aquecida a 150°C, durante um tempo determinado, por um reômetro de borracha convencional (isto é, T90 + 10% de T90, onde T90 é o tempo para atingir 90% de vulcanização).

Propriedades de compostos de borracha/sílica.

[00110] As propriedades de tração de amostras vulcanizadas (T300 e T100, alongamento à ruptura, resistência à tração) foram medidas de acordo com a norma ASTM D-412. Tan delta a 60°C foi determinado utilizando um varrimento de deformação dinâmica em torção entre 0,01% e 60% a 10 Hz e 60°C. Tan δmas foi tomado como o valor máximo de tan δ 60 dentro deste intervalo de estirpes.

Exemplo 1

[00111] Uma suspensão de sílica com 27,8% em peso de sílica Zeosil® 1165 foi preparada, conforme descrito acima, em ligação com o método de ensaio de Potencial Zeta de Suspensão. A suspensão foi então diluída, utilizando água deionizada ou um sobrenadante obtido a partir de ultracentrifugação da suspensão de 27,8% em peso, para fazer uma série de suspensões de sílica em várias concentrações de sílica. O potencial zeta de várias suspensões de sílica foi medido para mostrar a relação entre a concentração de sílica na suspensão e o potencial zeta da suspensão. O potencial zeta da suspensão de sílica, como se mostra na Tabela 1, parece depender da concentração de sílica, quando a suspensão de sílica é feita utilizando água deionizada. No entanto, como mostrado na Tabela 2, quando a suspensão foi diluída utilizando o sobrenadante obtido a partir de ultracentrifugação da suspensão 27,8% em peso, o potencial zeta continua, mais ou menos, o mesmo em diferentes concentrações de sílica. Tabela 1: Potencial zeta da suspensão de sílica feita utilizando água deionizada

Tabela 2: Potencial zeta da suspensão de sílica feita a partir de diluição de uma suspensão de sílica de 27,8% em peso utilizando o sobrenadante da suspensão de sílica de 27,8% em peso

[00112] Este resultado demonstra que um aumento da magnitude do potencial zeta, quando tais suspensões de sílica são diluídas com água deionizada, é, principalmente, devido a uma redução da força iônica da mistura. Acredita-se que os íons na suspensão de sílica sejam a partir dos sais residuais presentes na sílica a partir do processo de fabricação de partículas de sílica. A alta magnitude do potencial zeta das suspensões de sílica (todos acima de 30 mV) indicaram que a sílica tem uma elevada estabilidade eletrostática na suspensão.

Exemplo 2

[00113] O efeito da adição de sal ou ácido a várias concentrações de suspensões de sílica sobre o potencial zeta destas suspensões é apresentado na Tabela 3. As suspensões foram preparadas em água deionizada pelo método de ensaio de Potencial Zeta de suspensão descrito acima. Os dados resumidos na Tabela 3 ilustram a dependência do potencial zeta de suspensões de sílica e suspensões de sílica desestabilizadas sobre a concentração de sílica, concentração de sal e concentração de ácido. A adição de sal ou ácido à suspensão de sílica reduz a magnitude do potencial zeta, assim, a estabilidade da suspensão de sílica. Como mostrado na Tabela 3, o potencial zeta depende, principalmente, da concentração de sal ou ácido na suspensão ou suspensão desestabilizada, e não sobre a concentração de sílica. Tabela 3: Potencial Zeta de suspensão e suspensão desestabilizada de sílica a várias concentrações de suspensão, concentrações de sal e concentrações de ácido

ND = não determinado.

[00114] Os resultados apresentados na Tabela 3 ilustram a dependência do potencial zeta de suspensões de sílica e suspensões de sílica desestabilizadas sobre a concentração de ácido acético e concentração de sílica. Os dados mostram que os valores de potencial zeta são mais dependentes da concentração de ácido do que a concentração de sílica. Uma relação semelhante entre o potencial zeta para a concentração de ácido e a concentração de sílica é observada para o ácido fórmico. A uma dada concentração, ácido fórmico reduz a magnitude do potencial zeta mais do que o ácido acético. Como mostrado na Tabela 3, uma combinação de ácido fórmico e cloreto de cálcio foi eficaz na redução da magnitude de potencial zeta. Os resultados na Tabela 3 mostram que a estabilidade de partículas de sílica em suspensão pode ser reduzida de forma eficaz através da adição de agentes de desestabilização, como o ácido ou sal ou uma combinação de ácido e sal. Foram observados resultados semelhantes para o nitrato de cálcio e acetato de cálcio.

Exemplo 3.

[00115] Neste exemplo, foi estabelecida a importância de desestabilizar a dispersão de partículas de sílica antes do contato da dispersão de sílica com o látex de elastômero. Especificamente, quatro experiências foram realizadas utilizando o aparelho de mistura (c) na Figura 1, equipado com três entradas (3, 11, 14) para a introdução de até três fluidos para uma zona confinada de reação (13), de tal modo que um fluido impactou outros fluidos a um ângulo de 90 graus, como um jato de alta velocidade a uma velocidade de 15 m/s a 80 m/s (ver figura 1 (c)). Em três dos quatro experimentos, a sílica foi moída como descrito acima no Processo B e ácido acético foi adicionado, opcionalmente, como descrito nos Exemplos 3-A a 3-D, abaixo. A suspensão ou suspensão desestabilizada foi, em seguida, pressurizada a 100 psig a 150 psig e introduzida na zona de reação confinada através da entrada (3), a uma taxa de fluxo volumétrico de 60 litros por hora (L/h), de modo a que a suspensão ou suspensão desestabilizada foi introduzida como um jato de alta velocidade a 80 m/s na zona de reação. Ao mesmo tempo, o concentrado de látex de borracha natural (látex 60CX12021, teor de borracha seca de 31% em peso, da Chemionics Corporation, Tallmadge, Ohio, diluiu-se com água deionizada) foi introduzido na segunda entrada (11) através de uma bomba peristáltica a uma taxa de fluxo volumétrico de 106 L/h e velocidade de 1,8 m/s. Estas taxas foram selecionadas e os fluxos foram ajustados para se obter um produto de compósito de elastômero compreendendo 50 phr (partes por cem de borracha de peso seco) de sílica. A suspensão de sílica ou suspensão de sílica desestabilizada e látex foram misturados por combinação de fluxo de látex de baixa velocidade e jato de alta velocidade de suspensão de sílica ou suspensão desestabilizada através de arrastamento do fluxo de látex no jato da suspensão de sílica ou suspensão de sílica desestabilizada no ponto de impacto. A taxa de produção (com base no material seco) foi fixada em 50 kg/h. Sílica real específica para proporções de borracha em compósitos de borracha produzidos pelo processo são listadas nos Exemplos abaixo. TGA foi realizada após a secagem, de acordo com o método do Processo B.

Exemplo 3-A:

[00116] Primeiro fluido: Uma dispersão aquosa desestabilizada de 25% em peso de sílica com 6,2% em peso (ou 1,18 M) de ácido acético foi preparada conforme descrito no Processo B acima. O potencial zeta da suspensão desestabilizada foi -14 mV, o que indica que a suspensão foi significativamente desestabilizada pelo ácido. A suspensão desestabilizada de sílica foi continuamente bombeada sob pressão para dentro da primeira entrada (3).

[00117] Segundo Fluido: látex de elastômero foi fornecido para a zona de reação através da segunda entrada (11).

[00118] O primeiro fluido impactou o segundo fluido na zona de reação.

[00119] Resultados: Uma inversão de fase líquida para sólida ocorreu na zona de reação quando a suspensão desestabilizada de sílica e látex foram intimamente misturados arrastando o fluxo de látex de baixa velocidade para o jato de alta velocidade de suspensão desestabilizada de sílica. Durante o processo de arrastamento, a sílica foi intimamente distribuída para o látex e a mistura coagulou e formou uma fase sólida que continha 70% em peso a 85% em peso de água. Como resultado, um fluxo de uma fase de borracha contínua contendo sílica sólida em uma forma de serpentina ou de corda foi obtido na saída da zona de reação (15). O compósito era elástico e pôde ser esticado até 130% do comprimento original sem quebrar. A análise TGA no produto seco mostrou que o compósito de elastômero continha 58 phr de sílica.

Exemplo 3-B:

[00120] Primeiro fluido: Uma dispersão aquosa desestabilizada de 25% em peso de sílica com ácido acético 6,2% em peso foi preparada de acordo com o processo B descrito acima. O potencial zeta da suspensão foi de -14 mV, o que indica a suspensão foi significativamente desestabilizada pelo ácido. A suspensão desestabilizada de sílica foi continuamente bombeada sob pressão para dentro da primeira entrada (3).

[00121] Segundo Fluido: látex de elastômero foi fornecido para a zona de reação através da segunda entrada (11).

[00122] Terceiro Fluido: água deionizada também foi injetada na zona de reação através da terceira entrada (14) a uma taxa de fluxo volumétrico de 60 L/h e uma velocidade de 1,0 m/s.

[00123] Os três fluidos se encontraram e impactaram uns nos outros na zona de reação.

[00124] Resultados: Uma inversão de fase líquida para sólida ocorreu na zona de reação e uma fase de borracha contínua contendo sílica sólida ou semissólida em forma de corda ou semelhante a serpentina foi obtida a partir da saída da zona de reação. Uma quantidade significativa de sílica contendo líquido turvo e/ou látex fluiu para fora da saída (7) com a fase de borracha contínua contendo sílica sólida ou semissólida. A fase contínua de borracha contendo sílica continha cerca de 70% em peso a cerca de 75% em peso de água, com base no peso do compósito. A análise TGA no produto seco mostrou que o compósito de elastômero continha 44 phr de sílica. Assim, a adição de água através da terceira entrada teve um impacto negativo sobre o processo, dando origem a um produto com baixo teor de sílica (44 phr em contraste com 58 phr no Exemplo 3-A) e produtos de resíduos significativos.

Exemplo 3-C:

[00125] Primeiro fluido: Uma solução aquosa de ácido acético a 10% em peso sem sílica foi preparada. Uma alimentação contínua do fluido de ácido foi bombeada utilizando uma bomba peristáltica a uma taxa de fluxo volumétrico de 60 L/h através da terceira entrada (14), para a zona de reação, a uma velocidade de 1,0 m/s no momento da entrada na zona reacional.

[00126] Segundo Fluido: látex de elastômero foi fornecido para a zona de reação através da segunda entrada (11) por uma bomba peristáltica a uma velocidade de 1,8 m/s e uma taxa de fluxo volumétrico de 106 L/h.

[00127] Os dois fluidos se encontraram e impactaram uns nos outros na zona de reação.

[00128] Resultados: Uma fase de borracha pegajosa semelhante a serpentina sólida foi formada. A análise TGA no produto seco mostrou que a fase de borracha sólida não continha sílica.

Exemplo 3-D:

[00129] Primeiro fluido: Uma dispersão aquosa de 25% em peso de sílica, sem ácido acético, foi preparada de acordo com o processo B descrito acima. A suspensão de sílica foi bombeada sob pressão, continuamente, para a primeira entrada (3) a uma taxa de fluxo volumétrico de 60 L/h e a uma velocidade de 80 m/s no ponto de entrada para a zona de reação. O potencial zeta da suspensão era de -32 mV, o que indica que a sílica estava dispersa de forma estável na suspensão. Assim, neste Exemplo 3-D, a suspensão de sílica não foi desestabilizada pela adição de ácido à suspensão antes do impacto no fluido de látex.

[00130] Segundo Fluido: látex de elastômero foi fornecido para a zona de reação através da segunda entrada (11) por uma bomba peristáltica a uma velocidade de 1,8 m/s e uma taxa de fluxo volumétrico de 106 L/h.

[00131] Terceiro fluido: Depois de um período inicial de fluxo contínuo do primeiro e segundo fluidos, uma solução aquosa de ácido acético a 10% em peso foi injetada através da terceira entrada (14), para a zona de reação, a uma taxa de fluxo volumétrico que aumentou de 0 L/h a 60 L/h e uma velocidade que aumentou de 0 m/s a 1,0 m/s. Todos os três fluidos impactaram um com o outro e se misturaram na zona de reação.

[00132] Resultados: Inicialmente, antes da injeção de ácido, nenhuma fase de borracha contínua contendo sílica se formou e apenas líquido turvo veio para fora da saída da zona de reação (15). Após a injeção de ácido para a zona de reação (13), uma fase de borracha contínua contendo sílica semissólida tipo serpentina começou a formar-se conforme o fluxo de ácido acético através da terceira entrada foi aumentado de 0 L/h a 60 L/h. Os materiais que fluem a partir da saída ainda continham uma quantidade significativa de líquido turvo, indicando uma quantidade significativa de resíduos. Análise ATG do produto seco mostrou que a fase contínua de borracha contendo sílica formada neste ensaio experimental continha apenas 25 phr de sílica. Com base nas condições de produção selecionadas e a quantidade de sílica utilizada, se a sílica tivesse sido substancialmente incorporada na fase de borracha contendo sílica como no Exemplo 3-A, a sílica teria produzido uma fase de borracha contendo sílica compreendendo em excesso de 50 phr de sílica.

[00133] Estas experiências mostram que a suspensão de sílica tem de ser desestabilizada antes do primeiro impacto com o látex de elastômero a fim de conseguir a fase de borracha contínua contendo sílica desejada. Exemplo 3-A obteve o que foi considerado captura eficiente da sílica dentro da fase de borracha contínua contendo sílica sólida, enquanto que o Exemplo 3-D ilustra um processo comparativo utilizando uma suspensão de sílica inicialmente estável e demonstrando a menos de metade da eficiência do Exemplo 3- A, utilizando uma suspensão de sílica inicialmente desestabilizada. A observação de um líquido turvo que sai do ponto de saída da zona de reação indica mistura insuficiente da sílica com o látex e uma menor proporção de sílica capturada dentro da fase de borracha contínua. Teoriza-se que em processos comparativos 3B e 3D, houve insuficiente desestabilização de fluidos durante a mistura. Os resultados mostram ainda que a má captura de sílica ocorre quando o fluido adicional é adicionado enquanto o primeiro fluido e o segundo fluido estão sendo misturados entre si, e tais condições de processo geram quantidades indesejadas de resíduos.

Exemplo 4

[00134] Nestes exemplos, o processo de acordo com várias formas de realização da invenção foi executado no aparelho mostrado na Figura 1 ((a) ou (b)) sob várias condições, como descrito na Tabela 4, utilizando qualquer um dos processos A ou Processo B descritos acima. Foram selecionadas condições de operação para produzir uma fase de borracha contínua contendo sílica sólida ou semissólida, com proporções de sílica para borracha estabelecidas na Tabela 4. Tabela 4

N/A = não aplicável a. Exemplos 4-6 e 4-22 utilizaram sílica Agilon 454 (sílica precipitada tratada com agentes de acoplamento de silano, obtidas a partir da PPG Industries, Inc.). Exemplos 4-24 e 4-32 utilizaram sílica Zeosil® 175GR (sílica precipitada convencional obtida a partir da Solvay SA). Exemplos 4-25 e 4-33 utilizaram sílica Zeosil® premium 200MP (HDS com elevada área superficial de 200 m2/g, obtido a partir de Solvay SA). Exemplo 4-41 utilizou sílica Hi-Sil 243LD (obtida a partir da PPG Industries Inc, e Exemplo 442 utilizou sílica Agilon 400 (obtida a partir da PPG Industries Inc). Todos os outros exemplos utilizaram sílica precipitada Zeosil® Z1165 MP. Exemplo 4-38 incluiu 1,5% em peso (com base no peso total de suspensão) de negro de carbono N134 (Cabot Corporation) na suspensão de sílica. b. Os valores de potencial zeta foram estimados por interpolação das curvas determinadas experimentalmente de dependência do potencial zeta na concentração do sal ou ácido de suspensões do mesmo grau de sílica. Tabela 4 (Continuação)

ND = não determinado, N/A = não aplicável. c. A velocidade do bocal de entrada é a velocidade da suspensão de sílica que passa através de um bico (3a) na primeira entrada (3) para a zona de reação (13) antes do contato com o látex. d. Taxas de fluxo de suspensão e látex são as taxas de fluxo volumétricos em L/hora da suspensão de sílica e o fluido de látex, respectivamente, à medida que são fornecidos à zona de reação.

[00135] Em todos os exemplos, exceto Exemplos 4-13 e 414, as condições de funcionamento selecionadas produziram uma fase de borracha contínua contendo sílica sólida em um formato aproximadamente cilíndrico. O produto continha uma quantidade principal de água, era elástico e compressível, e expeliu água e reteve teor de sólidos quando comprimido manualmente. O material sólido pode ser esticado, por exemplo, o material do exemplo 4-17 poderia ser esticado ou alongado de 130-150% do seu comprimento original, sem quebrar. As partículas de sílica foram observadas como sendo uniformemente distribuídas ao longo de uma fase de borracha contínua e este produto foi substancialmente desprovido de partículas de sílica livres e grãos de sílica maiores, tanto na superfície exterior quanto interior. Em alguns dos exemplos (4-13 e 4-14), as condições de funcionamento selecionadas originaram um produto semissólido com uma consistência semelhante a pasta, compreendendo uma fase de borracha contínua contendo sílica semissólida. Foram observadas partículas de sílica, no exame visual, estando retidas dentro, e uniformemente distribuídas, por toda a fase de borracha. O material semissólido expeliu água e reteve o teor de sólidos após processamento adicional em uma ou mais operações subsequentes selecionadas para desenvolver o material semelhante a pasta para uma fase de borracha contínua contendo sílica sólida. Para a, fase de borracha contínua contendo sílica sólida ou semissólida se formar, a sílica não só precisa ser desestabilizado (por exemplo, por um tratamento prévio com ácidos e/ou sais), mas as taxas de fluxos volumétricos de suspensão de sílica desestabilizada em relação ao látex tinham de ser ajustadas não só para atingir uma relação de sílica para borracha desejada (phr) no compósito elastômero, mas também para equilibrar o grau de desestabilização da suspensão com a taxa de mistura de suspensão e látex e a taxa de coagulação de partículas de borracha de látex. Por meio de tais ajustes, conforme a suspensão de sílica se arrasta para o látex, distribuindo intimamente partículas de sílica para a borracha, a borracha no látex tornou-se uma fase contínua sólida ou semissólida, tudo dentro de uma fração de segundo depois de combinar os fluidos no volume confinado da zona de reação. Assim, o processo formou compósitos de elastômero de sílica únicos por meio de um passo de impacto de fluido contínuo feito com velocidade suficiente, concentrações e volumes de sólidos de fluidos selecionados, e taxas de fluxos de fluidos ajustadas para distribuir uniformemente e intimamente a sílica particulada fina dentro do látex e, em paralelo, conforme a distribuição ocorre, causar uma inversão de fase líquida para sólida da borracha.

Exemplo Comparativo 5

[00136] Nestes exemplos comparativos, foram utilizados os mesmos passos básicos e aparelhos como descritos para o Exemplo 4, mas a combinação das condições do processo selecionada para cada um dos exemplos comparativos na Tabela 5 não conseguiu criar uma fase de borracha contínua sólida ou semissólida, e um compósito de elastômero de sílica não pôde ser produzido. A Tabela 5 abaixo apresenta a concentração de sílica na suspensão e a concentração de ácido acético ou nitrato de cálcio, caso algum, e outros detalhes destes exemplos. Tabela 5

N/A = não aplicável. a. Os valores de potencial zeta foram estimados por interpolação das curvas determinadas experimentalmente de dependência do potencial zeta na concentração do sal ou do ácido das suspensões do mesmo grau de sílica. b. A velocidade do bocal de entrada é a velocidade da suspensão de sílica que passa através de um bico (3a) na primeira entrada (3) para a zona de reação, antes do contato com o látex. c. Taxas de fluxo de suspensão e látex são as taxas de fluxos volumétricos em L/hora da mistura de sílica e o fluido de látex, respectivamente, à medida que são fornecidos à zona de reação. d. Exemplos 5-11 e 5-12 utilizaram sílica Agilon® 454.

[00137] Exemplos Comparativos 5-8, 5-9 e 5-10 mostram que, sem pré-desestabilização de sílica na suspensão, nenhuma fase de borracha contínua contendo sílica foi produzida, até mesmo quando utilizando os passos restantes do processo, de acordo com formas de realização da presente invenção. Exemplos Comparativos 5-1, 5-2, 5-3, 5-4, 5-5, 56 e 5-7 mostram que, mesmo com a desestabilização anterior de sílica na suspensão (potencial zeta de sílica inferior a 25 mV), uma fase de borracha contínua contendo sílica não podia ser feita com a combinação de taxas de fluxo volumétricos relativos e grau de diluição do agente de desestabilização, (por exemplo, Ca(NO3)2 ou ácido acético) na zona de reação quando os fluidos foram misturados. Sem estar ligado a qualquer teoria, teoriza-se que uma tal baixa concentração do agente de desestabilização na mistura de suspensão e látex na zona de reação pode reduzir a taxa de coagulação de partículas de látex de borracha de modo que uma fase de borracha contínua não pôde ser formada dentro do curto tempo de residência na zona de reação. No Exemplo Comparativo 5-1, com 18,5% em peso de suspensão desestabilizada de sílica e 30,6% em peso de concentrado de látex RDC, uma relação de fluxo relativo de suspensão desestabilizada para látex foi fixada em 0,73 (v/v) para fornecer uma proporção de sílica para borracha de 50 phr para a zona de reação. Teoriza-se que as partículas de borracha de látex não coagulam dentro dos 48 segundos de tempo de residência da mistura na zona de reação a uma tal proporção relativamente baixa de fluxo volumétrico de suspensão desestabilizada para látex, em que a concentração original de Ca(NO3)2 de 14,8 mm na suspensão desestabilizada de sílica foi diluída em 58% para 6,2 mM na zona de reação. Assim, não foi possível, sob estas condições, produzir uma fase de borracha contínua contendo sílica sólida ou semissólida compreendendo 50 phr de sílica. No entanto, quando uma concentração mais elevada de sal (por exemplo, 0,5% em peso para o Exemplo da Invenção 4-8 contra 0,22% em peso para o Exemplo Comparativo 5-1) foi utilizada (potencial zeta de -17,1 mV contra -22 mV), e a proporção de fluxo volumétrico de suspensão para látex foi fixada em 0,73 para produzir 50 phr de sílica contendo borracha, produto apropriado foi feito. Exemplo Comparativo 5-3 mostra que, uma fase de borracha contínua contendo sílica sólida não poderia ser feita em configurações de 40 phr de sílica e uma proporção de fluxo volumétrico de suspensão desestabilizada para látex do campo de 0,57 (v/v), ao passo que tais produtos foram fabricados quando a proporção de fluxo foi de 0,93 e 1,50 formando, assim, compósito de elastômero com 45,4 phr e 76,9 phr de sílica, respectivamente, (Exemplos da Invenção 4-10 e 4-11). As proporções mais elevadas de fluxo volumétrico de suspensão-para-látex dos Exemplos Inventivos 4-10 e 4-11 levou a uma menor diluição do sal na zona de reação do que no Exemplo Comparativo 5-3, produzindo, assim, uma fase de borracha contínua contendo sílica sólida. A concentração de sal na suspensão de 18,5% de sílica desestabilizada do Exemplo Comparativo 5-2 foi de 0,48%, com um potencial zeta de -17 mV, o que indica um grau de desestabilização a par com os dos Exemplos da Invenção 4-4 (-14,1 mV) e 4-5 (-18,4 mV), mas nenhuma fase de borracha contínua contendo sílica sólida foi formada com uma configuração de produção de teor de sílica 30 phr com concentrado de látex à proporção de fluxo relativamente baixa de selecionado para o Exemplo comparativo 5-2. Sem desejar estar ligado por qualquer teoria, acredita-se que o excesso de diluição do sal e/ou suspensão desestabilizada de sílica por concentrado de látex na zona de reação no Exemplo Comparativo 5-2 reduziu a taxa de coagulação das partículas de látex de borracha na zona de reação, tanto que uma fase de borracha contínua coerente não se formaria no tempo de permanência de 0,36 segundos dentro da zona de reação.

[00138] Quando se mistura látex do campo com uma suspensão desestabilizada de sílica 10% em peso por 0,65% de Ca(NO3)2 (potencial zeta em -15,4 mV), o Exemplo Comparativo 5-5 não produz uma fase de borracha contínua contendo sílica sólida à uma proporção de sílica para borracha de 60 phr e proporção de fluxo volumétrico de suspensão-para-látex de 0,57. Estas condições não entregam sal suficiente e/ou suspensão desestabilizada para a zona de reação para a rápida coagulação das partículas de látex de borracha dentro da zona de reação. Em geral, tanto o grau de desestabilização da suspensão de sílica e/ou a proporção de fluxo de suspensão-para-látex adequada para coagular concentrado de látex não foram suficientes para coagular o látex do campo.

[00139] Foram obtidos resultados semelhantes quando o ácido foi utilizado para desestabilizar a suspensão de sílica dos Exemplos Comparativos 5-6 e 5-7 e Exemplo da Invenção 417, respectivamente. Quando o ácido foi utilizado como o único agente para desestabilizar a suspensão de sílica, houve uma proporção molar de ácido-para-amônia limiar preferida na mistura de suspensão e látex na reação de zona, abaixo da qual a fase de borracha contínua contendo sílica sólida ou semissólida não iria formar na zona de reação. Nestas experiências, a proporção molar de ácido-para-amônia limiar que é desejada foi sempre maior do que 1,0, com o resultado de que o pH do produto que sai da zona de reação foi ácido. No caso dos Exemplos Comparativos 5-6 e 5-7, para proporção de sílica-para-borracha configurações de produção de 20 phr e 25 phr, proporções relativamente baixas de fluxo volumétrico de suspensão-para-látex de 0,28 e 0,36 foram utilizados, respectivamente. Nestas proporções baixas de fluxo, a suspensão ácida não foi suficientemente ácida para neutralizar a amônia no látex. As proporções molares de ácido para-amônia para os Exemplos Comparativos 5-6 e 5-7 foram 0,66 e 0,98, respectivamente. Em ambos os casos, apenas líquido turvo foi pulverizado para fora da zona de reação. Em contraste, para o Exemplo da Invenção 4-17, uma proporção de fluxo volumétrico mais elevada de suspensão-para-látex de 1,14 foi utilizada para alcançar 54,8 phr de carga de sílica, por meio de fornecimento de ácido suficiente da suspensão para a zona de reação para neutralização da amônia a partir do látex. A razão molar de ácido-para-amônia na zona de reação para os Exemplos da Invenção 4-17 foi de 3,14, e, uma fase de borracha contínua contendo sílica sólida foi produzida como um material elástico semelhante a serpentina saindo da zona de reação. Este material podia ser esticado a 130-150% do seu comprimento original, sem quebrar.

Exemplo 6

[00140] Para explorar as variáveis do processo que permitem a formação de uma fase de borracha contínua contendo sílica sólida ou semissólida, uma série de experiências foi conduzida sob várias combinações de variáveis de processo, incluindo, mas não limitado a, concentração de sílica na suspensão desestabilizada, concentração de ácido ou sais na suspensão desestabilizada, tipos de látex (por exemplo, látex do campo e concentrado de látex), concentração de amônia no látex, lotes de látex, taxas de fluxo de suspensão desestabilizada e látex, velocidades de suspensão desestabilizada e látex na zona de reação e concentrações de ácido ou sal na zona de reação. Esta série de experiências foi realizada de acordo com o Processo A, e nitrato de cálcio foi utilizado como o sal. Os teores de sólidos de fluidos e as velocidades de bocais de entrada de ar para as experiências são indicados nas Tabelas 6 e 7 para um concentrado de látex e látex do campo, respectivamente. A uma baixa proporção de fluxo volumétrico de suspensão para látex (isto é, baixa proporção de sílica para borracha na zona de reação), a suspensão desestabilizada e sal foram diluídos pelo látex, e nenhuma fase de borracha contínua contendo sílica sólida ou semissólida foi formada. A configuração de proporção de sílica para borracha foi, depois, aumentada gradualmente através do aumento da proporção de fluxo volumétrico de suspensão-para-látex, até que uma fase de borracha contínua contendo sílica sólida ou semissólida foi observada saindo da zona de reação. Nas Tabelas 6 e 7, a "Carga de Sílica Entregue à Zona de Reação" indica a menor proporção de sílica-para-borracha a qual uma fase de borracha contínua contendo sílica sólida ou semissólida foi produzida. A concentração de sal mínima na zona de reação (incluindo tanto a suspensão desestabilizada quanto látex) para a formação de uma fase de borracha contínua contendo sílica sólida ou semissólida foi calculada para cada conjunto de condições experimentais (por exemplo, concentração de sílica na suspensão, concentração de sal na suspensão, velocidade da suspensão). Para os primeiros seis exemplos listados na Tabela 6, a concentração de sílica na suspensão desestabilizada foi a mesma, ou seja, 18,5% em peso, mas a concentração de sal na suspensão desestabilizada foi variada, e o limite mais baixo de carregamento de sílica para a formação de uma fase de borracha contínua contendo sílica sólida ou semissólida foi determinado em cada exemplo através do aumento da taxa de fluxo volumétrico do látex até o produto coagulado ter sido formado. Os resultados na Tabela 6 mostram que, quando a concentração de sal na suspensão desestabilizada de sílica foi aumentada de 0,22% em peso a 0,75% em peso, foi possível reduzir a proporção de fluxo volumétrico de suspensão-para-látex, de modo a obter uma fase de borracha contínua contendo sílica sólida ou semissólida com uma proporção mais baixa de sílica para borracha. Por exemplo, através do aumento da concentração de sal a partir de 0,22% em peso a 0,65% em peso de uma suspensão de sílica a 18,5% em peso, o valor mínimo de phr de sílica para a criação de uma fase de borracha contínua contendo sílica sólida ou semissólida diminuiu de 80 phr de sílica a 35 phr de sílica, conforme a taxa de fluxo volumétrico relativa de látex foi aumentada e a razão de taxas de fluxo volumétricos suspensão-para-látex foi diminuída de 1,17 para 0,51. Foram observados resultados semelhantes para outras concentrações de suspensões de sílica e quando o ácido foi utilizado para desestabilizar a suspensão de sílica.

[00141] Tabela 6. Limiares de formação da fase contínua de borracha contendo sílica sólida ou semissólida: carregamento de phr de sílica e concentração de nitrato de cálcio, sob várias condições, quando suspensão desestabilizada de sílica foi misturada com concentrado de látex diluído a 50% (teor de borracha seca de 31% em peso; teor de amônia de 0,70% em peso, exceto para a última amostra, para a qual o teor de amônia foi de 0,53% em peso) utilizando o Processo A. Tabela 6

a. A velocidade do bocal de entrada é a velocidade da suspensão de sílica que passa através de um bico (3a) na primeira entrada (3) para a zona de reação, antes do contato com o látex.

[00142] Tabela 7. Limiares da formação da fase de borracha contínua contendo sílica sólida ou semissólida: carregamento de phr de sílica e concentração de nitrato de cálcio, sob várias condições, quando suspensão de sílica foi misturada com o látex do campo utilizando o Processo A. Tabela 7

a. A velocidade do bocal de entrada é a velocidade da suspensão de sílica que passa através de um bico (3a) na primeira entrada (3) para a zona de reação, antes do contato com o látex.

[00143] Em uma experiência de coagulação de modo descontínuo realizada por mistura da suspensão de sílica com látex em um recipiente, sob relativamente baixo cisalhamento, a quantidade mínima de sal ou ácido para coagular o látex na mistura é uma constante, independente da concentração original de sal ou ácido na suspensão de sílica antes da mistura. No entanto, em processos de acordo com várias formas de realização da invenção, a concentração limiar do sal na zona de reação para a formação de uma fase de borracha contínua contendo sílica sólida ou semissólida aumenta com aumentos na concentração de sal na suspensão desestabilizada de sílica antes da mistura (isto é, o grau de desestabilização da suspensão de sílica). Por exemplo, na Tabela 6, pode-se ver que o limiar de concentração de Ca(NO3)2 para coagular o concentrado de látex é independente da concentração de sílica na suspensão desestabilizada, mas depende fortemente da concentração de sal original na suspensão desestabilizada de sílica. Quando a concentração de sal aumentou de 14,8 mM a 69,3 mM, a concentração de sal limiar aumentou de 7,9 mM a 23,0 mM. Para comparação, uma série de experiências de coagulação descontínua foram conduzidas em um recipiente utilizando baixa agitação de cisalhamento e determinou-se que o limiar de concentração de Ca(NO3)2 para coagular o mesmo concentrado de látex foi uma constante a 10,7 mM, independente de ambos a concentração de sal original na suspensão desestabilizada de sílica, bem como a concentração de sílica na suspensão desestabilizada. Estes resultados realçam a importância de equilibrar o grau de desestabilização da suspensão de sílica, a taxa de mistura, a taxa de aglomeração de partícula de sílica e a taxa de coagulação do látex, sob elevada tensão de corte, para a produção uma fase de borracha contínua contendo sílica sólida ou semissólida de forma eficiente.

[00144] Da mesma forma, a proporção ácido-para-amônia limiar para a formação de uma fase de borracha contínua contendo sílica sólida ou semissólida de acordo com formas de realização da invenção não é uma constante, mas aumenta com o grau de desestabilização do ácido da suspensão de sílica.

[00145] Com base nas variáveis de produção aqui descritas, tais como a velocidade da suspensão de sílica desestabilizada, a velocidade do látex, as taxas de fluxo relativas dos fluidos da suspensão desestabilizada de sílica e látex, o grau de desestabilização da suspensão de sílica, a concentração de sílica na suspensão desestabilizada, o teor de borracha seca do látex e a concentração de amônia do látex (por exemplo, a concentração de amônia pode ser reduzida por borbulhamento de nitrogênio através do látex ou na parte superior da superfície do líquido), foi possível obter e/ou prever a formação de uma fase de borracha contínua contendo sílica sólida ou semissólida ao longo de um intervalo de cargas de sílica pretendido. Assim, o processo da invenção pode ser operado através de um intervalo otimizado de variáveis.

Exemplo Comparativo 7

[00146] As seguintes experiências comparativas utilizando um processo em lotes de várias etapas foram realizadas como uma comparação com um processo contínuo de acordo com formas de realização da invenção.

[00147] Nestes exemplos comparativos, uma suspensão de sílica foi combinada com látex de elastômero sob condições de mistura descontínua, utilizando uma suspensão de sílica que tinha sido pulverizada (como no processo do Processo B acima), ou uma suspensão de sílica preparada sem moagem, cada uma a duas concentrações de suspensão: 25% em peso e 6% em peso, respectivamente (com base no peso total da suspensão). A sílica utilizada nestes exemplos foi Zeosil® 1165 MP. O látex de elastômero utilizado em todas as experiências foi concentrado de látex de alto teor de amônia (60CX12021, da Chemionics Corporation, Tallmadge, Ohio) dilíduo em 50% (em peso) com água deionizada.

Experimento 7-A: Mistura descontínua com suspensão de sílica moída

[00148] A suspensão de sílica preparada acima foi misturada com uma quantidade desejada de água deionizada, em um recipiente de 18,93 Litros (5 galões), para alcançar a concentração de sílica alvo de suspensão.

[00149] Para cada ensaio descrito abaixo, a quantidade indicada de suspensão de sílica foi feita a partir do tanque de execução de suspensões e misturada durante quinze minutos, com a quantidade indicada de látex de elastômero, em um recipiente de 5 galões, utilizando um agitador de sobrecarga de baixo cisalhamento (Modelo #1750, Seta Engineering Co, Inc., Hillside, NJ). Exceto no Ensaio 5, o sal de cloreto de cálcio foi então adicionado à mistura e a mistura prosseguiu até coagulação ter parecido estar completa. A menos que indicado de outra forma, o sal foi adicionado como uma solução de sal de 20% em peso em água deionizada. A quantidade de sal utilizada (quantidade seca) é indicada abaixo. O "phr de sílica alvo" reflete a quantidade de sílica no phr esperada para estar presente no compósito de borracha com base na quantidade inicial de sílica utilizada, assumindo que toda a sílica foi incorporada em toda a borracha.

[00150] Ensaio 1 - Alvo de compósito de borracha de sílica de 55 phr utilizando suspensão de sílica a 25% em peso. - Condições (para cerca de 1,9 kg de material seco): 2,7 kg de suspensão de sílica a 25% em peso, moída; 4,0 kg de concentrado de látex; 0,060 kg (quantidade seca equivalente) de sal em solução.

[00151] Observações: grandes pedaços de compósito de borracha molhado foram formados em torno da lâmina de mistura após a coagulação ter sido completa. No entanto, a coagulação não incorpora toda a borracha e a sílica no produto coagulado, uma vez que um líquido leitoso permaneceu no recipiente misturador e uma camada de sílica úmida foi depositada no fundo do recipiente. O produto coagulado seco pesava cerca de 0,5 kg, que foi muito menos do que o rendimento alvo de 1,9 kg. Uma quantidade significativa de sílica apareceu na superfície do produto de borracha indicando má distribuição de sílica no interior do compósito de borracha. A sílica parecia estar muito mal misturada com borracha no produto coagulado, e grãos de sílica não dispersos foram sentidos e vistos ao longo do produto coagulado. Partículas de sílica foram observadas cair de produto coagulado seco. Quando o produto de borracha seca foi cortado utilizando uma tesoura, partículas de sílica caíram da superfície de corte. A seguir à secagem, a análise de TGA do produto de borracha indicou cargas de sílica médias de cerca de 44 phr.

[00152] Ensaio 2 - Alvo de compósito de borracha de sílica de 70 phr utilizando suspensão de sílica a 25% em peso. - Condições (para cerca de 1,9 kg de material seco): 3.1 kg de suspensão de sílica a 25% em peso, moída; 3.6 kg de concentrado de látex; 0,060 kg de sal, adicionado seco.

[00153] Observações: grandes pedaços de borracha molhada foram formados em torno da lâmina de mistura e o líquido pós coagulação era turvo ou leitoso. Uma camada de sílica permaneceu no fundo do recipiente. Cerca de 1 kg de produto coagulado seco foi produzido. Semelhante à Experiência 1, foi observada muito pobre distribuição de partículas de sílica dentro do produto coagulado de borracha. A seguir à secagem, a análise de TGA do produto de borracha revelou cargas de sílica médisa de cerca de 53 phr.

[00154] Ensaio 3 - Alvo de compósito de borracha de sílica de 55 phr utilizando suspensão de sílica a 6% em peso. - Condições (para cerca de 2 kg de material seco): 2,6 kg de suspensão de sílica a 25% em peso, moída; 8,4 kg de água deionizada; 4,0 kg de concentrado de látex; 0,090 kg de sal em solução.

[00155] Observações: Após a adição do sal, todo a mistura de látex e suspensão tornou-se em um gel macio. Cerca de 0,9 kg de compósito seco foram feitos. Semelhante à Experiência 1, foi observada muito pobre distribuição de partículas de sílica dentro do produto coagulado de borracha. A seguir à secagem, a carga de sílica no produto coagulado medido por TGA foi de cerca de 45 phr.

[00156] Ensaio 4 - Alvo de compósito de borracha de sílica de 70 phr utilizando suspensão de sílica a 6% em peso. - Condições (para cerca de 2 kg de material seco): 3,1 kg de suspensão de sílica a 25% em peso, moída; 9,9 kg de água; 3,7 kg de concentrado de látex; 0,10 kg de sal em solução.

[00157] Observações: Após a adição do sal, pequenos fragmentos se formaram no líquido leitoso. Uma peneira foi utilizada para recolher e compactar os pequenos fragmentos. Semelhante à Experiência 1, foi observada muito pobre dispersão de partículas de sílica dentro do produto coagulado de borracha. Cerca de 0,7 kg do compósito seco foram coletados com carga de sílica no fragmento medida por TGA a cerca de 50 phr.

[00158] Ensaio 5 - Alvo de compósito de borracha de sílica de 55 phr utilizando suspensão desestabilizada de sílica a 25% em peso com 1% de CaCl2. - Condições (para cerca de 1,9 kg de material seco): 4.1 kg de suspensão a 25% em peso contendo 1% de CaCl2, moído; 4.2 kg de concentrado de látex.

[00159] Observações: O látex foi colocado em um recipiente de 18,93 Litros (5 galões) com uma baixa agitação de cisalhamento de sobrecarga. A suspensão desestabilizada de sílica a 25% moída contendo 1% de CaCl2 foi vertida para dentro do recipiente, com agitação, e a agitação continuou até que a coagulação foi completa. As observações visuais e táteis do pedaço de borracha revelaram muitos bolsos grandes (mm a cm de tamanho) da suspensão de sílica dentro da peça de borracha e uma grande quantidade de partículas de sílica presas, mas não distribuídas dentro da fase de borracha sólida. A carga média de sílica no produto coagulado seco medida por TGA foi de cerca de 58 phr. Variações de amostra à amostra de cargas de sílica foram superiores a 10 phr. Experimento 7-B: mistura descontínua utilizando suspensão de sílica, sem moagem

[00160] Para a preparação da suspensão de sílica sem moagem, a sílica foi adicionada lentamente à água utilizando somente um agitador suspenso (Modelo # 1750, Seta Engineering Co, Inc. Hillside, New Jersey). Quando a sílica pareceu estar completamente dispersa, adicionou-se o látex e a mistura líquida foi agitada durante 20 minutos. A solução de sal CaCl2 foi então adicionado à mistura líquida e deixou-se misturar até coagulação parecer estar completa. As amostras foram secas em um forno antes da análise de TGA.

[00161] Ensaio 5B - Alvo de composição de borracha de sílica de 65 phr utilizando suspensão de sílica de 25% em peso. - Condições (para cerca de 1,9 kg de material seco): 3,0 kg de suspensão de sílica a 25% em peso; 3,8 kg de concentrado de látex; 0,06 kg de sal em solução.

[00162] Observações: Após a adição do sal, pedaços muito grandes de borracha coagulada foram formados em torno da lâmina do agitador. Após a coagulação, uma espessa camada de sílica foi depositada no fundo do recipiente. A peça de borracha notava-se empedrada e viscosa. Grãos de sílica podiam ser sentidos e vistos na superfície do produto coagulado de borracha e observação visual revelou muito pobre distribuição de sílica no produto coagulado de borracha. A carga de sílica no produto coagulado foi determinada como 25 phr utilizando TGA.

[00163] Ensaio 6 - Alvo de composto de borracha de sílica de 80 phr utilizando suspensão de sílica a 25% em peso. - Condições (para cerca de 1,9 kg de material seco): 3,3 kg de suspensão de sílica a 25% em peso; 3,4 kg de concentrado de látex; 0,06 kg de sal em solução.

[00164] Observações: O carregamento de sílica na borracha foi determinado como 35 phr e observação visual revelou muito pobre distribuição de sílica no produto coagulado de borracha.

[00165] Ensaio 7 - Alvo de compósito de borracha de sílica de 110 phr utilizando suspensão de sílica a 6% em peso. - Condições (para cerca de 1,9 kg de material seco, feito em dois lotes): 1,0 kg de suspensão de sílica a 25% em peso; 15,6 kg de água; 3,0 kg de concentrado de látex; 0,120 kg de sal em solução.

[00166] Observações: Pequenos fragmentos de borracha foram formados no recipiente e o líquido restante, após a coagulação, foi, em grande parte, claro, com uma camada de sílica sobre a parte inferior do recipiente. TGA medido da carga de sílica no produto de borracha teve média de cerca de 30 phr. O produto coagulado foi elástico, com grãos de sílica sobre a superfície. Conforme se secou, a sílica pôde ser facilmente escovada para fora da superfície, e a observação visual revelou muito pobre distribuição de sílica no produto coagulado de borracha.

[00167] Ensaio 8 - Alvo de compósito de borracha de sílica de 140 phr utilizando suspensão de sílica a 6% em peso. - Condições (para cerca de 1,9 kg de material seco, feito em dois lotes): 1,0 kg de suspensão de sílica a 25% em peso; 15,7 kg de água; 2,4 kg de concentrado de látex; 0,110 kg de sal em solução.

[00168] Observações: Pequenos fragmentos de borracha foram formados no recipiente e o líquido restante após a coagulação foi, em sua maior parte, claro com uma camada de sílica sobre a parte inferior do recipiente. TGA medido da carga de sílica no produto de borracha teve média de cerca de 35 phr. Partículas de sílica precipitaram na superfície do produto de borracha que pôde ser escovado após seco, e a observação visual revelou muito pobre distribuição de sílica no produto coagulado de borracha.

[00169] Resumo das observações. Em comparação com o processo contínuo de produção do compósito de elastômero, como por exemplo nos Exemplos 4 e 6, processo de mistura de látex descontínuo do Exemplo 7, foram incapazes de atingir a desejada qualidade ou quantidade de dispersão de sílica em borracha. Com suspensões de sílica moída, a carga de sílica real em produtos de borracha produzidos com mistura descontínua foi observada ser < 55 phr. Após a coagulação, uma quantidade significativa da sílica foi depositada no fundo do recipiente de mistura e apareceu na superfície do produto de borracha, indicando pobre captura de partículas de sílica dentro do produto coagulado de borracha. Com suspensões de sílica que não tinham sido moídas, a carga de sílica real em borracha produzida com a mistura descontínua foi limitada a 30 phr a 35 phr. Após a coagulação, uma espessa camada de sílica foi depositada no fundo do recipiente misturador, a sílica pareceu estar muito mal misturada com borracha no produto coagulado, e grãos de sílica não dispersos foram sentidos e visto ao longo do produto coagulado. Em comparação com os processos de acordo com formas de realização da presente invenção, os processos de mistura descontínuos produziram fraca incorporação e distribuição de partículas de sílica no interior da matriz de borracha do produto coagulado. No produto de cada um destes ensaios de mistura descontínua, as partículas de sílica foram observadas cair do produto coagulado seco. Quando compósito de borracha seco foi cortado utilizando uma tesoura, partículas de sílica caíram da superfície de corte. Tal perda de partículas de sílica não foi observada no ensaio da fase de borracha contínua contendo sílica sólida ou semissólida produzida por processos de acordo com formas de realização da invenção.

[00170] A presente invenção inclui os seguintes aspectos/formas de realização/características em qualquer ordem e/ou em qualquer combinação: Um método de produção de um compósito de elastômero de sílica, compreendendo: (a) fornecimento de um fluxo contínuo sob pressão de, pelo menos, um primeiro fluido compreendendo uma dispersão desestabilizada de sílica particulada e um fluxo contínuo de, pelo menos, um segundo fluido compreendendo látex de elastômero; (b) fornecimento do fluxo volumétrico do primeiro fluido em relação ao segundo fluido para se obter um compósito de elastômero tendo um teor de sílica de cerca de 15 phr a cerca de 180 phr; (c) combinar o primeiro fluxo de fluido e o segundo fluxo de fluido com um impacto suficientemente enérgico para distribuir a sílica particulada dentro do látex de elastômero para obter um fluxo de um compósito de elastômero de sílica sólida ou semissólida compreendendo uma fase contínua de borracha com partículas de sílica dispersas. O método de acordo com qualquer uma das anteriores ou posteriores formas de realização/características/aspectos: - em que o referido fluxo do referida compósito de elastômero de sílica sólida ou semissólida se forma em dois segundos ou menos, após combinar o referido primeiro fluxo de fluido e segundo fluxo de fluido, ou - em que o referido fluxo do referida compósito de elastômero de sílica sólida ou semissólida se forma em cerca de 50 milissegundos a cerca de 1500 milissegundos, após a combinação do referido primeiro fluxo de fluido e o segundo fluxo de fluido, ou - em que o referido primeiro fluido no passo (a) compreende ainda, pelo menos, um sal, ou - em que o referido primeiro fluido no passo (a) compreende ainda, pelo menos, um ácido, ou - em que o referido compósito de elastômero de sílica sólida ou semissólida compreende uma fase descontínua de desde cerca de 40% em peso a cerca de 95% em peso de água ou fluido aquoso, ou - em que a referida combinação ocorre em uma zona de reação com um volume de cerca de 10 cc a cerca de 500 cc, ou - em que os fluxos volumétricos relativos estão a uma proporção de fluxo volumétrico do primeiro fluido para o segundo fluido de a partir de 0,4:1 a 3,2:1, ou - em que os fluxos volumétricos relativos estão a uma proporção de fluxo volumétrico do primeiro fluido para o segundo fluido de a partir de 0,2:1 a 2,8:1, ou - em que os fluxos volumétricos relativos estão a uma proporção de fluxo volumétrico do primeiro fluido para o segundo fluido de a partir de 0,4:1 a 3,2:1, e a referida dispersão desestabilizada de sílica particulada inclui pelo menos um sal, ou - em que os fluxos volumétricos relativos estão a uma proporção de fluxo volumétrico do primeiro fluido para o segundo fluido de a partir de 0,2:1 a 2,8:1, e a referida dispersão desestabilizada de sílica particulada inclui pelo menos um ácido, ou - em que o referido látex de elastômero compreende uma base, a referida dispersão desestabilizada de sílica particulada compreende, pelo menos, um ácido e uma proporção molar de íons de hidrogênio no referido ácido no referido primeiro fluido para a referida base no referido segundo fluido é, pelo menos, 1,0, ou - em que o referido látex de elastômero compreende uma base, a referida dispersão desestabilizada de sílica particulada compreende, pelo menos, um ácido e uma proporção molar de íons de hidrogênio no referido ácido no referido primeiro fluido para a referida base no referido segundo fluido é, pelo menos, 1,1, ou - em que o referido látex de elastômero compreende uma base, a referida dispersão desestabilizada de sílica particulada compreende, pelo menos, um ácido e uma proporção molar de íons de hidrogênio no referido ácido no referido primeiro fluido para a referida base no referido segundo fluido é, pelo menos, 1,2, ou - em que o referido látex de elastômero compreende uma base, a referida dispersão desestabilizada de sílica particulada compreende, pelo menos, um ácido e uma proporção molar de íons de hidrogênio no referido ácido no referido primeiro fluido para a referida base no referido segundo fluido é de 1 a 4,5, ou - em que a referida dispersão desestabilizada de sílica particulada compreende, pelo menos, um ácido e em que o referido látex de elastômero presente no referido segundo fluido tem uma concentração de amônia de cerca de 0,3% em peso a cerca de 0,7% em peso, com base no peso do látex de elastômero, e uma proporção molar de íons de hidrogênio no referido ácido no referido primeiro fluido para amônia no referido segundo fluido é, pelo menos, 1,0 até 1,0, ou - em que o dito teor de sílica do referido compósito de elastômero de sílica é de cerca de 25 phr a cerca de 80 phr, ou - em que o referido teor de sílica do referido compósito de elastômero de sílica é de cerca de 40 phr a cerca de 115 phr, ou - em que a referida dispersão desestabilizada de sílica particulada compreende cerca de 6% em peso a cerca de 35% em peso de sílica, ou - em que a referida dispersão desestabilizada de sílica particulada compreende cerca de 10% em peso a cerca de 28% em peso de sílica, ou - compreendendo ainda recuperar o referido compósito de elastômero de sílica sólida ou semissólida à pressão ambiente, ou - em que o referido primeiro fluido compreendendo a referida dispersão desestabilizada de sílica particulada tem uma magnitude de potencial zeta inferior a 30 mV, ou - em que o referido primeiro fluido compreendendo a referida dispersão desestabilizada de sílica particulada tem uma magnitude de potencial zeta de 28 mV ou menos, ou - em que o referido primeiro fluido compreendendo a referida dispersão desestabilizada de sílica particulada tem uma magnitude de potencial zeta de cerca de 29 mV a cerca de 5 mV, ou - em que o referido primeiro fluido compreendendo a referida dispersão desestabilizada de sílica particulada tem uma magnitude de potencial zeta de cerca de 20 mV a cerca de 1 mV, ou - em que a referida dispersão desestabilizada de sílica particulada inclui, pelo menos, um sal, em que a concentração de íons de sal na referida dispersão desestabilizada é de cerca de 10 mM a cerca de 160 mM, ou - em que a referida dispersão desestabilizada de sílica particulada inclui, pelo menos, um sal, em que o referido sal está presente na referida dispersão desestabilizada em uma quantidade compreendida entre cerca de 0,2% em peso a cerca de 2% em peso, com base no peso da referida dispersão desestabilizada, ou - em que a referida dispersão desestabilizada de sílica particulada inclui, pelo menos, um ácido, em que o referido ácido está presente na referida dispersão desestabilizada em uma quantidade compreendida entre cerca de 0,8% em peso a cerca de 7,5% em peso, com base no peso da referida dispersão desestabilizada, ou - em que a referida dispersão desestabilizada de sílica particulada inclui, pelo menos, um ácido, em que a concentração de ácido na referida dispersão desestabilizada é de cerca de 200 mM a cerca de 1000 mM, ou - em que o passo (c) é realizado com o fluxo contínuo do primeiro fluido a uma velocidade A e o fluxo contínuo do segundo fluido a uma velocidade B, e a velocidade A é, pelo menos, 2 vezes mais rápidas do que a velocidade B, ou - em que o passo (c) é realizado em uma zona de reação semiconfinada e o primeiro fluido tem uma velocidade suficiente para induzir cavitação na zona de reação mediante combinação com o segundo fluido, ou - em que o segundo fluido tem uma velocidade suficiente para criar fluxo turbulento, ou - em que a referida dispersão de sílica particulada compreende uma sílica particulada de superfície modificada possuindo porções de superfície hidrofóbica, ou - em que o referido primeiro fluido é um fluido aquoso, ou - em que o referido primeiro fluido compreende um fluido aquoso e cerca de 6% em peso a cerca de 35% em peso de sílica particulada, ou - em que o referido primeiro fluido é um fluido aquoso, que compreende ainda, pelo menos, um sal e, pelo menos, um ácido, ou - em que o negro de carbono está presente no referido compósito de elastômero de sílica em uma quantidade de desde cerca de 10% em peso a cerca de 0,1% em peso, com base no total de partículas presentes no referido compósito de elastômero de sílica, ou - em que o negro de carbono está presente no referido compósito de elastômero de sílica em uma quantidade igual ou inferior a 10% em peso, com base no total de partículas presente no referido compósito de elastômero de sílica, ou - o referido método compreendendo ainda desestabilizar uma dispersão de sílica particulada, diminuindo o pH da dispersão de sílica particulada, de modo a formar a dispersão desestabilizada de sílica particulada fornecida no passo (a), ou - o referido método compreendendo ainda desestabilizar uma dispersão de sílica particulada, diminuindo o pH da dispersão de sílica particulada a um pH de 2 a 4, de modo a formar a dispersão desestabilizada de sílica particulada fornecida no passo (a), ou - em que a referida sílica particulada tem uma superfície hidrofílica, ou em que a referida sílica particulada é uma sílica altamente dispersível (HDS), ou - em que o referido ácido compreende pelo menos um ácido orgânico, ou - em que o referido ácido compreende ácido acético, ácido fórmico, ácido cítrico, ácido fosfórico ou ácido sulfúrico, ou quaisquer combinações dos mesmos, ou - em que o referido ácido compreende um ácido contendo alquil C1 a C4, ou - em que o referido ácido tem um peso molecular ou um peso molecular médio inferior a 200, ou - em que o referido sal compreende, pelo menos, um sal de metal alcalino, ou - em que o referido sal compreende um sal de cálcio, sal de magnésio ou sal de alumínio, ou uma combinação dos mesmos, ou - o referido método compreendendo ainda submeter sílica particulada a processamento mecânico para se obter um tamanho de partícula reduzido, ou - em que o referido processamento mecânico compreende moagem, trituração, comutação, contusão ou tratamento de fluido de elevado cisalhamento, ou quaisquer combinações dos mesmos, ou - em que a sílica particulada é sílica precipitada ou sílica fumada ou sílica coloidal, ou quaisquer combinações das mesmas, ou - em que a referida sílica particulada é sílica com área de superfície BET de cerca de 20 m2/g a cerca de 450 m2/g, ou - em que o referido látex de elastômero é látex de borracha natural, ou - em que o referido látex de borracha natural é na forma de um látex do campo, concentrado de látex, látex limpo, látex modificado quimicamente, látex modificado enzimaticamente, ou quaisquer combinações dos mesmos, ou - em que o referido látex de borracha natural é na forma de um látex de borracha natural epoxidado, ou - em que o referido látex de borracha natural é na forma de um concentrado de látex, ou - que compreende ainda misturar o compósito de elastômero de sílica com elastômero adicional para formar uma mistura de compósitos de elastômero. Um método para fazer um composto de borracha que compreende: (a) a condução do método de qualquer uma das formas de realização/características/aspectos anteriores ou posteriores, e (b) misturar o compósito de elastômero de sílica com outros componentes para formar o composto de borracha, em que os referidos outros componentes compreendem, pelo menos, um antioxidante, enxofre, polímero que não seja um látex de elastômero, catalisador, óleo extensor, resina, agente de ligação, um ou mais compósito (s) de elastômero adicional (is) ou agente de enchimento de reforço, ou quaisquer combinações dos mesmos. Um método para fazer um artigo de borracha selecionado a partir de pneus, moldes, montagens, forros, transportadores, selos ou revestimentos, que compreende: (a) a condução do método de qualquer uma das formas de realização/características/aspectos anteriores ou posteriores, e (b) composição do compósito de elastômero de sílica com outros componentes para formar um composto, e (c) vulcanização do composto para formar o referido artigo de borracha. O método de acordo com qualquer uma das formas de realização/características/aspectos anteriores ou posteriores, que compreende ainda a realização de um ou mais passos pós processamento após recuperação do compósito de elastômero de sílica. O método de acordo com qualquer uma das formas de realização/características/aspectos anteriores ou posteriores, em que os passos pós processamento compreendem, pelo menos, um dos seguintes: a) desidratação do compósito de elastômero de sílica para se obter uma mistura desidratada; b) mistura ou composição da mistura desidratada para se obter um compósito de elastômero de sílica combinado; c) moagem do compósito de elastômero de sílica combinado para se obter um compósito de elastômero de sílica moído; d) granulação ou mistura do compósito de elastômero de sílica moído; e) embalagem do compósito de elastômero de sílica após a granulação ou mistura para se obter um compósito de elastômero de sílica embalado; f) extrudir o compósito de elastômero de sílica; g) calandragem do compósito de elastômero de sílica; e/ou h) opcionalmente, quebra do compósito de elastômero sílica embalado e mistura com outros componentes. O método de acordo com qualquer uma das formas de realização/características/aspectos anteriores ou posteriores: - em que os passos pós processamento compreendem, pelo menos, laminagem do compósito de elastômero de sílica, ou - em que os passos pós processamento compreendem comprimir o compósito de elastômero de sílica para remover desde cerca de 1% em peso a cerca de 15% em peso da fase fluida aquosa descontínua, ou - em que o látex de elastômero é posto em contato com, pelo menos, um agente de desestabilização, conforme a dispersão desestabilizada de sílica em partículas é combinada com o látex de elastômero, ou - compreendendo, ainda, levar o fluxo de compósito de elastômero de sílica sólida ou semissólida em contato com, pelo menos, um agente de desestabilização, ou - compreendendo, ainda, o passo de realização um ou mais dos seguintes com o compósito de elastômero de sílica sólida ou semissólida: a) transferir o compósito de elastômero de sílica sólido ou semissólido para um tanque ou recipiente de retenção; b) aquecer o compósito de elastômero de sílica sólida ou semissólida para reduzir o teor de água; c) submeter o compósito de elastômero de sílica sólida ou semissólida a um banho de ácido; d) processamento mecânico do compósito de elastômero de sílica sólida ou semissólida para reduzir o teor de água, ou - em que o referido compósito de elastômero de sílica é um compósito de elastômero de sílica semissólida, e o referido método compreende ainda a conversão do referido compósito de elastômero de sílica semissólida a um compósito de elastômero sílica sólida, ou - em que o referido compósito de elastômero de sílica semissólida é convertido ao referido compósito de elastômero de sílica sólida por tratamento com um fluido aquoso que compreende, pelo menos, um ácido, ou, pelo menos, um sal, ou uma combinação de, pelo menos, um ácido e pelo menos um sal, ou - em que o referido segundo fluido compreende uma mistura de dois ou mais látex de elastômeros diferentes, ou - em que o referido processo compreende ainda o fornecimento de um ou mais fluidos adicionais e, combinando os um ou mais fluidos com o referido primeiro fluxo de fluido e o segundo fluxo de fluido, em que o referido um ou mais fluidos adicionais compreendem um ou mais fluidos de látex de elastômero, e os referidos fluidos adicionais são os mesmos ou diferentes do referido látex de elastômero presente no referido segundo fluxo de fluido.

[00171] A presente invenção pode incluir qualquer combinação destas várias características ou formas de realização acima e/ou abaixo, conforme exposto em quaisquer frases e/ou parágrafos aqui. Qualquer combinação de características aqui descritas é considerada parte da presente invenção e não se destina a limitação no que diz respeito a características combináveis.

[00172] Os requerentes incorporam especificamente a totalidade dos conteúdos de todas as referências citadas na presente memória descritiva. Além disso, quando uma quantidade, concentração ou outro valor ou parâmetro é dado tanto como um intervalo, um intervalo preferido quanto uma lista de valores preferidos superiores e valores inferiores preferidos, é para ser entendido como especificamente revelando todos os intervalos formados por qualquer par de qualquer limite do intervalo superior ou valor preferido e qualquer limite do intervalo inferior ou valor preferido, independentemente de intervalos serem descritos separadamente. Quando um intervalo de valores numéricos é aqui referido, a menos que indicado de outra forma, o intervalo destina-se a incluir os terminais destes, e todos os inteiros e as frações dentro do intervalo. Não se pretende que o âmbito da invenção seja limitado aos valores específicos citados quando se define um intervalo.

[00173] Outras formas de realização da presente invenção serão evidentes para aqueles técnicos no assunto a partir da consideração da presente memória descritiva e prática da presente invenção aqui revelada. Pretende-se que a presente memória descritiva e os exemplos sejam considerados apenas como exemplificativos, com o verdadeiro âmbito e espírito da invenção sendo indicado pelas seguintes reivindicações e seus equivalentes.

Claims (13)

1. Método de produção de um compósito de elastômero de sílica CARACTERIZADO por compreender: (a) proporcionar um fluxo contínuo sob pressão de, pelo menos, um primeiro fluido (100) compreendendo uma dispersão desestabilizada de sílica e um fluxo contínuo de, pelo menos, um segundo fluido (200) compreendendo látex de elastômero; (b) proporcionar fluxo volumétrico do primeiro fluido (100) em relação ao segundo fluido (200) para produzir um teor de sílica de 15 phr a 180 phr no compósito de elastômero de sílica; (c) combinar (103) o primeiro fluxo de fluido (100) e o segundo fluxo de fluido (200) com um impacto suficientemente energético para distribuir a sílica dentro do látex de elastômero para obter um fluxo de uma fase de borracha contínua contendo sílica sólida ou fase de borracha contínua contendo sílica semissólida que é o compósito de elastômero de sílica.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO por o primeiro fluido (100) na etapa (a) compreender ainda, pelo menos, um sal.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO por os fluxos volumétricos relativos estarem em uma relação de fluxo volumétrico do primeiro fluido (100) para o segundo fluido (200) de 0,4:1 a 3,2:1 e a referida dispersão desestabilizada de sílica incluir, pelo menos, um sal.

4. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO por os fluxos volumétricos relativos estarem na proporção de fluxo volumétrico do primeiro fluido (100) para o segundo fluido (200) de 0,2:1 a 2,8:1 e a referida dispersão desestabilizada de sílica incluir, pelo menos, um ácido.

5. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO por o referido látex de elastômero compreender uma base, a referida dispersão desestabilizada de sílica compreender, pelo menos, um ácido e uma proporção molar de íons de hidrogênio no referido ácido no referido primeiro fluido (100) para a referida base no referido segundo fluido (200) ser de 1 a 4,5.

6. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO por a referida dispersão desestabilizada de sílica compreender, pelo menos, um ácido e em que o referido látex de elastômero presente no referido segundo fluido (200) ter uma concentração de amônia de 0,3% em peso a 0,7% em peso, com base no peso do látex de elastômero, e uma proporção molar de íons de hidrogênio no referido ácido no referido primeiro fluido (100) para amônia no referido segundo fluido (200) ser de, pelo menos, 1:1.

7. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO por a referida dispersão desestabilizada de sílica (100) compreender de 6% em peso a 35% em peso de sílica, em que a referida sílica é sílica precipitada, sílica pirogênica, sílica coloidal, sílica altamente dispersível (HDS) ou quaisquer combinações das mesmas.

8. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO por o referido primeiro fluido (100) compreendendo a referida dispersão desestabilizada de sílica ter uma magnitude de potencial zeta inferior a 30 mV.

9. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO por a referida dispersão desestabilizada de sílica (100) incluir pelo menos um sal, em que a concentração de íons de sal na referida dispersão desestabilizada é de 10 mM a 160 mM.

10. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO por a referida dispersão desestabilizada de sílica (100) incluir pelo menos um ácido, em que a concentração de ácido na referida dispersão desestabilizada é de 200 mM a 1000 mM.

11. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO por compreender ainda a desestabilização de uma dispersão de sílica, baixando um pH da dispersão de sílica de modo a formar a dispersão desestabilizada de sílica proporcionada na etapa (a).

12. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO por compreender ainda a mistura (107) do compósito de elastômero de sílica com elastômero adicional para formar uma mistura de compósito de elastômero.

13. Artigo de fase de borracha contínua contendo sílica sólida, obtido a partir do método conforme definido na reivindicação 1, CARACTERIZADO por compreender pelo menos 40 partes por cem de borracha (phr) de sílica dispersa em borracha natural e, pelo menos, 40% em peso de fluido aquoso e tendo uma dimensão de comprimento (L), em que o artigo de fase de borracha contínua contendo sílica sólida pode ser esticado para 130-150% de (L) sem quebrar.

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