ES2200924T3 - Particulas de negro de carbono de gran tamaño para reducir la energia de mezclado necesaria de las composiciones de neumaticos rigidos de gran dureza. - Google Patents
Particulas de negro de carbono de gran tamaño para reducir la energia de mezclado necesaria de las composiciones de neumaticos rigidos de gran dureza.Info
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Abstract
Un neumático que comprende: un caucho del área del talón del neumático que comprende una mezcla de un polímero de caucho y partículas de negro de carbono, en el que las partículas de negro de carbono tienen una absorción DBP de 45 o menos.
Description
Partículas de negro de carbono de gran tamaño
para reducir la energía de mezclado necesaria de las composiciones
de neumáticos rígidos de gran dureza.
La presente invención trata de una composición de
caucho de gran viscosidad que ha reducido los ciclos de mezclado
debido a la incorporación de partículas de negro de carbono
excepcionalmente grandes en el interior.
Hasta hoy, las composiciones de caucho
reforzadas, especialmente para neumáticos, usan generalmente negro
de carbono del tamaño convencional, que suelen dar como resultado
unas buenas propiedades de refuerzo. Sin embargo, las composiciones
de caucho que tienen una viscosidad elevada requieren un gran
número de operaciones de remolido para reducir la viscosidad hasta
un nivel aceptable.
La patente de Estados Unidos 5.426.147 trata de
composiciones de caucho que tienen permeabilidad reducida a los
gases que comprenden caucho y negros de carbono de horno
específico.
La patente de Estados Unidos 5.456.750 trata de
negros de carbono de horno que proporcionan propiedades ventajosas a
las composiciones de caucho y de plástico y que podrían usarse en
lugar de los negros de humo, negros de carbono termales y mezclas de
negros de carbono. También, se describen las composiciones de caucho
y plástico que incorporan negros de carbono que muestran
combinaciones ventajosas de las propiedades del procesamiento de los
compuestos y del comportamiento físico.
La patente de Estados Unidos 5.688.317 trata de
negros de carbono que proporcionan propiedades ventajosas a las
composiciones de caucho y de plástico y que pueden ser usados en
lugar de los negros de humo, negros de carbono termales y de
mezclas de negros de carbono. También, se describen las
composiciones de caucho y plástico que incorporan negros de carbono
que muestran combinaciones ventajosas de las propiedades del
procesamiento de los compuestos y del comportamiento físico.
Un aspecto de la presente invención es usar
partículas de negro de carbono de gran tamaño para reducir el número
de etapas de mezclado de las composiciones de neumáticos duras o
rígidas sin reducir la dureza, rigidez, u otras propiedades físicas
críticas de las mismas. Las composiciones de caucho reforzado de la
presente invención reducen por tanto la energía de mezclado usada.
Las composiciones de la presente invención usan generalmente
partículas de carbono de gran tamaño caracterizadas por bajos
valores de absorción de DBP prensado así como bajos índices de
yodo.
Las composiciones de caucho de la presente
invención generalmente contienen uno o más cauchos elaborados a
partir de un dieno conjugado que tienen de 4 a 12 átomos de carbono
y preferiblemente de 4 a 8 átomos. Ejemplos de tales dienos son
butadieno (preferido), isopreno (preferido),
2,3-dimetil-1,3-butadieno;
2-metil-1,3-pentadieno;
3,4-dimetil-1,3-hexadieno;
4,5-dietil-1,3-octadieno;
3-butil-1,3-octadieno;
fenil-1,3-butadieno.
Otra clase de cauchos que pueden usarse en la
presente invención son los copolímeros de los dienos conjugados
descritos anteriormente que tienen de 4 a 12 átomos de carbono con
uno o más compuestos aromáticos vinil sustituidos como aquellos que
tienen de 8 a 12 átomos de carbono con ejemplos específicos que
incluyen estireno, alfa-metilestireno, butilestireno
terciario, vinilnaftaleno, y similares, prefiriéndose el caucho
estireno-butadieno. Otro compuesto de caucho
preferido es el caucho natural, es decir, el caucho derivado de los
árboles, que generalmente crecen en los trópicos.
La presente invención no se puede extender
generalmente a los así denominados cauchos "blandos". Dichos
cauchos se clasifican generalmente como cauchos derivados del
etileno y propileno, por ejemplo, cauchos EP, cauchos que además
incluyen pequeñas cantidades de un dieno conjugado como las cauchos
EPDM, caucho de butilo, cauchos elaborados a partir de monómeros de
dieno no conjugado como el norborneno,
etil-norborneno, caucho diciclopentadieno, otros
tipos de cauchos blandos como varios cauchos de uretano.
De acuerdo con los conceptos de la presente
invención, se ha encontrado que el uso de partículas de negro de
carbono de gran tamaño añadidas a la así denominada composición de
caucho duro reduce el número de etapas de mezclado requeridas y, por
lo tanto, tiene como resultado un ahorro de energía. Dichos negros
de carbono pueden definirse como un negro de carbono de baja
estructura y, por tanto, tiene bajos índices de absorción DBP
generalmente menores de 65, deseablemente de 20 a 55, y
preferiblemente de 30 a 45. La absorción DBP puede determinarse de
acuerdo con la prueba ASTM número D-2414. Las
partículas de negro de carbono de gran tamaño también tienen bajos
índices de yodo generalmente menores de 40, deseablemente de 3 a 35,
y preferiblemente de 6 a 25. Tales partículas de negro de carbono de
gran tamaño se encuentran disponibles en el mercado como Regal 85
por Cabot Corporation, como N990 por Engineered Carbons, como
Thermax Floform por Canbard Ltd., y como Servacard
MT-N-990 por Columbian Sevalco
Ltd.
Las partículas de negro de carbono de gran tamaño
de la presente invención se usan deseablemente en composiciones de
caucho duro o rígido, ya que se ha averiguado que reducen la
viscosidad de la composición de caucho durante la mezcla, aunque la
dureza final de la composición de caucho es generalmente la misma
que aquella en la que no se usan partículas de negro de carbono de
gran tamaño. Tales composiciones de caucho duro después de añadir y
mezclar los diferentes aditivos pero antes del curado, generalmente
tienen una viscosidad Mooney ML^{1+4} de generalmente de 30 a 80 y
deseablemente de 40 a 70. Las composiciones de caucho duro
generalmente contienen caucho natural, puesto que es generalmente
más duro que los cauchos sintéticos, pero contiene muy poco aceite,
tiene generalmente menos de 20, a menudo menos de 15, e incluso
menos de 10 partes de aceite por cada 100 partes de caucho en
peso.
La muestra maestra, mezcla, remezcla, remolido,
etc., generalmente tratan de composiciones de caucho que contienen
las partículas de negro de carbono de gran tamaño, ácido esteárico,
óxido de zinc, partículas de negro de carbono de tamaño normal,
opcionalmente una resina, opcionalmente sílice, opcionalmente un
agente de acoplamiento de sílice; opcionalmente varios filtros como
arcilla, por ejemplo, de arcilla de caolín; y también opcionalmente
una pequeña cantidad de aceite. Después de que se hayan completado
las etapas de mezclado necesarias, se añaden los diferentes aditivos
del caucho y se mezcla una última vez la composición de caucho.
Opcionalmente la última etapa de mezclado se
conduce a la adición posterior de uno o más de los aditivos arriba
mencionados, así como a la adición posterior de otros aditivos del
caucho. Los aditivos que suelen añadirse en la etapa de mezclado
final incluyen ayudas para el curado como el azufre o compuestos que
contienen azufre; aceleradores como las aminas, disulfuros,
guanidinas, tioureas, tiazidas, sulfonamidas, ditiocarbamatos;
aceites como los aromáticos, nafténicos, o parafínicos;
antioxidantes y antiozonantes como diferentes fenilendiaminas;
diferentes ácidos alifáticos como el ácido esteárico; óxido de zinc;
diferentes ceras como las ceras microcristalinas; diferentes
peptizantes.
Las composiciones de caucho duro pueden usarse en
innumerables aplicaciones, como en un neumático en el que se usan a
menudo para los talones del neumático, una capa de caucho resistente
a la abrasión que reside en el talón del neumático, una banda de
roce. A dichos cauchos nos referimos generalmente como los cauchos
de mayor calidad. Dependiendo del uso y manejo, la cantidad de
partículas de negro de carbono de gran tamaño puede estar
generalmente comprendido entre 5 y 70 y preferiblemente entre 10 y
40 partes en peso por cada 100 partes en peso del caucho total.
Más aún, como apuntamos anteriormente, las
formulaciones de caucho duro pueden contener también negro de
carbono normal adicional, es decir, negro de carbono que
generalmente tiene un índice de yodo de 45 a 100 y generalmente de
70 a 90 así como un índice de absorción de DBP de generalmente entre
70 y 140 y preferiblemente entre 90 y 120. La cantidad de dicho
negro de carbono variará dependiendo de lo deseado y el uso pero
generalmente está entre 20 y 120, y deseablemente entre 75 y 110
partes en peso por cada 100 partes en peso de caucho.
Se ha averiguado que las partículas de negro de
carbono de gran tamaño reducen la viscosidad de la composición de
caucho durante y después de todas las etapas de mezclado (por
ejemplo, el muestreo maestro, mezclado, remezclado) pero antes del
curado del caucho y manteniendo todavía la dureza final y la rigidez
de la composición. Es decir, después de haber añadido los aditivos
pero antes de darle forma en la banda de rodadura del neumático, una
banda de roce, y antes del curado, la composición de caucho tiene
una viscosidad menor que una composición de caucho que contiene
solamente negro de carbono de tamaño normal.
Mas aún, se obtienen reducciones drásticas de los
ciclos de mezclado o del número de remolidos requeridos para la
preparación de la muestra maestra y de la etapa final de mezclado.
Por ejemplo en la preparación de una composición de caucho de un
agente de relleno del talón, que de aquí en adelante generalmente
requería 6 etapas de mezclado, el número de etapas de remolido,
generalmente 3, se han eliminado por completo. Es decir, en lugar de
una primera etapa de muestra maestra, una segunda etapa de mezclado
de la muestra maestra, tres etapas de remolido y una etapa final de
mezclado en la que se añaden varios aditivos, el uso del negro de
carbono de gran tamaño tiene como resultado una sola etapa de
mezclado de la muestra maestra, una segunda etapa de mezclado de la
muestra maestra, y una etapa final de mezclado de los aditivos. Otro
ejemplo, en la preparación de un caucho de abrasión que de aquí en
adelante requería cuatro etapas de mezclado, es decir una primera
etapa de mezclado de la muestra maestra, una segunda etapa de
mezclado de la muestra maestra, una etapa de remolido, y una etapa
final de mezclado de los aditivos, todo lo que se requiere con la
presente invención son dos etapas de mezclado, es decir, una etapa
inicial de mezclado de la muestra maestra y una etapa final de
mezclado de los aditivos. La eliminación de las diferentes etapas de
mezclado y la consiguiente reducción considerable de la energía
requerida y, por tanto, de los costes de mezclado.
La presente invención se entenderá mejor si nos
referimos a los siguientes ejemplos que sirven para ilustrar, y no
para limitar la presente invención.
Con respecto a las Tablas I, II y II, todas las
formulaciones se prepararon de la siguiente manera:
\newpage
Los polímeros, agentes de relleno, negros de
carbono, aceite, óxido de zinc, ácido esteárico, y resina se
añadieron a un Banbury. Los agentes de relleno se dividen entre la
primera y la segunda muestra maestra en el patrón de mezclado
convencional. El tiempo de mezclado fue de entre 1,5 y 2,5 minutos y
la disminución de la temperatura fue entre aproximadamente 330ºF
(160ºC) y aproximadamente 350ºF (177ºC). Este patrón se envejeció
entonces durante un mínimo de 4 horas antes de la etapa de
remolido.
Todo patrón de las etapas de mezcla de la muestra
maestra se puso en un Banbury. El tiempo de mezclado fue de entre
aproximadamente 1,0 y aproximadamente 2,0 minutos y la disminución
de la temperatura fue de entre aproximadamente 300ºF (149ºC) y
aproximadamente 330ºF (166ºC). El patrón se envejeció entonces
durante un mínimo de 4 horas antes de la etapa final.
Todos los antioxidantes, ozonantes, aceleradores,
azufre, cualquier remanente de óxido de zinc, ácido esteárico, o
resinas, y los cauchos de la etapa anterior (muestra maestra o
remolido), se añaden al Banbury. El tiempo de mezclado fue de entre
aproximadamente 60 y aproximadamente 80 segundos. Se descendió la
temperatura de la muestra entre aproximadamente 190ºF (88ºC) y
aproximadamente 220ºF (104ºC).
| Control | Ej.1 | |
| 1ª Muestra maestra | PHR | PHR |
| BR (Caucho de Butadieno) | 50,00 | 50,00 |
| NR (Caucho Natural) | 50,00 | 50,00 |
| Negro de Carbono de Gran Tamaño-Tipo | - | 10,00 |
| Regal 85 | ||
| Negro de Carbono Normal-Tipo N330 | 55,00 | 74,00 |
| Ácido Esteárico | 2,00 | 2,00 |
| Aceite | 15,00 | 15,00 |
| Óxido de Zinc | 2,75 | 2,75 |
| Total: | 174,75 | 203,75 |
| 2ª Muestra maestra | PHR | PHR |
| Negro de Carbono Normal-Tipo N330 | 23,00 | - |
| TOTAL: | 197,75 | - |
| Remolido 1 | 197,75 | - |
| Azufre | 3,50 | 3,50 |
| Acelerador | 1,10 | 1,10 |
| Cera | 0,80 | 0,80 |
| Antiozonante | 1,00 | 1,00 |
| Antioxidante | 1,00 | 1,00 |
| TOTAL: | 205,15 | 211,15 |
\vskip1.000000\baselineskip
| Número de etapas de mezclado | 4 | 2 | |
| Viscosidad Mooney | ML1+4 | 52,1 | 54,5 |
| Tensión/tirantez | M50% RT (MPa) | 1,2 | 1,2 |
| Tensión RT (MPa) | 18,0 | 18,2 | |
| Alargamiento% | 315,0 | 314,0 | |
| Resonancia de | Temperatura ambiente | 305,1 | 324,8 |
| arranque | |||
| Rebote | Temperatura ambiente | 55,6 | 55,2 |
| Control | Ej.2 | |
| 1ª Muestra maestra | PHR | PHR |
| NR (Caucho Natural) | 100,00 | 100,00 |
| Negro de Carbono de Gran Tamaño-Tipo N330 | 50,00 | 37,00 |
| Negro de Carbono de Gran Tamaño-Tipo | - | 25,00 |
| Regal 85 | ||
| Óxido de Zinc | 5,00 | 5,00 |
| Ácido Esteárico | 1,50 | 1,50 |
| Resina | 2,00 | 2,00 |
| TOTAL: | 158,50 | 170,50 |
| 2ª Muestra maestra | PHR | PHR |
| Negro de Carbono Normal-Tipo N330 | 30,00 | 20,00 |
| TOTAL: | 188,50 | 190,50 |
| Remolido 1 | 188,50 | - |
| Remolido 2 | 188,50 | - |
| Remolido 3 | 188,50 | - |
| Óxido de Zinc | 5,00 | 5,00 |
| Ácido Esteárico | 1,50 | 1,50 |
| Resina | 9,00 | 9,00 |
| Azufre | 10,00 | 10,00 |
| Acelerador | 1,00 | 1,00 |
| TOTAL: | 215,00 | 217,00 |
\vskip1.000000\baselineskip
| Número de etapas de mezclado | 6 | 3 | |
| Viscosidad Mooney | ML1+4 | 55,8 | 51,2 |
| Tensión/tirantez | M50% RT (MPa) | 4,4 | 4,2 |
| Tensión RT (MPa) | 10,6 | 9,8 | |
| Alargamiento% | 128,8 | 145,9 | |
| Resonancia de | Temperatura ambiente | 96,5 | 91,4 |
| arranque | |||
| Rebote | Temperatura ambiente | 40,2 | 42,4 |
| Control | Ej.3 | |
| 1ª Muestra maestra | PHR | PHR |
| NR (Caucho Natural) | 70,00 | 70,00 |
| Caucho Estireno-Butadieno | 30,00 | 30,00 |
| Negro de Carbono Normal-Tipo N660 | 70,00 | 65,00 |
| Negro de Carbono de Gran Tamaño-Tipo | - | 38,00 |
| Regal 85 | ||
| Óxido de Zinc | 2,00 | 2,00 |
| Aceite | 7,00 | 7,00 |
| Ácido Esteárico | 1,50 | 1,50 |
| Resina | 5,00 | 5,00 |
| TOTAL: | 158,50 | 218,50 |
| Control | Ej.3 | |
| 2ª Muestra maestra | PHR | PHR |
| Negro de Carbono Normal-Tipo N660 | 33,00 | - |
| TOTAL: | 218,50 | - |
| Remolido 1 | 218,50 | - |
| Remolido 2 | 218,50 | - |
| Resina | 9,00 | 9,00 |
| Azufre | 3,00 | 3,00 |
| Acelerador | 1,00 | 1,00 |
| TOTAL: | 231,50 | 231,50 |
\vskip1.000000\baselineskip
| Número de etapas de mezclado | 5 | 2 | |
| Viscosidad Mooney | ML1+4 | 47,8 | 48,0 |
| Tensión/tirantez | M50% RT (MPa) | 4,1 | 3,7 |
| Tensión RT (MPa) | 14,2 | 15,2 | |
| Alargamiento% | 275,0 | 332,0 | |
| Resonancia de | Temperatura ambiente | 298,0 | 263,0 |
| arranque | |||
| Rebote | Temperatura ambiente | 39,7 | 40,8 |
Como reflejan las tablas, las composiciones de
caucho que usan partículas de negro de carbono de gran tamaño de
acuerdo a la presente invención dan como resultado una reducción
sorprendente y drástica del número total de etapas de mezclado.
Claims (15)
1. Un neumático que comprende:
un caucho del área del talón del neumático que
comprende una mezcla de un polímero de caucho y partículas de negro
de carbono, en el que las partículas de negro de carbono tienen una
absorción DBP de 45 o menos.
2. El neumático de acuerdo con la Reivindicación
1, en el que las partículas de negro de carbono tienen además un
índice de yodo de 40 o menos.
3. El neumático de acuerdo con la Reivindicación
2, en el que el caucho del área del talón del neumático comprende un
agente de relleno del talón, una banda de roce o una capa de caucho
resistente a la abrasión que reside en el talón del neumático.
4. El neumático de acuerdo con la Reivindicación
3, en el que el polímero del caucho es caucho natural, o un caucho
sintético hecho de monómeros de uno o más dienos conjugados que
tienen de 4 a 12 átomos de carbono, una caucho hecho de monómeros de
un dieno conjugado que tiene de 4 a 12 átomos de carbono y un grupo
arómatico vinil sustituido que tiene de 8 a 12 átomos de carbono, o
combinaciones de los mismos.
5. El neumático de acuerdo con la Reivindicación
4, en el que el índice de yodo es de 3 a 35.
6. El neumático de acuerdo con la Reivindicación
1, en el que el polímero del caucho antes del curado tiene una
viscosidad de Mooney (ML^{1+4}) de 30 a 80.
7. El neumático de acuerdo con la Reivindicación
1, en el que la cantidad de partículas de negro de carbono
es de 5 a 70 partes en peso por cada 100 partes
en peso de dicho caucho.
8. Un componente de neumático que comprende:
una banda de caucho que comprende una mezcla de
un polímero de caucho y partículas de negro de carbono, en el que
las partículas de negro de carbono tienen una absorción DBP de 45 o
menos.
9. El componente del neumático de la
Reivindicación 8, en el que la banda de caucho es un agente de
relleno del talón, una banda de roce o una capa de caucho resistente
a la abrasión que se sitúa en el talón del neumático.
10. El componente del neumático de la
Reivindicación 8, en el que las partículas de negro de carbono
tienen un índice de yodo de 40 o menos.
11. El componente del neumático de la
Reivindicación 8, en el que el polímero del caucho es caucho
natural, o un caucho sintético hecho de monómeros de uno o más
dienos conjugados que tienen de 4 a 12 átomos de carbono, una caucho
hecho de monómeros de un dieno conjugado que tiene de 4 a 12 átomos
de carbono y un grupo arómatico vinil sustituido que tiene de 8 a 12
átomos de carbono, o combinaciones de los mismos.
12. El componente del neumático de la
Reivindicación 10, en el que dicho índice de yodo es de 3 a 35.
13. El componente del neumático de la
Reivindicación 8, en el que el polímero del caucho antes del curado
tiene una viscosidad de Mooney (ML^{1+4}) de 30 a 80.
14. El componente del neumático de la
Reivindicación 8, en el que la cantidad de partículas de negro de
carbono es de 5 a 70 partes en peso por cada 100 partes en peso de
dicho caucho.
15. Un procedimiento para reducir la energía
cuando se mezcla una composición de caucho que se compone:
(a) mezclar, en el caucho no curado, las
partículas de negro de carbono que tienen una absorción DBP de 45 o
menos en menor número de etapas de mezclado de las que serían
necesarias cuando se usan partículas de negro de carbono que tienen
una absorción DBP de 70 o más para alcanzar la misma viscosidad de
Mooney deseada, y
(b) transferir la mezcla a otro vaso para
procesarla más adelante.
Applications Claiming Priority (2)
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