ES2202626T3 - Composicion de caucho y una cubierta neumatica. - Google Patents
Composicion de caucho y una cubierta neumatica.Info
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Abstract
SE DESCRIBE UNA COMPOSICION DE GOMA QUE RESULTA PERFECCIONADA EN LA DISPERSIBILIDAD DE LA SILICE EN LA GOMA, UNA PROPIEDAD GENERADORA DE CALOR Y UNA PROPIEDAD DE ABRASION. LA COMPOSICION DE GOMA INCLUYE DE 15 A 85 PARTES EN PESO DE SILICE POR 10 PARTES EN PESO DE UN COMPONENTE DE GOMA QUE INCLUYE GOMA NATURAL Y/O GOMA SINTETICA BASICA DE DIENO Y UN COMPUESTO DE AMINA TERCIARIA REPRESENTADO POR LA FORMULA (I), MEZCLADOS EN UNA PROPORCION DE UN 1 A UN 15 % EN PESO BASADO EN LA CANTIDAD DE SILICE DESCRITA ANTERIORMENTE, EN LA CUAL R1 REPRESENTA UN GRUPO ALQUILO, UN GRUPO ALQUENILO O UN GRUPO ALQUINILO QUE PRESENTAN DE 1 A 36 ATOMOS DE CARBONO Y UN GRUPO SUSTITUIDO CON HIDROXI DE LOS MISMOS, UN GRUPO BENCILO, UN GRUPO BENCILO SUSTITUIDO CON UN GRUPO ALQUILO O UN GRUPO ALQUENILO QUE PRESENTAN DE 4 A 36 ATOMOS DE CARBONO, O UN GRUPO REPRESENTADO POR UNA DE LAS FORMULAS (II); Y R2 Y R3 REPRESENTAN INDEPENDIENTEMENTE UN GRUPO ALQUILO O UN GRUPO ALQUENILO QUE PRESENTAN DE 1 A 36 ATOMOS DE CARBONO, UN GRUPO BENCILO, UN GRUPO CICLOHEXILO Y UN GRUPO SUSTITUIDO CON HIDROXI DE LOS MISMOS. EN LAS FORMULAS (II), R4 REPRESENTA UN GRUPO ALQUILO O UN GRUPO ALQUENILO QUE PRESENTAN DE 1 A 36 ATOMOS DE CARBONO; R5 REPRESENTA UN GRUPO ETILENO O UN GRUPO PROPILENO; X REPRESENTA HIDROGENO, UN GRUPO ALQUILO, UN GRUPO ALQUENILO, UN GRUPO ALQUILOILO O UN GRUPO ALQUENILOILO QUE PRESENTAN DE 1 A 18 ATOMOS DE CARBONO; A REPRESENTA UN GRUPO ALQUILENO O UN GRUPO HIDROXIALQUILENO QUE PRESENTAN DE 2 A 6 ATOMOS DE CARBONO; M ES UN NUMERO ENTERO DE 1 A 10, Y CUANDO M ES 2 O MAS, EL A RESPECTIVO PUEDE SER EL MISMO O DIFERENTE; Y N ES UN NUMERO ENTERO DE 1 A 10.
Description
Composición de caucho y una cubierta
neumática.
La presente invención se refiere a una
composición de caucho mezclada con sílice y que tiene una buena
dispersabilidad de la sílice en el caucho, una buena propiedad de
generación de calor y una buena resistencia a la abrasión, y a una
cubierta neumática que usa dicha composición de caucho.
Hasta la fecha ha venido siendo usado negro de
carbón como carga de refuerzo para caucho. Esto es debido al hecho
de que el negro de carbón tiene la propiedad de conferir un alto
nivel de refuerzo y una alta resistencia a la abrasión en
comparación con otras cargas. En los últimos años, en vista de la
demanda social de ahorrar energía y recursos naturales,
particularmente a fin de reducir el consumo de combustible de los
automóviles ha venido siendo demandado que las composiciones de
caucho tengan asimismo la propiedad de generar poco calor.
Al intentar impartir a una composición de caucho
la propiedad de generar una pequeña cantidad de calor en virtud del
negro de humo, se considera la conveniencia de incorporar a la
mezcla el negro de carbón en pequeña cantidad o de usar negro de
carbón que tenga un gran tamaño de partículas. En la aplicación de
cualquiera de los métodos, sin embargo, es perfectamente sabido que
la propiedad de generar una pequeña cantidad de calor guarda una
relación antinómica con la propiedad de refuerzo y la resistencia a
la abrasión.
Por otro lado, se sabe de la sílice que es una
carga para composiciones de caucho que imparte a las mismas la
propiedad de generar una pequeña cantidad de calor, y han sido
hasta la fecha presentadas muchas patentes tales como la Copia
Impresa de las Piezas de la Solicitud de Patente Japonesa
Distribuida al Público Nº 3-252431.
La sílice, sin embargo, tiende a hacer que las
partículas de la misma se coagulen debido a un enlace de hidrógeno
entre grupos silanol, que es un grupo funcional que está presente
en la superficie, y por consiguiente el tiempo de mezcla debe ser
prolongado a fin de mejorar la dispersión de las partículas de
sílice en el caucho. Además, la sílice tiene los defectos de que,
puesto que la dispersión de las partículas de sílice en el caucho es
insuficiente, la viscosidad Mooney de la composición de caucho
aumenta, y es inferior la elaborabilidad, por ejemplo en la
extrusión.
Además, la sílice tiene asimismo el defecto de
que puesto que una partícula de sílice tiene una superficie ácida y
adsorbe un material básico usado como acelerador de la
vulcanización, la composición de caucho no es suficientemente
vulcanizada, y por consiguiente no es incrementado el módulo de
elasticidad.
Ha sido desarrollado un agente de acoplamiento de
silano a fin de paliar estos defectos, pero la dispersión de la
sílice no ha alcanzado aún un nivel lo suficientemente alto. En
particular, ha venido siendo difícil lograr industrialmente una
suficiente dispersión de la sílice.
Además, en la Copia Impresa de las Piezas de la
Solicitud de Patente Japonesa Distribuida al Público Nº
5-51484 se describe la técnica de incorporar a la
mezcla agentes de sililación a fin de mejorar la dispersabilidad de
la sílice. Sin embargo, la sililación tiene los defectos de que hay
que hacer que la sílice reaccione con los agentes de sililación en
un corto período de tiempo de mezcla, y por consiguiente el
rendimiento de la reacción no es lo suficientemente alto, y de que
estos agentes de sililación tienen bajos puntos de ebullición y son
volatilizados durante la mezcla, y por consiguiente la reacción no
se desarrolla suficientemente.
Además, en la Publicación de Patente Japonesa Nº
63-2886 y en la Copia Impresa de las Piezas de la
Solicitud de Patente Japonesa Distribuida al Público Nº
6-157825 se describe la técnica de usar ácido
silícico precipitado hidrofóbico. En esos casos, sin embargo, se
produce el defecto de que puesto que es usado ácido silícico
precipitado sometido a un tratamiento mediante el cual se le hace
completamente hidrofóbico, se han perdido los grupos silanol en la
superficie con los cuales debe reaccionar un agente de acoplamiento
de silano, y por consiguiente el caucho no resulta suficientemente
reforzado.
Por otro lado, la Copia Impresa de las Piezas de
la Solicitud de Patente Japonesa Distribuida al Público Nº
3-197536 describe una composición de caucho que
tiene una mejorada propiedad de generación de calor y en la cual
son mezcladas de 20 a 150 partes en peso de una carga de refuerzo
tal como negro de carbón y de 0,05 a 20 partes en peso de un
compuesto alquilamínico por cada 100 partes en peso de al menos un
caucho seleccionado de entre los miembros del grupo que consta de
caucho natural y caucho sintético hecho a base de dieno.
En la Copia Impresa de las Piezas de la Solicitud
de Patente Japonesa Distribuida al Público Nº
3-197536 anteriormente descrita, el compuesto de
alquilamina es incorporado a la mezcla a fin de mejorar la
propiedad de generación de calor. Sin embargo, ni se describe ni se
sugiere que en una composición de caucho que contenga sílice sean
mejoradas la dispersabilidad de la sílice así como la propiedad de
generación de calor y la resistencia a la abrasión.
La presente invención está destinada a resolver
los problemas convencionales anteriormente descritos, y un objetivo
de la misma es el de aportar una composición de caucho que presente
una buena dispersabilidad de la sílice en el caucho, una buena
propiedad de generación de calor y una buena resistencia a la
abrasión, y el de aportar una cubierta neumática que use dicha
composición de caucho.
Se llama asimismo la atención acerca de las
descripciones de los documentos
JP-A-01101344 y
EP-A-0525585.
Las intensivas investigaciones llevadas a cabo
por los presentes inventores a fin de resolver los problemas
anteriormente descritos han permitido obtener con éxito una
composición de caucho que presenta una buena dispersión de la sílice
en el caucho en gran medida y tiene la propiedad de generar una
pequeña cantidad de calor y una alta resistencia a la abrasión a
base de mezclar un específico agente mejorador de la dispersión con
una cantidad prescrita de sílice, y una cubierta neumática que usa
dicha composición de caucho.
La presente invención radica en los siguientes
puntos (1) a (7):
(1) Composición de caucho que comprende de 15 a
85 partes en peso de sílice por cada 100 partes en peso de un
componente de caucho que comprende caucho natural y/o caucho
sintético hecho a base de dieno, un agente vulcanizante y un
compuesto de amina terciaria representado por la siguiente Fórmula
(I) mezclado en una proporción de un 1 a un 15% en peso sobre la
base de la cantidad de sílice anteriormente descrita:
donde R_{1} representa un grupo alquilo, un
grupo alquenilo o un grupo alcoxilo que tiene de 1 a 36 átomos de
carbono y un grupo hidroxi-sustituido del mismo, un
grupo bencilo, un grupo bencilo sustituido con un grupo alquilo o
un grupo alquenilo que tiene de 4 a 36 átomos de carbono, o un
grupo representado por una de las siguientes Fórmulas (II); y
R_{2} y R_{3} representan independientemente un grupo alquilo o
un grupo alquenilo que tiene de 1 a 36 átomos de carbono, un grupo
bencilo, un grupo ciclohexilo o un grupo
hidroxi-sustituido de los
mismos:
---A---
\uelm{N}{H}
\uelm{C}{\uelm{\dpara}{O}}---R_{4}
...(II)---A---O
\uelm{C}{\uelm{\dpara}{O}}---R_{4}
---A---
\uelm{C}{\uelm{\dpara}{O}}O---R_{4}
-(A-O)_{m}-R_{4}
-(R_{5}-O)_{n}-X
donde R_{4} representa un grupo alquilo o un
grupo alquenilo que tiene de 1 a 36 átomos de carbono; R_{5}
representa un grupo etileno o un grupo propileno; X representa
hidrógeno, un grupo alquilo, un grupo alquenilo, un grupo alcanoilo
o un grupo alquenoilo que tiene de 1 a 28 átomos de carbono; A
representa un grupo alquileno o un grupo hidroxialquileno que tiene
de 2 a 6 átomos de carbono; m es un entero de 1 a 10, y cuando m es
2 o más, el respectivo A puede ser igual o distinto; y n es un
entero de 1 a
10.
(2) La composición de caucho descrita en el
anterior punto (1), en la que el compuesto de amina terciaria
representado por la Fórmula (I) anteriormente descrita tiene un
peso molecular de 180 o más.
(3) La composición de caucho descrita en el
anterior punto (1), en la que el compuesto de amina terciaria
representado por la Fórmula (I) anteriormente descrita es una
dimetilalquilamina en la cual R_{1} y R_{2} son ambos un grupo
metilo y R_{3} es un grupo alquilo que tiene de 12 a 36 átomos de
carbono.
(4) La composición de caucho descrita en el
anterior punto (1), en la que el compuesto de amina terciaria
representado por la Fórmula (I) anteriormente descrita es
dimetilestearilamina.
\newpage
(5) La composición de caucho descrita en el
anterior punto (1), que comprende además un agente de acoplamiento
de silano mezclado en una proporción de un 1 a un 15% en peso sobre
la base de la cantidad de sílice.
(6) La composición de caucho descrita en el
anterior punto (1), que comprende además negro de carbón en una
proporción de 20 a 80 partes en peso por cada 100 partes en peso
del componente de caucho.
(7) Cubierta neumática que comprende una parte
que constituye la banda de rodadura, una parte que constituye los
flancos y una parte que constituye los talones, en cuya cubierta
neumática la parte anteriormente mencionada que constituye la banda
de rodadura comprende la composición de caucho descrita en
cualquiera de los puntos (1) a (6).
Se explica detalladamente a continuación la
realización de la presente invención.
En la presente invención pueden usarse caucho
natural (NR) o caucho sintético en solitario o bien mezclándolos en
calidad de componente de caucho. El caucho sintético incluye, por
ejemplo, caucho sintético de poliisopreno (IR), caucho de
polibutadieno (BR) y caucho estireno-butadieno
(SBR).
Por ejemplo, en calidad de la sílice usada en la
presente invención se prefiere sílice precipitada, pero ello no
deberá ser objeto de restricciones especificas. La cantidad de
sílice a incorporar a la mezcla es de 15 a 85 partes en peso de
sílice por cada 100 partes en peso del componente de caucho
anteriormente descrito. Si la cantidad de sílice incorporada a la
mezcla es de menos de 15 partes en peso, no es impartida la
propiedad de refuerzo en grado suficiente, y si la cantidad
incorporada a la mezcla es de más de 85 partes en peso se ve
deteriorada la elaborabilidad tal como en el calentamiento y en la
extrusión. La cantidad de sílice a incorporar a la mezcla es
preferiblemente de 20 a 65 partes en peso considerando la propiedad
de refuerzo, la propiedad de generar una pequeña cantidad de calor y
la elaborabilidad.
El compuesto amínico usado como agente mejorador
de la dispersión de la presente invención es un compuesto de amina
terciaria que está representado por la siguiente Fórmula (I):
donde R_{1} representa un grupo alquilo, un
grupo alquenilo o un grupo alcoxilo que tiene de 1 a 36 átomos de
carbono y un grupo hidroxi-sustituido del mismo, un
grupo bencilo, un grupo bencilo sustituido con un grupo alquilo o
un grupo alquenilo que tiene de 4 a 36 átomos de carbono, o un
grupo representado por una de las siguientes Fórmulas (II); y
R_{2} y R_{3} representan independientemente un grupo alquilo o
un grupo alquenilo que tiene de 1 a 36 átomos de carbono, un grupo
bencilo, un grupo ciclohexilo o un grupo
hidroxi-sustituido de los
mismos:
---A---
\uelm{N}{H}
\uelm{C}{\uelm{\dpara}{O}}---R_{4}
...(II)---A---O
\uelm{C}{\uelm{\dpara}{O}}---R_{4}
---A---
\uelm{C}{\uelm{\dpara}{O}}O---R_{4}
-(A-O)_{m}-R_{4}
-(R_{5}-O)_{n}-X
donde R_{4} representa un grupo alquilo o un
grupo alquenilo que tiene de 1 a 36 átomos de carbono; R_{5}
representa un grupo etileno o un grupo propileno; X representa
hidrógeno, un grupo alquilo, un grupo alquenilo, un grupo alcanoilo
o un grupo alquenoilo que tiene de 1 a 28 átomos de carbono; A
representa un grupo alquileno o un grupo hidroxialquileno que tiene
de 2 a 6 átomos de carbono; m es un entero de 1 a 10, y cuando m es
2 o más, el respectivo A puede ser igual o distinto; y n es un
entero de 1 a
10.
Específicamente, R_{1} incluye los grupos
metilo, etilo, propilo, laurilo, estearilo, lauroilaminoetileno,
estearoiloxietileno, acriloiloxipropileno, metacriloiloxipropileno,
2-hidroximetilo, 2-hidrododecilo,
bencilo y ciclohexilo.
Específicamente, R_{2} y R_{3} incluyen los
grupos metilo, etilo, laurilo, estearilo, vinilo, alilo,
2-alioxi-2-hidroxipropilo,
bencilo e hidroxietilo.
Específicamente, R_{4} incluye los grupos
metilo, etilo, laurilo, estearilo, vinilo y alilo.
Específicamente, X incluye un átomo de hidrógeno
y los grupos etilo, laurilo, estearilo, vinilo, alilo, lauroilo,
estearoilo, acriloilo y metacriloilo.
Los ejemplos específicos del compuesto de amina
terciaria que es usado en la presente invención incluyen
trioctilamina, dimetildecilamina, dimetilmiristilamina,
dimetiloctadecenilamina, dimetilhexadecenilamina,
dimetilmetacriloxipropilamina, metildivinilamina,
N,N,N-trilaurilamina,
N,N,N-triestearilamina,
N,N-dimetil-N-laurilamina,
N,N-dimetil-N-estearilamina,
N-metil-N,N-dilaurilamina,
N-metil-N,N-diestearilamina,
N,N-dibencil-N-estearilamina,
N-bencil-N,N-dilaurilamina,
N,N-dialil-N-estearilamina,
N,N-dialil-N-laurilamina,
N,N-dimetil-N-lauriloiloxietilamina,
N,N-dimetil-N-estearoiloxietilamina,
N,N-dimetil-N'-lauroilpropilamina,
N,N-dihidroxietil-N-estearilamina,
N,N-dihidroxietil-N-laurilamina,
N,N-dihidroxietil-N-2-hidroxidodecilamina,
N,N-polioxietileno-N-estearilamina,
N,N-di(-2-hidroxi-3-aliloxipropil)-N-hexadecilamina,
N,N-di(-2-hidroxi-3-aliloxipropil)-N-octadecilamina,
N,N-di(-2-hidroxi-3-acriloxicarbonil)propil-N-hexadecilamina,
N,N-di(-2-hidroxi-3-acriloxicarbonil)propil-N-octadecilamina,
N,N-di(-5-hidroxi-3,7-dioxi-9-decil-1-il)-N-octadecilamina y compuestos esterificados con ácido acrílico, ácido metacrílico y ácidos grasos.
N,N-di(-5-hidroxi-3,7-dioxi-9-decil-1-il)-N-octadecilamina y compuestos esterificados con ácido acrílico, ácido metacrílico y ácidos grasos.
Preferiblemente, el compuesto de amina terciaria
es una dimetilalquilamina en la cual R_{1} y R_{2} son ambos un
grupo metilo y R_{3} es un grupo alquilo que tiene de 12 a 36
átomos de carbono, y más preferiblemente dimetilestearilamina desde
el punto de vista de la temperatura de inflamación, de la propiedad
de generar una pequeña cantidad de calor y del mejoramiento de la
dispersión.
La cantidad de compuesto de amina terciaria
anteriormente descrito a incorporar a la mezcla debe ser de un 1 a
un 15% en peso, y preferiblemente de un 3 a un 10% en peso, sobre
la base de la cantidad de sílice. Si la cantidad de compuesto de
amina terciaria anteriormente descrito que se incorpore a la mezcla
es de menos de un 1% en peso, no pueden ser suficientemente
mejoradas como se pretende la dispersabilidad, la propiedad de
generar una pequeña cantidad de calor y la resistencia a la
abrasión. Por otro lado, una cantidad de mezcla de más de un 15% en
peso satura el efecto de mejoramiento de la dispersión de la sílice
y hace que el compuesto de amina terciaria actúe como un
plastificante, con lo cual disminuye la resistencia a la abrasión
(este aspecto será explicado más detalladamente en los
ejemplos).
El compuesto de amina terciaria que es usado en
la presente invención tiene preferiblemente un peso molecular de
180 o más. Si el compuesto de amina terciaria tiene un peso
molecular de menos de 180, la temperatura de inflamación es baja y
hay riesgo de inflamación durante los pasos de elaboración. En
consecuencia, dicho peso molecular no es preferido.
No hay limitación específica alguna con respecto
al agente de acoplamiento de silano preferiblemente usado en la
presente invención, siempre que se trate de un agente de
acoplamiento de silano que sea habitualmente usado en la industria
del caucho. Específicamente, dicho agente de acoplamiento de silano
incluye
bis(3-trietoxisililpropil)polisulfuro,
\gamma-mercaptopropiltrietoxisilano,
\gamma-aminopropiltrietoxisilano,
N-fenil-\gamma-aminopropiltrimetoxisilano
y
N-\beta-(aminoetil)-\gamma-aminopropiltrimetoxisilano.
La cantidad de agente de acoplamiento de silano a incorporar a la
mezcla es preferiblemente de un 1 a un 15% en peso, y más
preferiblemente de un 5 a un 12% en peso, sobre la base del peso de
sílice. Si la cantidad de agente de acoplamiento de silano que sea
incorporada a la mezcla es de menos de un 1% en peso, el efecto de
acoplamiento es escaso, y una cantidad de mezcla de más de un 15%
en peso da lugar a una gelificación del polímero. En consecuencia,
ambas cantidades de mezcla no son preferidas.
Puede ser preferiblemente usado como negro de
carbón en la presente invención negro de carbón SAF, ISAF y HAF,
pero no habrá una limitación específica con respecto al negro de
carbón. La cantidad de negro de carbón a incorporar a la mezcla es
preferiblemente de 20 a 80 partes en peso por cada 100 partes en
peso del componente de caucho anteriormente descrito desde el punto
de vista de la propiedad de refuerzo y de la propiedad de generar
una pequeña cantidad de calor. Una cantidad de mezcla de negro de
carbón de más de 80 partes en peso deteriora en gran medida la
propiedad de generación de calor. Una cantidad de mezcla de 25 a 60
partes en peso produce marcados efectos.
En la presente invención pueden ser adecuadamente
incorporados a la mezcla de ser necesario agentes de mezcla de los
que son habitualmente usados en la industria del caucho, tales como
agentes suavizadores, antioxidantes, aceleradores de la
vulcanización y agentes auxiliares para la aceleración de la
vulcanización, así como el componente de caucho, sílice, agente
vulcanizante, el compuesto de amina terciaria, el agente de
acoplamiento de silano y el negro de carbón, cada uno de los cuales
ha sido descrito anteriormente.
La composición de caucho y la cubierta neumática
de la presente invención pueden ser producidas a base de mezclar el
componente de caucho, la sílice, el agente vulcanizante, el
compuesto de amina terciaria, el agente de acoplamiento de silano y
el negro de carbón que han sido todos ellos descritos anteriormente
y los agentes de mezcla para composiciones de caucho mezclados
según sea necesario por medio de una mezcladora Banbury y de
máquinas similares.
Se supone que la composición de caucho y la
cubierta neumática de la presente invención tiene una buena
dispersabilidad de la sílice en el caucho en gran medida así como
una buena propiedad de generación de calor y una buena resistencia a
la abrasión como resultado del siguiente mecanismo de
actuación.
Habitualmente, la sílice hace que las partículas
de la misma se coagulen debido a un enlace de hidrógeno de un grupo
silanol que es un grupo funcional que está en la superficie,
resultando así inferior la dispersión de la sílice en caucho.
Además, el agente de acoplamiento de silano que
es habitualmente usado en la industria del caucho reduce el número
de grupos de silanol que están presentes en la superficie de una
partícula de sílice en virtud de una reacción de
deshidratación-condensación del grupo silanol con
un grupo silanol producido por hidrólisis de un grupo alcoxilo del
agente de acoplamiento de silano, mejorando así la dispersión de la
sílice en el caucho. Sin embargo, es difícil llevar a cabo esta
reacción a bajas temperaturas, y se considera que la misma se
desarrolla a temperaturas de 140ºC o más. Por otro lado, a altas
temperaturas de 170ºC o más es ocasionada por el agente de
acoplamiento de silano una reacción de reticulación tridimensional
del caucho, y la viscosidad aumenta drásticamente. En la práctica,
las temperaturas de mezcla del caucho suben rápidamente en el paso
de mezcla del caucho, y por consiguiente no puede transcurrir un
período de tiempo lo suficientemente largo como para que tenga lugar
la reacción entre el agente de acoplamiento de silano y la
sílice.
Por otro lado, se considera que el átomo de
nitrógeno del compuesto de amina terciaria anteriormente descrito
tiene una gran capacidad de formar un enlace de hidrógeno con un
grupo silanol que está presente en la superficie de la sílice,
ejerciendo así un efecto de enmascaramiento del grupo silanol que
está presente en la superficie de la sílice, impidiendo con ello
que las partículas de sílice se coagulen unas con otras. Esta
reacción no es un enlace primario sino adsorción química, y por
consiguiente este efecto puede tener lugar dentro de una zona de
bajas temperaturas cercanas a la temperatura ambiente.
En consecuencia, desde el comienzo de la mezcla
del caucho dentro de una zona de bajas temperaturas es ejercido el
efecto de impedir que se coagulen las partículas de sílice. Se
supone que como resultado de ello la composición de caucho y la
cubierta neumática de la presente invención tienen una buena
dispersabilidad de la sílice en el caucho en gran medida así como
una buena propiedad de generación de calor y una buena resistencia a
la abrasión.
Se describe a continuación más específicamente la
presente invención haciendo referencia a los ejemplos siguientes,
pero la presente invención no queda limitada a estos ejemplos.
Ejemplos 1 a 12 y Ejemplos Comparativos 1 a
5
Las composiciones de caucho fueron preparadas
según las fórmulas de mezcla básicas que están indicadas en la
siguiente Tabla 1 y las composiciones de mezcla que están indicadas
en la siguiente Tabla 2 y en la siguiente Tabla 3. Las unidades de
peso que están indicadas en las tablas son partes en peso.
El efecto de Payne (\DeltaE'), la propiedad de
generar una pequeña cantidad de calor y la propiedad de abrasión de
las composiciones de caucho obtenidas en los Ejemplos 1 a 12 y en
los Ejemplos Comparativos 1 a 5 fueron evaluados mediante los
siguientes métodos de evaluación.
Los resultados de ello están indicados en la
siguiente Tabla 2 y en la siguiente Tabla 3.
Cuando una deformación cinética por tracción fue
variada dentro de la gama de valores que va desde un 0,1 hasta un
5% bajo las condiciones de una frecuencia de 50 Hz, una carga
inicial de 100 g y 25ºC, fue determinada una variación de E' (módulo
de elasticidad en memoria dinámica) por medio de un espectrómetro
de viscoelasticidad fabricado por la Toyo Seiki Seisakusho Co.,
Ltd.
Fue usada como probeta una hoja con forma de
placa que tenía un espesor de 2 mm y una anchura de 5 mm, y fue
ajustada una distancia entre mordazas de 2 cm. La carga inicial fue
ajustada a 100 g. El \DeltaE' fue obtenido como:
\Delta = E'_{max} -
E'_{min}
y fue expresado como índice obtenido por
contraste con un
control.
\newpage
Se considera que el efecto de Payne indica el
grado de dispersión de una carga en caucho, y cuanto menor es el
valor del índice, tanto menor es el \DeltaE', y tanto mejor es la
dispersión de la carga en el caucho.
Un factor de resiliencia al impacto determinado a
una temperatura de 25ºC según la JIS (JIS = Norma Industrial
Japonesa) K6255-1996 (3) por medio de un aparato de
la referencia 2 de dicha JIS fue usado para expresar la propiedad
de generar una pequeña cantidad de calor en términos de un índice
obtenido por contraste con un control. Cuanto menor es el valor del
índice, tanto más alto es el factor de resiliencia al impacto, y
tanto mejor es la propiedad de generar una pequeña cantidad de
calor.
Un índice de resistencia a la abrasión que indica
una resistencia a la abrasión fue determinado a una presión de
contacto con el piso en una superficie de cubierta de 5 kg/cm^{2}
y con un porcentaje de resbalamiento de un 40% según la JIS
K6264-1993 por medio de un abrasímetro Lamborn, y
fue calculado según la ecuación siguiente:
Índice de resistencia a la
abrasión = [(peso perdido del control)/(peso perdido de la
probeta)] x
100
Queda de manifiesto que cuanto mayor es este
índice, tanto mejor es la resistencia a la abrasión. En la
evaluación anteriormente descrita, fue establecida como control la
composición de caucho preparada en el Ejemplo Comparativo 1.
La composición de caucho fue aplicada a la banda
de rodadura de una cubierta para automóviles de turismo que tenía
unas dimensiones de 195/65R15. La cubierta preparada como se ha
indicado anteriormente fue unida a una llanta 6JJ, fue inflada a una
presión interna de 2,0 kg/cm^{2}, y bajo una carga de 440 kg fue
puesta en contacto con un tambor que tenía un diámetro exterior de
1,7 m, y el tambor fue puesto en rotación. La velocidad fue
incrementada hasta una velocidad fija, y entonces se dejó que el
tambor girase por inercia. El momento de inercia fue medido cuando
la velocidad llegó a ser de 80 km/hora. La resistencia a la
rodadura fue evaluada a partir del momento de inercia obtenido según
la ecuación siguiente:
índice = [(momento de inercia
de la cubierta de control)/(momento de inercia de la cubierta de
muestra)] x
100
El valor calculado es expresado como un índice,
siendo de 100 el índice del Ejemplo Comparativo 1. Cuanto mayor es
el índice, tanto mejor es la resistencia a la rodadura.
Se prefiere el valor mayor.
La cubierta fue instalada en un automóvil de
fabricación nacional de 2.000 cm^{3} para medir la profundidad de
una acanaladura residual tras haber sido recorridos 10.000 km, y la
resistencia a la abrasión en condiciones reales de marcha fue
evaluada según la ecuación siguiente:
[(profundidad de acanaladura
residual de la cubierta preparada en el Ejemplo Comparativo
1)/(profundidad de acanaladura residual de la cubierta a
probar)]
Se prefiere el valor mayor.
| Componente mezclado | Partes en peso |
| Componente de caucho | 100 |
| Sílice | Variable |
| Negro de carbón | Variable |
| Aceite aromático | 20 |
| Ácido esteárico | 2 |
| Agente de acoplamiento de silano Si69^{*1} | Variable |
| Compuesto de amina terciaria | Variable |
| Óxido de zinc | 3 |
| Antioxidante^{*2} | 1 |
| Acelerador de la vulcanización^{*3} | 1.5 |
| Azufre | 1.5 |
| *1 Bis(3-trietoxisililpropil)tetrasulfuro fabricado por la Degussa AG. | |
| *2 N-fenil-N'-isopropil-p-fenilenodiamina | |
| *3 N-oxidietileno-2-benzotiazolsulfenamida |
(Tabla pasa a página
siguiente)
(Con respecto a esta tabla, véase la tabla
anterior)
Ha quedado claro que desde un punto de vista
general se logra una alta dispersabilidad de la sílice en el caucho,
una propiedad de generar una pequeña cantidad de calor y una
excelente resistencia a la abrasión en los Ejemplos 1 a 12 que
quedan dentro del alcance de la presente invención, en comparación
con los Ejemplos Comparativos 1 a 5, que quedan fuera del alcance
de la presente invención.
Observados individualmente, los Ejemplos 1 a 3
corresponden a composiciones de caucho que han sido obtenidas a base
de mezclar los componentes de caucho, sílice, los agentes de
acoplamiento de silano y los compuestos de amina terciaria que
quedan todos ellos dentro del alcance de la presente invención, y a
cubiertas neumáticas que usan dichas composiciones de caucho, y ha
quedado claro que en los Ejemplos 1 a 3 se logra una alta
dispersabilidad de la sílice en el caucho, una propiedad de generar
una pequeña cantidad de calor y una excelente resistencia a la
abrasión en comparación con el Ejemplo Comparativo 1 (control), que
tiene una composición que se diferencia de las composiciones de
mezcla de los Ejemplos 1 a 3 solamente en que no es incorporado a
la mezcla el compuesto de amina terciaria.
El Ejemplo Comparativo 2 queda fuera del alcance
de la presente invención, porque el compuesto de amina terciaria es
incorporado a la mezcla en una proporción de un 20% en peso (>
15% en peso) sobre la base del peso de sílice. No tan sólo queda
saturado el efecto de mejoramiento de la dispersión de la sílice,
sino que se ve deteriorada la resistencia a la abrasión.
Los Ejemplos 4 a 12 corresponden a composiciones
de caucho que han sido obtenidas a base de mezclar los componentes
de caucho, sílice, los agentes de acoplamiento de silano y varios
compuestos de amina terciaria que quedan todos ellos dentro del
alcance de la presente invención, y a las cubiertas neumáticas que
usan dichas composiciones de caucho, y ha quedado claro que en los
Ejemplos 4 a 12 se logra una alta dispersabilidad de la sílice en el
caucho, una propiedad de generar una pequeña cantidad de calor y
una excelente resistencia a la abrasión en comparación con los
controles (Ejemplo Comparativo 1 y Ejemplo Comparativo 4), que
tienen unas composiciones que se diferencian de las composiciones de
mezcla de los Ejemplos 4 a 12 tan sólo en que no es incorporado a
la mezcla el compuesto de amina terciaria.
El Ejemplo Comparativo 3 queda fuera del alcance
de la presente invención porque la cantidad de sílice incorporada a
la mezcla es de 90 partes en peso (> 85 partes en peso) por cada
100 partes en peso del componente de caucho. Ha quedado claro que
mientras que es mejorada la resistencia a la abrasión, la
dispersabilidad de la sílice en el caucho se ve más bien
deteriorada, y la propiedad de generación de calor empeora
asimismo.
Los Ejemplos Comparativos 4 a 5 y los Ejemplos 11
a 12 usan sílice y negro de carbón juntos, y el Ejemplo Comparativo
4 es un control.
El Ejemplo Comparativo 5 queda fuera del alcance
de la presente invención porque la cantidad de sílice incorporada a
la mezcla es de menos de 15 partes en peso, el cual es el límite
inferior. La propiedad de la composición de caucho en virtud de la
cual la misma genera una pequeña cantidad de calor es inferior, y
la resistencia a la rodadura de la cubierta neumática es también
inferior.
Resumiendo los resultados anteriormente
descritos, ha quedado claro que las composiciones de caucho y las
cubiertas neumáticas de la presente invención tienen una buena
dispersabilidad de la sílice en el caucho, una buena propiedad de
generación de calor y una buena resistencia a la abrasión solamente
cuando se incorporan a la mezcla sílice en una cantidad de 15 a 85
partes en peso por cada 100 partes en peso de caucho natural y/o
caucho sintético hecho a base de dieno y el compuesto de amina
terciaria representado por la Fórmula (I) anteriormente descrita en
una cantidad de un 1 a un 15% e peso sobre la base de la cantidad
de sílice.
La composición de caucho y la cubierta neumática
de la presente invención pueden ser convenientemente usadas para
aplicaciones en las cuales se requiera una propiedad de generación
de pequeña cantidad de calor y una alta resistencia a la abrasión.
Dichas composiciones de caucho según la presente invención pueden
ser en particular convenientemente aplicadas a productos de caucho
tales como cubiertas, cintas transportadoras y mangueras.
Claims (7)
1. Composición de caucho que comprende de 15 a 85
partes en peso de sílice por cada 100 partes en peso de un
componente de caucho que comprende caucho natural y/o caucho
sintético hecho a base de dieno, un agente vulcanizante y un
compuesto de amina terciaria representado por la siguiente Fórmula
(I) mezclado en una proporción de un 1 a un 15% en peso sobre la
base de la cantidad de sílice anteriormente descrita:
donde R_{1} representa un grupo alquilo, un
grupo alquenilo o un grupo alcoxilo que tiene de 1 a 36 átomos de
carbono y un grupo hidroxi-sustituido del mismo, un
grupo bencilo, un grupo bencilo sustituido con un grupo alquilo o
un grupo alquenilo que tiene de 4 a 36 átomos de carbono, o un grupo
representado por la siguiente Fórmula (II); y R_{2} y R_{3}
representan independientemente un grupo alquilo o un grupo
alquenilo que tiene de 1 a 36 átomos de carbono, un grupo bencilo,
un grupo ciclohexilo o un grupo hidroxi-sustituido
de los
mismos:
---A---
\uelm{N}{H}
\uelm{C}{\uelm{\dpara}{O}}---R_{4}...(II)---A---O
\uelm{C}{\uelm{\dpara}{O}}---R_{4}---A---
\uelm{C}{\uelm{\dpara}{O}}O---R_{4}-(A-O)_{m}-R_{4}
-(R_{5}-O)_{n}-X
donde R_{4} representa un grupo alquilo o un
grupo alquenilo que tiene de 1 a 36 átomos de carbono; R_{5}
representa un grupo etileno o un grupo propileno; X representa
hidrógeno, un grupo alquilo, un grupo alquenilo, un grupo alcanoilo
o un grupo alquenoilo que tiene de 1 a 28 átomos de carbono; A
representa un grupo alquileno o un grupo hidroxialquileno que tiene
de 2 a 6 átomos de carbono; m es un entero de 1 a 10, y cuando m es
2 o más, el respectivo A puede ser igual o distinto; y n es un
entero de 1 a
10.
2. Composición de caucho como la reivindicada en
la reivindicación 1, en la que el compuesto de amina terciaria
representado por la Fórmula (I) anteriormente descrita tiene un peso
molecular de 180 o más.
3. Composición de caucho como la reivindicada en
la reivindicación 1, en la que el compuesto de amina terciaria
representado por la Fórmula (I) anteriormente descrita es una
dimetilalquilamina en la cual R_{1} y R_{2} son ambos un grupo
metilo y R_{3} es un grupo alquilo que tiene de 12 a 36 átomos de
carbono.
4. Composición de caucho como la reivindicada en
la reivindicación 1, en la que el compuesto de amina terciaria
representado por la Fórmula (I) anteriormente descrita es
dimetilestearilamina.
5. Composición de caucho como la reivindicada en
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, que comprende además un
agente de acoplamiento de silano mezclado en una proporción de un 1
a un 15% en peso sobre la base de la cantidad de sílice.
6. Composición de caucho como la reivindicada en
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, que comprende además
negro de carbón en una proporción de 20 a 80 partes en peso por cada
100 partes en peso del componente de caucho.
\newpage
7. Cubierta neumática que comprende una parte que
constituye la banda de rodadura, una parte que constituye los
flancos y una parte que constituye los talones, en cuya cubierta
neumática dicha parte que constituye la banda de rodadura comprende
la composición de caucho que ha sido descrita en cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 6.
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