ES2220606T3 - Procedimiento para producir neumaticos, neumaticos asi obtenidos y composiciones elastomericas usadas en los mismos. - Google Patents
Procedimiento para producir neumaticos, neumaticos asi obtenidos y composiciones elastomericas usadas en los mismos.Info
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- C08L63/08—Epoxidised polymerised polyenes
Abstract
Procedimiento para producir neumáticos para ruedas de vehículos, comprendiendo dicho procedimiento las siguientes etapas: Fabricar un neumático en crudo que comprende por lo menos un material elastomérico reticulable; Someter el neumático en crudo a moldeado en una cavidad de moldeo definida en un molde de vulcanización; Reticular el material elastomérico mediante calentamiento del neumático a una temperatura predeterminada y durante un periodo de tiempo predeterminado; Caracterizado por el hecho de que el material elastomérico reticulable comprende: (a) un polímero elastomérico que contiene grupos carboxílicos, y (b) un polímero elastomérico epoxidizado que contiene entre un 0, 1% molar y un 20% molar de grupos de epóxido respecto al número total de moles de monómeros presentes en el polímero, en el cual dicha etapa de reticulación se realiza en ausencia substancial de agentes de reticulación adicionales.
Description
Procedimiento para producir neumáticos,
neumáticos así obtenidos y composiciones elastoméricas usadas en
los mismos.
La presente invención se refiere a un
procedimiento para producir neumáticos para ruedas de vehículos, a
los neumáticos así obtenidos y a las composiciones elastoméricas
reticulables usadas en los mismos. Más particularmente, la presente
invención se refiere a un procedimiento para producir neumáticos
para ruedas de vehículos, que se puede realizar en ausencia
substancial de agentes de reticulación, a los neumáticos así
obtenidos y a las composiciones reticulables usadas en los
mismos.
Los procedimientos para vulcanizar elastómeros de
dieno con azufre son utilizados ampliamente en la industria del
caucho para la producción de una amplia gama de productos, y en
particular neumáticos para ruedas de vehículos. Aunque estos
procedimientos proporcionan productos vulcanizados de alta calidad,
son considerablemente complicados de realizar, principalmente debido
al hecho de que, para obtener una óptima vulcanización dentro de los
tiempos industrialmente aceptables, es necesario usar un sistema de
vulcanización complejo que incluye, además de azufre o compuestos
donantes de azufre, uno o más activadores (por ejemplo ácido
esteárico, óxido de zinc y similares) y uno o más aceleradores (por
ejemplo tiazoles, ditiocarbamatos, tiuramos, guanidinas, sulfamidas
y similares). La presencia de estos productos puede, en algunos
casos, provocar problemas considerables en términos de
nocividad/toxicidad tanto durante la producción como durante el uso,
en particular cuando los productos vulcanizados están diseñados para
uso médico/de salud o alimentario. Además, es conocido que el uso de
azufre o compuestos donantes de azufre provoca, durante la etapa de
vulcanización que generalmente se realiza a temperaturas por encima
de 150ºC, el desarrollo de compuestos sulfurados volátiles.
En consecuencia, en los últimos años, los
esfuerzos de investigación se han dirigido a lo largo de dos líneas
diferentes, siendo la primera para mejorar los procedimientos de
vulcanización conocidos para hacerlos más eficientes y limpios, la
segunda pensada para desarrollar técnicas de reticulado
alternativas. Aunque se ha hecho un progreso apreciable, no es
posible afirmar en la actualidad que existan técnicas alternativas
al reticulado con azufre que puedan dar similares resultados y que
puedan conseguir simultáneamente una simplificación en términos de
producción. Por ejemplo, los procedimientos de reticulado a través
de compuestos de peróxido requieren precauciones especiales teniendo
en cuenta la inestabilidad de estos compuestos, además de requerir
el uso de activadores. La reticulación mediante radiación implica el
uso de un equipo complejo, así como la incorporación de todas las
precauciones requeridas cuando se usa radiación de alta energía y
alta potencia.
Las llamadas composiciones elastoméricas de
"autoreticulación", es decir, composiciones que no requieren el
uso de agentes de reticulado tales como azufre o compuestos de
azufre, son conocidas en la técnica.
Por ejemplo, la patente US 2.724.707 describe
composiciones elastoméricas que consisten en un polímero de dieno
que contienen grupos carboxílicos, en particular un caucho de
nitrilo carboxilado (XNBR) obtenido mediante una hidrólisis parcial
de un polímero butadieno/acrilonitrilo, en el que está disperso un
óxido de metal polivalente. Al calentar estas composiciones, se
reticulan según un mecanismo de tipo iónico.
Un estudio de la reticulación de XNBR con un alto
grado de carboxilación, mediante la reacción con una resina epoxi
(por ejemplo bisfenol A diglicidil éter) en presencia de rellenos de
refuerzo tales como negro de carbono, sílice y arcilla, se publica
en el artículo de S.K. Chakraborty y S.K. De, publicado en el
"Journal of Applied Polymer Science", vol. 27, páginas
4561-4576 (1982). La reticulación se realiza
mediante el calentamiento del compuesto a 150º-180ºC. Como es
conocido, las resinas epoxi son productos de bajo peso molecular en
las que los grupos de epóxido (o oxirano) son "externos", es
decir, están situados en una posición Terminal sobre la cadena de
hidrocarburos principal, formando el átomo de oxígeno el anillo de
oxirano que están enlazado con el último y el penúltimo átomos de
carbono de esta cadena.
Un estudio de la reticulación de una composición
basada en caucho natural epoxidizado (ENR) y XNBR se publicó en el
artículo de R. Alex, P.P. De, N.M. Mathew y S.K. De, publicado en
"Plastics and Rubber Processing and Applications", vol. 14, No.
4, 1990. En particular, este artículo describe el reticulado de
composiciones que consisten en ENR y XNBR, tal como o contienen
silicio o negro de carbono como relleno de refuerzo. Según lo
publicado por los autores, la reacción de reticulado en las mezclas
de ENR y XNBR comprende la formación de uniones de éster entre los
grupos de epóxido y los grupos carboxílicos. Las curvas geométricas
indicarían la ausencia de reversión, estabilidad de la estructura
reticulada y un alto índice de reticulado.
La patente italiana IT 1.245.551 describe
composiciones de autoreticulación que contienen un elastómero
epoxidizado y un agente de reticulación de fórmula
R1-R-R2, en la que R es un grupo de
arileno, alquileno o alquenileno, mientras R1 y R2 son grupos
carboxílicos, de amina, sulfónicos o clorosulfónicos. Se pueden usar
como agentes de reticulación ácidos dicarboxílicos o
policarboxílicos, o mezclas de los mismos. Las composiciones de
autoreticulación que contienen un elastómero epoxidizado y un
segundo elastómero, en las que las unidades repetidas de la cadena
de polímero contienen por lo menos un grupo carboxílico, también se
describen. Por ejemplo, las composiciones de autoreticulación se
obtienen mezclando un elastómero epoxidizado (por ejemplo los
productos ENR 25 o ENR 50, que están disponibles bajo el nombre
comercial Epoxyprene® de Guthrie Symington Ltd.) con un copolímero
butadieno/ácido acrílico (por ejemplo un producto vendido por
Polysar/Bayer bajo el nombre comercial Krynac®. La reacción de
reticulado se realiza mediante calentamiento entre los grupos
epóxidos y los grupos carboxílicos, con la formación de uniones de
éster.
La patente US 5.173.557 describe composiciones de
autovulcanización que comprenden un polímero elastomérico
funcionalizado con grupos de isocianato y un compuesto que contiene
por lo menos dos hidrógenos activos de tipo Zerewitinoff, o
composiciones de autoreticulación que comprenden un polímero
elastomérico que contiene hidrógenos activos de tipo Zerewitinoff y
un compuesto que contiene por lo menos dos grupos de isocianato.
Alternativamente, se puede usar un polímero elastomérico que
contiene grupos de isocianato o hidrógenos activos de tipo
Zerewitinoff, sin usar un agente de reticulación adicional. Los
hidrógenos activos pueden estar presentes, por ejemplo, en grupos de
hidróxido, amina, carboxílicos o tiol. Para evitar la reticulación
previa no deseada del elastómero, los grupos de isocianato están
bloqueados de antemano con grupos funcionales adecuados, que se
eliminan mediante calentamiento antes de la reacción de reticulado
entre los grupos de isocianato libres y los hidrógenos activos,
opcionalmente con la ayuda de un catalizador.
Sobre la base de la experiencia del solicitante,
las composiciones de autoreticulación propuestas hasta ahora en la
técnica anterior no proporcionan una alternativa válida a las
composiciones convencionales vulcanizadas con azufre o derivados del
mismo. La razón para esto es que las cualidades de rendimiento de
los productos reticulados son generalmente insatisfactorias, en
particular para aplicaciones tales como compuestos de neumáticos, en
los que se requiere una consistencia substancial de las cualidades
de rendimiento elástico sobre una amplia gama de temperaturas de
trabajo y, al mismo tiempo, una alta resistencia a la abrasión sin
aumentar de manera inaceptable la dureza. Este es el caso, por
ejemplo, de las composiciones de autoreticulación descritas
anteriormente, en las que un polímero que contiene grupos
carboxílicos (por ejemplo XNBR) se reticula con calor en mezcla con
un polímero elastomérico epoxidizado o con una resina epoxi.
El solicitante ha encontrado ahora que los
productos reticulados, y el particular los neumáticos para ruedas de
vehículos, que tienen la combinación deseada de propiedades, se
pueden producir en ausencia substancial de agentes de reticulación
adicionales, mediante el uso de composiciones de autoreticulación
que comprenden una mezcla de un polímero elastomérico que contiene
grupos carboxílicos y un polímero elastomérico epoxidizado que
contiene entre un 0,1% molar y un 20% molar de grupos epóxidos
respecto al número total de moles de monómeros presentes en el
polímero.
Después de calentarlas, estas composiciones
consiguen un alto grado de reticulación sin la adición de agentes de
reticulación convencionales, con tiempos de reticulación contenidos
dentro de límites que son aceptables para el uso industrial. El
producto reticulado resultante combina unas excelentes cualidades de
rendimiento mecánico y elástico (en particular tensión en rotura,
elongación en rotura, módulo y dureza) que son tales como para hacer
que las composiciones de autoreticulación anteriores sean
particularmente adecuadas como materiales elastoméricos que se han
de usar para la producción de neumáticos, en particular bandas de
rodadura.
Según un primer aspecto, la presente invención,
de esta manera, se refiere a un procedimiento para producir
neumáticos para ruedas de vehículos, comprendiendo dicho
procedimiento las siguientes etapas:
Fabricar un neumático en crudo que comprende por
lo menos un material elastomérico reticulable;
Someter el neumático en crudo a moldeado en una
cavidad de moldeo definida en un molde de vulcanización;
Reticular el material elastomérico mediante
calentamiento del neumático a una temperatura predeterminada y
durante un periodo de tiempo predeterminado;
Caracterizado por el hecho de que el material
elastomérico reticulable comprende: (a) un polímero elastomérico que
contiene grupos carboxílicos, y (b) un polímero elastomérico
epoxidizado que contiene entre un 0,1% molar y un 20% molar de
grupos de epóxido respecto al número total de moles de monómeros
presentes en el polímero, en el cual dicha etapa de reticulación se
realiza en ausencia substancial de agentes de reticulación
adicionales.
Según un aspecto preferido, el material
elastomérico reticulable puede comprender un lubricante,
preferiblemente un lubricante epoxidizado que contiene grupos
epóxido situados internamente en la molécula.
Según otro aspecto preferido, la etapa de
reticulación se realiza mediante el calentamiento del material
elastomérico reticulable a una temperatura de por lo menos 120ºC
durante un periodo de tiempo de por lo menos 3 minutos,
preferiblemente a una temperatura entre 130ºC y 230ºC durante un
periodo de tiempo entre 5 y 90 minutos.
Según un aspecto particularmente preferido, dicho
material elastomérico reticulable también comprende un relleno de
refuerzo.
En un segundo aspecto, la presente invención se
refiere a un neumático para ruedas de vehículo, que comprende uno o
más componentes hechos de material elastomérico reticulado,
caracterizado por el hecho de que por lo menos uno de dichos
componentes comprende, como material elastomérico reticulado, un
polímero elastomérico que contiene grupos carboxílicos, y un
polímero elastomérico epoxidizado que contiene entre un 0,1% molar y
un 20% molar de grupos de epóxido respecto al número total de moles
de monómeros presentes en el polímero, en el cual dicha etapa de
reticulación se realiza en ausencia substancial de agentes de
reticulación adicionales.
Según un aspecto preferido, el material
elastomérico reticulable puede comprender un lubricante,
preferiblemente un lubricante epoxidizado que contiene grupos
epóxido situados internamente en la molécula.
Según otro aspecto, la presente invención se
refiere a un neumático para vehículos, que comprende un estructura
de cintura que se extiende coaxialmente alrededor de una estructura
de carcasa y una banda de rodadura extendida coaxialmente alrededor
de la estructura de cintura y que tiene una superficie de rodadura
externa que está diseñada para entrar en contacto con el suelo,
caracterizado por el hecho de que dicha banda de rodadura comprende
un polímero elastomérico que contiene grupos carboxílicos, y un
polímero elastomérico epoxidizado que contiene entre un 0,1% molar y
un 20% molar de grupos de epóxido respecto al número total de moles
de monómeros presentes en el polímero, en el cual dicha etapa de
reticulación se realiza en ausencia substancial de agentes de
reticulación adicionales.
Según un aspecto preferido, el material
elastomérico reticulable puede comprender un lubricante,
preferiblemente un lubricante epoxidizado que contiene grupos
epóxido situados internamente en la molécula.
Según otro aspecto, la presente invención se
refiere a una composición elastomérica reticulable, que comprende:
(a) un polímero elastomérico que contiene grupos carboxílicos, y (b)
un polímero elastomérico epoxidizado que contiene entre un 0,1%
molar y un 20% molar de grupos de epóxido respecto al número total
de moles de monómeros presentes en el polímero, en el cual dicha
etapa de reticulación se realiza en ausencia substancial de agentes
de reticulación adicionales.
Según un aspecto preferido, dicha composición
puede comprender un lubricante, preferiblemente un lubricante
epoxidizado que contiene grupos epóxido situados internamente en la
molécula.
Según otro aspecto, la presente invención se
refiere a un producto elastomérico reticulado obtenido mediante
reticulación de una composición reticulable tal como se ha definido
anteriormente.
Para los propósitos de la presente descripción y
las reivindicaciones, la expresión "en ausencia substancial de
agentes de reticulación adicionales" significa que la composición
reticulable no está sometida a la acción de otros sistemas capaces
de ayudar a su reticulación, o que otros productos que pueden estar
presentes en la composición pueden, por sí mismos, participar en la
reacción de reticulación, pero se usan en cantidades menores que la
cantidad mínima requerida para obtener un grado apreciable de
reticulación en cortos periodos (por ejemplo en 5 minutos). En
particular, las composiciones según la presente invención son
reticulables en ausencia substancial de los sistemas de reticulación
comúnmente usados en la técnica, tales como, por ejemplo, azufre o
donadores de azufre, peróxidos u otros iniciadores radicales, y
ninguna de estas composiciones está sometida a la acción de
radiación de alta energía (UV, rayos gamma, etc.) como para inducir
un fenómeno de reticulación en el polímero.
Los polímeros elastoméricos que contienen grupos
carboxílicos o epóxido (que también se llaman a partir de ahora por
motivos de simplicidad como "polímeros elastoméricos
carboxilados" y "polímeros elastoméricos epoxidizados") que
se pueden utilizar según la presente invención son homopolímeros o
copolímeros con propiedades elastoméricas, teniendo una temperatura
de transición vítrea (Tg) menor de 23ºC y preferiblemente menor de
0ºC. Los polímeros elastoméricos carboxilados pueden contener
generalmente por lo menos un 1% molar, preferiblemente entre un 1%
molar y un 30% molar, más preferiblemente entre un 2% molar y un 20%
molar, de grupos carboxílicos respecto al número total de moles de
monómeros presentes en el polímero. Los polímeros elastoméricos
epoxidizados generalmente contienen entre un 0,1% molar y un 20%
molar, preferiblemente entre un 0,5% molar y un 15% molar, más
preferiblemente entre un 1% molar y un 10% molar, del grupos epóxido
respecto al número total de moles de monómeros presentes en el
polímero. Las mezclas de varios polímeros que contienen grupos
carboxílicos o epóxido, o alternativamente las mezclas de uno o más
polímeros carboxilados o epoxidizados con uno o más polímeros
elastoméricos no funcionarizados, también están incluidos dentro de
la presente definición.
Tanto para los copolímeros carboxilados como para
los copolímeros epoxidizados, la estructura puede tener una
estructura aleatoria, en bloques, unida o mezclada. El peso
molecular promedio del polímero está comprendido preferiblemente
entre 2.000 y 1.000.000, preferiblemente entre 50.000 y 500.000.
Los homopolímeros o copolímeros epoxidizados o
carboxilados en los que la estructura de base del polímero, de
origen sintético o natural, está derivada a partir de uno o más
monómeros de dieno conjugados, opcionalmente copolimerizados con
monovinilarenos y/o comonómeros polares, se prefieren
particularmente. Preferiblemente, la estructura de base del polímero
está derivada a partir de la (co)polimerización de monómeros
de dieno que contienen entre 4 y 12, preferiblemente entre 4 y 8,
átomos de carbono, elegidos, por ejemplo, entre:
1,3-butadieno, isopreno,
2,3-dimetil-1,3-butadieno,
3-butil-1,3-octadieno,
2-fenil-1,3-butadieno,
y similares, o mezclas de los mismos. Se prefieren particularmente
1,3-butadieno e isopreno.
Los monovinilarenos que se pueden usar
opcionalmente como comonómeros generalmente contienen entre 8 y 20,
preferiblemente entre 8 y 12, átomos de carbono y se pueden elegir,
por ejemplo, entre: estireno, 1-vinilnaftaleno;
2-vinilnaftaleno; varios alquilos, cicloalquilos,
arilos, alquilarilos o arilalquilos derivados de estireno, tales
como, por ejemplo: 3-metilestireno,
4-propilestireno,
4-ciclohexilestireno,
4-dodecilestireno,
2-etil-4-bencilestireno,
4-p-tolilestireno, 4
(4-fenilbutil)estireno, y similares, o
mezclas de los mismos. Se prefiere particularmente el estireno.
Estos monovinilarenos se pueden sustituir opcionalmente con uno o
más grupos funcionales, tales como grupos alcoxi, por ejemplo,
4-metoxiestireno, grupos amino, por ejemplo
4-dimetilaminoestireno, y similares.
Varios comonómeros polares se pueden introducir
en la estructura de base del polímero, en particular vinilpiridina,
vinilquinolina, ésteres ácidos acrílicos y alquilacrílicos, nitrilos
y similares, o mezclas de los mismos, tales como, por ejemplo: metil
acrilato, etil acrilato, metil metacrilato, etil metacrilato,
acrilonitrilo.
Entre las estructuras de base del polímero que
son particularmente preferidas están: caucho natural, polibutadieno,
poliisopreno, copolímeros estireno/butadieno, copolímeros
butadieno/isopreno, copolímeros estireno/isopreno, copolímeros
butadieno/acrilonitrilo, cauchos de nitrilo, o mezclas de los
mismos.
En el caso de estructuras de base de tipo
copolímero, la cantidad de comonómero de dieno respecto a los otros
comonómeros es tal como para asegurar que el polímero final tiene
propiedades elastoméricas. En este sentido, generalmente no es
posible establecer la cantidad mínima de comonómero de dieno
requerido para obtener las propiedades elastoméricas deseadas. Como
indicación, una cantidad de comonómero de dieno por lo menos un 50%
en peso respecto al peso total de los comonómeros se pueden
considerar generalmente como suficiente.
La preparación del polímero de base puede
realizarse según técnicas conocidas, generalmente mediante
(co)polimerización de los monómeros correspondientes en
emulsión, en suspensión o en solución.
Para introducir grupos carboxílicos, para obtener
polímeros elastoméricos carboxilados, el polímero de base así
obtenido se puede hacer reaccionar con un agente de carboxilación en
presencia de un iniciador radical, preferiblemente un peróxido
orgánico (por ejemplo dicumil peróxido o benzoil peróxido). Los
agentes de carboxilación comúnmente usados son, por ejemplo:
anhídrido maleico, anhídrido itacónico, ácido tioglicólico, ácido
beta-mercaptopropiónico, y similares.
Más información respecto a la estructura y a los
procedimientos para producir elastómeros carboxilados se dan, por
ejemplo, en el artículo de H.P. Brown en "Rubber Chemistry and
Technology", Vol. XXX, 5, página 1347 y posteriores (1957) o en
la patente US-2.724.707.
La epoxidación para obtener polímeros
elastoméricos epoxidizados se realiza según técnicas conocidas, por
ejemplo mediante reacción en solución con un agente epoxidizante.
Este agente es generalmente un peróxido o un perácido, por ejemplo
ácido m-cloroperbenzoico o ácido peracético, y
similares, o peróxido de hidrógeno en presencia de ácido carboxílico
o un derivado de los mismos, por ejemplo ácido acético o anhídrido
acético y similares, opcionalmente mezclados con un catalizador
ácido tal como ácido sulfúrico. Más detalles respecto a los
procedimientos para epoxidizar polímeros elastoméricos se describen,
por ejemplo, en la patente US 4.341.672 o mediante Shulz y otros, en
"Rubber Chemistry and Technology", Vol. 55, página 809 y
posteriores.
La introducción de grupos carboxílicos o epóxido
también puede realizarse durante la síntesis del polímero mediante
copolimerización de un dieno conjugado, opcionalmente mezclado con
monovinilarenos y/o comonómeros polares, tal como se ha indicado
anteriormente, y un comonómero olefínico que contienen,
respectivamente, uno o más grupos carboxílicos o epóxido, o
derivados de los mismos.
Los comonómeros olefínicos carboxilados que se
usan usualmente son, por ejemplo: ácido acrílico, ácido metacrílico,
ácido sórbico, ácido beta-acriloxipropanoico, ácido
etacrílico, 2-etil-3-ácido
propilacrílico, ácido vinilacrílico, ácido itacónico, ácido
cinámico, ácido maleico, ácido fumárico, y similares, o mezclas de
los mismos.
Dentro de esta clase de polímeros elastoméricos
carboxilados, se prefieren particularmente: copolímeros
1,3-butadieno/ácido (met)acrílico,
copolímeros 1,3-butadieno/acrilonitrilo/ácido
(met)acrílico, copolímeros
1,3-butadieno/estireno/ácido (met)acrílico, y
similares, o mezclas de los mismos.
Alternativamente, en el caso de polímeros
carboxilados se pueden usar los correspondientes derivados
carboxílicos, en particular anhídridos, ésteres, nitrilos o amidas.
En el último caso, el polímero obtenido se somete entonces a
hidrólisis para convertir total o parcialmente los grupos
funcionales introducidos así en grupos carboxílicos libres.
Los comonómeros olefínicos que contienen grupos
epóxido se pueden elegir, por ejemplo, entre: glicidil acrilato,
glicidil metacrilato, monóxido vinilciclohexano, alil glicidil éter
y metalil glicidil éter. La introducción de los grupos epóxido a
través de los comonómeros epoxidizados citados anteriormente se
puede realizar mediante la copolimerización de los correspondientes
monómeros según técnicas conocidas, en particular mediante
copolímerización de emulsión radical-mediada.
Otros polímeros elastoméricos carboxilados o
epoxidizados que se pueden usar son copolímeros elastoméricos de una
o más monoolefinas con un comonómero olefínico que contiene uno o
más grupos carboxílicos o epóxido o derivados de los mismos. Las
monoolefinas se pueden elegir entre: etileno y
alfa-olefinas que generalmente contienen entre 3 y
12 átomos de carbono, tales como, por ejemplo, propileno,
1-buteno, 1-penteno,
1-hexeno, 1-octeno y similares, o
mezclas de los mismos. Se prefieren los siguientes: copolímeros de
etileno y una alfa-olefina, y opcionalmente un
dieno; homopolímeros de isobuteno o copolímeros de los mismos con
pequeñas cantidades de un dieno, que están opcionalmente por lo
menos parcialmente halogenados. El dieno opcionalmente presente
contiene, en general, entre 4 y 20 átomos de carbono, y se elige
preferiblemente entre: 1,3-butadieno, isopreno,
1,4-hexadieno, 1,4-ciclohexadieno,
5-etilideno-2-norborneno,
5-metileno-2-norborneno,
y similares. Entre éstos, se prefieren particularmente los
siguientes: copolímeros etileno/propileno (EPR) o copolímeros
etileno/propileno/dieno (EPDM); poliisobuteno; cauchos de butil;
cauchos de halobutil, en particular cauchos de clorobutil o
bromobutil; y similares, o mezclas de los mismos.
Los comonómeros olefínicos que contienen grupos
epóxido o carboxílicos se pueden elegir entre los mencionados
anteriormente para los polímeros de dieno.
Cuando está presente un comonómero de dieno, se
puede usar para introducir grupos carboxílicos o epóxido mediante
una reacción de carboxilación o epoxidación, respectivamente, tal
como se ha descrito anteriormente.
Según la presente invención, el polímero
elastomérico carboxilado está generalmente presente en cantidades
entre 10 y 90 phr (phr = partes en peso por 100 partes de base de
polímero), preferiblemente entre 25 y 85 phr, y el polímero
elastomérico epoxidizado está generalmente presente en una cantidad
entre 10 y 90 phr, preferiblemente entre 15 y 75 phr.
Las composiciones reticulables según la presente
invención pueden contener rellenos de refuerzo, en cantidades
generalmente entre 10 y 120 phr, preferiblemente entre 30 y 100 phr.
El relleno de refuerzo puede elegirse entre los comúnmente usados
para productos reticulados, y en particular para neumáticos, tales
como: negro de carbón, silicio, alúmina, aluminosilicatos, carbonato
cálcico, caolín, y similares, o mezclas de los mismos.
Las composiciones reticulables según la presente
invención pueden comprender otros aditivos comúnmente usados
elegidos sobre la base de la aplicación específica para los que
están pensadas. Por ejemplo, los siguientes se pueden añadir a estas
composiciones: antioxidantes, agentes de protección,
plastificadotes, agentes de compatibilización para el relleno de
refuerzo, adhesivos, agentes anti-ozono, resinas de
modificación, fibras (por ejemplo Kevlar® pulp), y similares.
En particular, para el propósito de mejorar más
la procesabilidad, se puede añadir un lubricante a las composiciones
reticulables según la presente invención, eligiéndose este
lubricante en general entre aceites minerales, aceites vegetales,
aceites sintéticos y similares, o mezclas de los mismos, por
ejemplo: aceite aromático, aceite nafténico, aceite de soja, y
similares. Se prefieren particularmente lubricantes polares, por
ejemplo ftalatos y poliésteres.
También se pueden usar lubricantes epoxidizados,
en particular lubricantes que contienen grupos epóxido situados
internamente en la molécula (que se indican por simplicidad a partir
de ahora como "compuestos orgánicos con grupos epóxido
internos" o "compuestos orgánicos epoxidizados"). Estos son
productos de tipo hidrocarbono que son en forma de aceites o
líquidos viscosos a temperatura ambiente.
Dichos lubricantes contienen por lo menos dos
grupos epóxido internos, es decir, grupos en los que un puente
oxirano enlaza:
(i) dos átomos de carbono adyacentes situados en
la cadena principal, con la condición de que ninguno de dichos dos
átomos de carbono adyacentes es un átomo de carbono terminal de la
cadena; o
(ii) dos átomos de carbono adyacente situados en
una cadena lateral.
Sin embargo, la presencia de grupos epóxido
internos no excluye la posibilidad de que la molécula también tenga
grupos epóxido en una posición terminal.
Por lo menos dos grupos epóxido internos están
presentes en los lubricantes preferidos según la presente invención.
En general, la cantidad de grupos epóxido es tal que el peso de
epóxido equivalente del compuesto epoxidizado está usualmente entre
40 y 2000, preferiblemente entre 50 y 1500, más preferiblemente
entre 100 y 1000. El término "peso equivalente epóxido" (EEW)
significa el peso molecular del compuesto epoxidizado por mol de
oxígeno oxirano, o:
EEW =
\frac{1600}{%0}
donde %0 es el contenido de oxígeno
oxirano, expresado como un porcentaje e peso del oxígeno oxirano
respecto al peso total del compuesto. El contenido de oxígeno
oxirano en los compuestos epoxidizados se puede determinar según
técnicas conocidas, por ejemplo mediante titración con una solución
de ácido hidrobrómico en ácido
acético.
Una clase de lubricantes polares que contienen
grupos epóxido internos que se prefieren particularmente es el de
los aceites epoxidizados, que se pueden obtener mediante
epoxidización de ácidos o ésteres grasos insaturados (en particular
glicéridos, diglicéridos o triglicéridos) de ácidos grados
insaturados, de origen sintético o natural, o alternativamente
mediante la epoxidación de mezclas de dichos ácidos insaturados o
ésteres con ácidos grasos insaturados o ésteres de los mismos. Los
ácidos grasos saturados o insaturados generalmente contienen entre
10 y 26 átomos de carbono, preferiblemente entre 14 y 22 átomos de
carbono. Ejemplos de ácidos grasos insaturados son: ácido
miristoleico, ácido palmitoleico, ácido oleico, ácido gadoleico,
ácudo erúcico, ácido ricinoleico, ácido linoleico, ácido
arachidónico, y similares, o mezclas de los mismos. Ejemplos de
ácidos grasos saturados son: ácido láurico, ácido mirístico, ácido
palmítico, ácido esteárico, ácido behénico, y similares, o mezclas
de los mismos. Aceites vegetales epoxidizados tales como, por
ejemplo: aceite de linaza epoxidizado, aceite de cártamo
epoxidizado, aceite de soja epoxidizado, aceite de maíz epoxidizado,
aceite de semilla de algodón epoxidizado, aceite de semilla de
colza, aceite de ricino epoxidizado, aceite de tung epoxidizado,
aceite de lejía celulósica epoxidizado, octal epoxitalato, aceite de
girasol epoxidizado, aceite de oliva epoxidizado, y similares, o
mezclas de los mismos, se prefieren particularmente. Los aceites
epoxidizados generalmente tienen una temperatura de congelación
menor de 23ºC, preferiblemente menor de 10ºC. Productos de este tipo
se pueden encontrar en el mercado, por ejemplo, bajo las marcas
comerciales Epoxol® (FACI, American Chemical Service Inc.);
Paraplex®, Plasthall® y Monoplex® (C.P. Hall); Vikoflex® y Ecepox®
(Elf Atochem).
Otra clase de lubricantes que contienen grupos
epóxido internos que se pueden usar ventajosamente según la presente
invención consiste en oligómeros de dieno epoxidizado, en los que la
estructura de base del polímero, de origen sintético o natural, se
deriva de uno o más monómeros de dieno conjugados, opcionalmente
copolimerizados con otros monómeros que contienen instauración
etilénica. Estos oligómeros generalmente tienen un peso molecular
promedio (promedio numérico), que se puede determinar, por ejemplo,
mediante cromatografía de permeabilización de gel (GPC), entre 500 y
10.000, preferiblemente entre 1.000 y 8.000.
Los oligómeros derivados a partir de la
(co)polimerización de monómeros de dieno conjugados que
contienen entre 4 y 12, preferiblemente entre 4 y 8, átomos de
carbono, elegidos, por ejemplo, entre:
1,3-butadieno, isopreno, cloropreno,
2,3-dimetil-1,3-butadieno,
3-butil-1,3-octadieno,
2-fenil-1,3-butadieno,
y similares, o mezclas de los mismos, se prefieren particularmente.
Se prefieren particularmente 1,3-butadieno e
isopreno.
Los monómeros de dieno se puede copolimerizar
opcionalmente con otros monómeros que contiene instauración
etilénica, tales como, por ejemplo: alfa-olefinas
que contienen entre 2 y 12 átomos de carbono (por ejemplo etileno,
propileno o 1-buteno), monovinilarenos que contienen
entre 8 y 20 átomos de carbono (por ejemplo estireno,
1-vinilnaftaleno o 3-metilestireno),
ésteres de vinilo en los que el grupo éster contiene entre 2 y 8
átomos de carbono (por ejemplo acetato de vinilo, propionato de
vinilo o butanoato de vinilo), alquil acrilatos y alquil
metacrilatos en los que el alquilo contiene entre 1 y 8 átomos de
carbono (por ejemplo acrilato de etilo, acrilato de metilo,
metracrilato de metilo, acrilato de ter-butilo o
n-butil acrilato), acrilonitrilo, y similares, o
mezclas de los mismos.
Entre los oligómeros de dieno epoxidizados que se
prefieren están los derivados de la epoxidación de oligómeros de:
1,3-butadieno; isopreno;
1,3-butadieno y estireno;
1,3-butadieno e isopreno; isopreno y estireno;
1,3-butadieno y acrilonitrilo; y similares. Los
oligómeros epoxidizados de 1,3-butadieno o de
isopreno se prefieren particularmente.
Los oligómeros de dieno epoxidizados que se
pueden usar en la presente invención están comercialmente
disponibles, por ejemplo bajo la marca comercial Poly BD® de Elf
Atochem. La cantidad de lubricante puede variar generalmente entre 5
y 70 phr y preferiblemente entre 10 y 50 phr.
Para el propósito de aumentar el índice de
reticulación, también se puede añadir una cantidad efectiva de un
catalizador de condensación a las composiciones reticulables según
la presente invención. Esta cantidad puede variar dentro de una
amplia gama, y está generalmente entre 0,01 y 5 partes en peso,
preferiblemente entre 0,1 y 3 partes en peso, respecto a 100 partes
en peso de polímero elastomérico carboxilado. El catalizador se
puede elegir entre:
- carboxilatos de metales tales como estaño,
zinc, zirconio, hierro, plomo, cobalto, bario , calcio o manganeso,
y similares, por ejemplo: dilaurato de dibutiltino, diacetato de
dibutiltino, dilaurato de dioctiltino, acetato de estaño, caprilato
de estaño, naftalato de plomo, caprilato de zinc, naftalato de zinc,
naftalato de cobalto, octanoato ferroso, hierro
2-etilhexanoato, y similares;
- ácidos arilsulfónicos o derivados de los
mismos, por ejemplo: ácido
p-dodecilbenzenosulfónico, ácido
tetrapropilbenzenosulfónico, acetil
p-dodecibenzenosulfonato, ácido
1-naftalenosulfónico, ácido 2- naftalenosulfónico,
acetil metasulfonato, acetil p-toluenosulfonato, y
similares;
- ácidos o bases inorgánicos fuertes, tales como
hidróxido de sodio, hidróxido de potasio, ácido hidroclórico o ácido
sulfúrico, y similares;
- aminas y alcanolaminas, por ejemplo etilamina,
dibutilamina, hexilamina, piridina o dimetiletanolamina, y
similares;
- óxidos o sales inorgánicas de un metal elegido
entre Fe, Cu, Sn, Mo y Ni (tal como se describen en la solicitud de
patente europea Nº 01-102 664 presentada al mismo
tiempo a nombre del solicitante, que se incorpora aquí como
referencia);
o mezclas de los mismos.
Cuando se usa una sal inorgánica, esta sal se
elige preferiblemente entre cloruros, bromuros, sulfatos, nitratos,
en forma anhídrido o hidratada.
Por ejemplo, el acelerador de reticulación se
puede elegir entre SnCl_{2} \cdot 2H_{2}O, CuSO_{4} \cdot
5H_{2}O, (NH_{4})2Fe(SO_{4})_{2}
\cdot 6H_{2}O, NiNO_{3} \cdot 6H_{2}O y MoO_{3}, o
mezclas de los mismos (tal como se describen en la solicitud de
patente europea Nº 01-102 664 citada
anteriormente).
Las composiciones reticulables según la presente
invención se pueden preparar mezclando la base del polímero y el
relleno de refuerzo opcionalmente presente y los otros aditivos
según las técnicas conocidas en la técnica. La mezcla puede
realizarse, por ejemplo, usando una mezclador de molido abierto, o
un mezclador interno del tipo con rotores tangenciales (Banbury) o
rotores de interbloqueo (Intermix), o en mezcladores continuos de
tipo Ko-Kneader (Buss) o
co-rotativos o de tornillo doble con giro
contrario.
Durante la mezcla, la temperatura se mantiene por
debajo de un valor predeterminado para evitar una reticulación
prematura de la composición. Para este fin, la temperatura se
mantiene generalmente por debajo de 170ºC, preferiblemente por
debajo de 150ºC, incluso más preferiblemente por debajo de 140ºC. En
lo que respecta al tiempo de mezclado, este puede variar dentro de
un amplio rango, dependiendo principalmente de la composición
específica de la mezcla, sobre la presencia de cualquier relleno y
sobre el tipo de mezclador usado. En general, un tiempo de mezcla de
más de 90 segundos, preferiblemente entre 3 y 35 minutos, es
suficiente para obtener una composición homogénea.
Para optimizar la dispersión del relleno mientras
se mantiene la temperatura por debajo de los valores indicados
anteriormente, también se puede utilizar procedimientos de mezcla de
múltiples etapas, opcionalmente usando una combinación de
mezcladores diferentes dispuestos en serie.
Como alternativa a los procedimientos de mezcla
en estado sólido citados anteriormente, para mejorar la dispersión
de los componentes, las composiciones reticulables según la presente
invención se pueden preparar ventajosamente mezclando el relleno de
refuerzo y los otros aditivos, con la base de polímero en forma de
una emulsión acuosa o una solución en un solvente orgánico. El
relleno, si está presente, se puede usar como es o en forma de una
suspensión o dispersión en un medio acuoso. El polímero se separa
posteriormente del solvente o del agua mediante medios adecuados.
Por ejemplo, cuando se usa un polímero en emulsión, el polímero
puede precipitarse en forma de partículas que contienen la fase de
aceite y el relleno, si está presente, se puede obtener añadiendo un
coagulante. Un coagulante que se puede usar en particular es una
solución electrolítica, por ejemplo una solución de sodio acuosa o
de silicato de potasio. El procedimiento de coagulación se puede
promover usando un solvente orgánico volátil que se retira a
continuación mediante evaporación durante la precipitación del
polímero relleno. Otros detalles respecto a los procedimientos de
este tipo para la preparación de compuestos elastoméricos se dan,
por ejemplo, en la patente US 3.846.365.
La presente invención se representará ahora en
mayor detalle mediante una serie de ejemplos de preparación, con
referencia a:
La figura 1 adjunta, que es una vista en sección
transversal con un corte parcial de un neumático según la presente
invención.
Con referencia a la figura 1, un neumático 1
comprende de manera convencional por lo menos una tela de carcasa 2
cuyos bordes laterales opuestos están asociados con respectivos
alambres de talón de anclaje 3, cada uno encerrado en un talón 4
definido a lo largo de un borde circunferencial interno del
neumático, con el que el neumático se acopla sobre una llanta 5 que
forma parte de la rueda de un vehículo.
La asociación de la tela de carcasa 2 a los
alambres de talón 3 se realiza usualmente mediante el plegado de los
bordes laterales opuestos de la tela de carcasa 2 alrededor de los
alambres de talón 3, para formar lo que es conocido como pliegues de
la carcasa.
Alternativamente, los alambres de talón 3
convencionales se pueden remplazar con un par de inserciones
anulares circunferencialmente inextensibles formadas a partir de
elementos alargados dispuestos en bobinas concéntricas (no
representados en la figura 1) (ver, por ejemplo, las solicitudes de
patente europea EP-A-0 928 680 y
EP-A-0 928 702). En este caso, la
tela de carcasa 2 no está doblada alrededor de dichas inserciones
anulares, estando previsto el acoplamiento mediante una segunda tela
de carcasa (no representada en la figura 1) aplicada externamente a
la primera tela de carcasa.
A lo largo del desarrollo circunferencial de la
tela de carcasa 2 están aplicadas una o más bandas de cintura 6,
hechas usando cuerdas de metal o textiles encerradas en una lámina
de compuesto. Fuera de la tela de carcasa 2, en respectivas
porciones laterales opuestas de esta tela, están también aplicados
un par de flancos 7, cada uno de los cuales se extiende desde el
talón 4 a una llamada zona de "resalte" 8 del neumático,
definida por los extremos opuestos de las bandas de cintura 6. Sobre
las bandas de cintura 6 hay circunferencialmente aplicada una banda
de rodadura 9, cuyos bordes laterales acaban en los resaltes 8,
uniéndola a los flancos 7. La banda de rodadura 9 tiene externamente
una superficie de rodadura 9a diseñada para entrar en contacto con
el suelo, en la que pueden estar previstas ranuras circunferenciales
10, intercaladas con muescas transversales, no representadas en la
figura adjunta, que definen una pluralidad de bloques 11
distribuidos de manera variada sobre dicha superficie de rodadura
9a.
El procedimiento para producir el neumático según
la presente invención puede realizarse según técnicas y usando
aparatos conocidos en la técnica (ver, por ejemplo, las patentes EP
199.064, US 4.872.822 y US 4.768.937). Más particularmente, este
procedimiento comprende una etapa de fabricación del neumático en
crudo, en la que una serie de artículos semiacabados, preparados de
antemano y separadamente entre sí y que corresponden a las
diferentes partes del neumático (telas de carcasa, bandas de
cintura, alambres de talón, rellenos, flancos y bandas de rodadura)
se combinan juntas usando una máquina de fabricación adecuada.
El neumático en crudo así obtenido se somete a
continuación a las etapas posteriores de moldeado y reticulación.
Para este propósito, se usa un molde de vulcanización que está
diseñado para recibir el neumático que se procesa en el interior de
una cavidad de moldeo que tiene paredes que están contramoldeadas
con la superficie externa del neumático cuando la reticulación se ha
completado. Se han descrito procedimientos alternativos para
producir un neumático o partes de neumático sin usar productos
semiacabados, por ejemplo, en las solicitudes de patente citadas
anteriormente EP-A-0 928 680 y
EP-A-0 928 702.
El neumático en crudo se puede moldear mediante
la introducción de un fluido presurizado en el espacio definido por
la superficie interna del neumático, para presionar la superficie
externa del neumático en crudo contra las paredes de la cavidad de
moldeo. En uno de los procedimientos de moldeado más ampliamente
practicados, una cámara de vulcanización hecha de material
elastomérico, llena con vapor y/u otro fluido bajo presión, se
hincha en el interior del neumático cerrado en el interior de la
cavidad de moldeo. De esta manera, el neumático en crudo es empujado
contra las paredes internas de la cavidad de moldeo, obteniendo así
el moldeado deseado. Alternativamente, el moldeado se puede realizar
sin una cámara de vulcanización hinchable, proporcionando en el
interior del neumático un soporte de metal toroidal conformado según
la configuración de la superficie interna del neumático que se ha de
obtener (ver, por ejemplo, la patente EP 242.840). La diferencia en
coeficiente de expansión térmica entre el soporte de metal toroidal
y el material elastomérico en crudo se explota para conseguir una
presión de moldeo adecuada.
En este punto, se realiza la etapa de reticulado
del material elastomérico en crudo presente en el neumático. Para
este propósito, la pared externa del molde de vulcanización está
colocada en contacto con fluido de calentamiento (generalmente
vapor) de manera que la pared externa alcanza una temperatura máxima
generalmente entre 100ºC y 230ºC. Simultáneamente, la superficie
interna del neumático se lleva a temperatura de reticulación usando
el mismo fluido presurizado usado para presionar el neumático contra
las paredes de la cavidad de moldeo, calentada a una temperatura
máxima entre 100 y 250ºC. El tiempo requerido para obtener un grado
satisfactorio de reticulación en toda la masa del material
elastomérico puede variar en general entre 3 minutos y 90 minutos, y
depende principalmente de las dimensiones del neumático.
La presente invención se representará ahora en
mayor detalle mediante una serie de ejemplos de preparación.
Ejemplos
1-6
El caucho natural epoxidizado usado en las
composiciones indicadas en la Tabla 1 se preparó de la siguiente
manera.
A una solución de caucho natural disuelta en
cloroformo (5% en peso de polímero/volumen de solvente) se
añadieron, con agitación, cantidades variables de ácido peracético
dependiendo del grado de epoxidación deseado. La solución se llevó a
una temperatura de 40ºC con agitación continua, y se dejó bajo estas
condiciones durante 2 horas. Una vez se completó la reacción, el
polímero se precipitó en metanol. Para retirar cualquier agente de
epoxidación, todas las fracciones se volvieron a disolver en
cloroformo y se precipitaron en metanol. El producto obtenido se
secó en un horno a 20ºC en vacío.
El grado de epoxidación se determinó mediante
análisis NMR.
Las composiciones indicadas en la Tabla 1 se
prepararon usando un mezclador cilíndrico abierto, con un tiempo de
mezcla de unos 30 minutos, alcanzando una temperatura final de unos
130ºC.
Las composiciones preparadas de esta manera se
sometieron a un análisis geométrico MDR usando un reómetro MDR de
Monsanto, realizándose las pruebas a 200ºC durante 30 minutos, con
una frecuencia de oscilación de 1,66 Hz (100 oscilaciones por
minuto) y una amplitud de oscilación de \pm0,5º. La Tabla 1 da los
valores ML y MH y el valor T_{90}, en la que ML es la torsión
máxima, MH es la torsión mínima y T_{90} es el tiempo
correspondiente a un valor de torsión igual a ML+0,9
(MH-ML). Las propiedades mecánicas (según el
estándar ISO 37) y la dureza en grados IRHD (según el estándar ISO
48) se midieron sobre muestras de las composiciones citadas
anteriormente reticuladas a 200ºC durante 15 minutos. Los resultados
se dan en la Tabla 1.
Nipol EP® 1072:
acrilonitrilo-butadieno-carboxilato
monómero terpolímero que contiene un 28% en peso de acrilonitrilo y
un 7,5% en peso de grupos carboxílicos (Nippon Zeon);
ENR: caucho natural epoxidizado con grados de
epoxidación entre un 2% molar y un 9,5% molar, preparado como se ha
descrito anteriormente.
Epoxyprene® ENR 50%: caucho natural epoxidizado
que contiene un 50% molar de grupos epóxido y que tiene un peso
molecular promedio mayor de 100.000 (producido por Guthrie Symington
Ltd).
Epoxyprene® ENR 25%: caucho natural epoxidizado
que contiene un 25% molar de grupos epóxido y que tiene un peso
molecular promedio mayor de 100.000 (producido por Guthrie Symington
Ltd).
Zeosil® 1165 MP: sílice precipitada con un área
de superficie BET igual a unos 165 m^{2}/g
(Rhône-Poulenc).
Paraplex® G-60: aceite de soja
epoxidizado que tiene: temperatura de congelación = 5ºC, peso
molecular promedio = 1000 y peso epóxido equivalente = 210 (C.P.
Hall);
Vulcanox® 4020: tetrametilquinolina (Bayer);
Santoflex® 13: aditivo antienvejecimiento 6PPD
(Monsanto).
Poliplastol®: sales de Zn de ácidos grados (Great
Lakes).
Ejemplos
7-11
El polibutadieno epoxidizado (BR) usado en las
mezclas indicadas en la Tabla 2 se preparó de la siguiente
manera.
A una solución de polibutadieno (Europrene®
Neocis BR40) disuelta en cloroformo (5% en peso de polímero/volumen
de solvente) se añadió, con agitación, cantidades variables de ácido
peracético dependiendo del grado de epoxidación deseado. La solución
se llevó a una temperatura de 40ºC con agitación continua, y se dejó
bajo estas condiciones durante 2 horas. La reacción de epoxidación
se realizó en un reactor de vidrio de 5 litros equipador con una
carcasa de calentamiento, un tope de sellado y un condensador de
reflujo para los vapores solventes. Una vez se completó la reacción,
el polímero se precipitó en metanol. Para retirar cualquier agente
de epoxidación, todas las fracciones se volvieron a disolver en
cloroformo y se precipitaron en metanol. El producto obtenido se
secó en un horno a 20ºC en vacío.
El grado de epoxidación se determinó mediante
análisis NMR. Las composiciones indicadas en la Tabla 2 se
prepararon usando un mezclador cilíndrico abierto, con un tiempo de
mezcla de unos 30 minutos, alcanzando una temperatura final de unos
130ºC.
Las composiciones preparadas de esta manera se
sometieron a un análisis geométrico MDR usando el mismo reómetro y
bajo las mismas condiciones que las de los ejemplos
1-6. Las condiciones de reticulado óptimas se
determinaron sobre la base del análisis geométrico.
Las propiedades mecánicas (según el estándar ISO
37) y la dureza en grados IRHD a 23ºC y a 100ºC (según el estándar
ISO 48) se midieron sobre muestras de las composiciones citadas
anteriormente reticuladas bajo las condiciones óptimas. Las
propiedades elásticas dinámicas también se evaluaron, de las cuales
se indican el módulo elástico dinámico (E') medido a 23ºC y a 70ºC
mediante un dispositivo Instron dinámico en
tracción-compresión, según los procedimientos
siguientes. Una muestra del material reticulado en forma cilíndrica
(longitud = 25 mm; diámetro = 14 mm), precargado en compresión hasta
una deformación longitudinal del 10% respecto a la longitud inicial,
y mantenido a una temperatura predeterminada (23ºC o 70ºC) a lo
largo de toda la prueba, se sometió a una deformación sinusoidal
dinámica de amplitud \pm3,33% respecto a la longitud bajo
precarga, con una frecuencia de 100 Hz. Los resultados se dan en la
Tabla 3.
Las propiedades elásticas dinámicas se expresan
en términos de E' y tan delta (factor de pérdida) a 23ºC y a 70ºC.
Como es conocido, el valor tan delta se calcula como la relación
entre el módulo viscoso (E'') y el módulo elástico (E'), estando los
dos determinados por las mediciones dinámicas citadas
anteriormente.
EBR: polibutadieno epoxidizado con grados de
epoxidación entre 2,2% molar y 11,4% molar, preparado como se ha
descrito anteriormente.
Claims (76)
1. Procedimiento para producir neumáticos para
ruedas de vehículos, comprendiendo dicho procedimiento las
siguientes etapas:
Fabricar un neumático en crudo que comprende por
lo menos un material elastomérico reticulable;
Someter el neumático en crudo a moldeado en una
cavidad de moldeo definida en un molde de vulcanización;
Reticular el material elastomérico mediante
calentamiento del neumático a una temperatura predeterminada y
durante un periodo de tiempo predeterminado;
Caracterizado por el hecho de que el
material elastomérico reticulable comprende: (a) un polímero
elastomérico que contiene grupos carboxílicos, y (b) un polímero
elastomérico epoxidizado que contiene entre un 0,1% molar y un 20%
molar de grupos de epóxido respecto al número total de moles de
monómeros presentes en el polímero, en el cual dicha etapa de
reticulación se realiza en ausencia substancial de agentes de
reticulación adicionales.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el
que la etapa de reticulación se realiza mediante el calentamiento
del material elastomérico reticulable a una temperatura de por lo
menos 120ºC durante un periodo de tiempo de por lo menos 3
minutos.
3. Procedimiento según la reivindicación 2, en el
que la etapa de reticulación se realiza mediante el calentamiento
del material elastomérico reticulable a una temperatura entre 130ºC
y 230ºC durante un periodo de tiempo entre 5 y 90 minutos.
4. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que el material elastomérico
también comprende un relleno de refuerzo.
5. Procedimiento según la reivindicación 4, en el
que el relleno de refuerzo está presente en una cantidad entre 10 y
120 phr.
6. Procedimiento según la reivindicación 5, en el
que el relleno de refuerzo está presente en una cantidad entre 30 y
100 phr.
7. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que dicho material elastomérico
reticulable comprende un lubricante.
8. Procedimiento según la reivindicación 7, en el
que dicho lubricante es un lubricante epoxidizado que contiene
grupos de epóxido situados internamente en la molécula.
9. Procedimiento según la reivindicación 8, en el
que dicho lubricante eposidizado tiene un peso equivalente de
epóxido entre 40 y 2000.
10. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 7 a 9, en el que dicho lubricante es un aceite
epoxidizado.
11. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 7 a 9, en el que el lubricante epoxidizado es un
oligómero dieno epoxidizado.
12. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que el polímero elastomérico que
contiene grupos carboxílicos es un homopolímero o copolímero que
contiene por lo menos un 0,1% molar de grupos carboxílicos respecto
al número total de moles de monómeros presentes en el polímero.
13. Procedimiento según la reivindicación 12, en
el que el polímero elastomérico carboxilado contiene entre un 1%
molar y un 30% molar de grupos carboxílicos respecto al número total
de moles de monómeros presentes en el polímero.
14. Procedimiento según la reivindicación 13, en
el que el polímero elastomérico carboxilado contiene entre un 2%
molar y un 10% molar de grupos carboxílicos respecto al número total
de moles de monómeros presentes en el polímero.
15. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que el polímero elastomérico
carboxilado tiene un peso molecular promedio entre 2.000 y
1.000.000.
16. Procedimiento según la reivindicación 15, en
el que el polímero elastomérico carboxilado tiene un peso molecular
promedio entre 50.000 y 500.000.
17. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que el polímero elastomérico
carboxilado se obtiene mediante (co)polimerización de uno o
más monómeros de dieno conjugados, opcionalmente mezclados con
monovinilarenos y/o comonómeros polares, seguido por
carboxilación.
18. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 16, en el que el polímero elastomérico
carboxilado se obtiene mediante copolimerización de un dieno
conjugado, opcionalmente mezclado con monovinilarenos y/o
comonómeros polares, y un monómero olefínico que contiene uno o más
grupos carboxílicos o un derivado de los mismos.
19. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 16, en el que el polímero elastomérico
carboxilado se obtiene mediante copolimerización de una o más
monoolefinas con un comonómero olefínico que contiene uno o más
grupos carboxílicos, o derivados de los mismos.
20. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que el polímero elastomérico
epoxidizado contiene entre un 0,5% molar y un 15% molar de grupos
epóxido respecto al número total de moles de monómeros presentes en
el polímero.
21. Procedimiento según la reivindicación 20, en
el que el polímero elastomérico epoxidizado contiene entre un 1%
molar y un 10% molar de grupos epóxido respecto al número total de
moles de monómero presentes en el polí-
mero.
mero.
22. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que el polímero elastomérico
epoxidizado que contiene grupos epóxido tiene una temperatura de
transición de vidrio (Tg) menor de 23ºC.
23. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que el polímero elastomérico
epoxidizado tiene un peso molecular promedio entre 2.000 y
1.000.000.
24. Procedimiento según la reivindicación 23, en
el que el polímero elastomérico epoxidizado tiene un peso molecular
promedio entre 50.000 y 500.000.
25. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que el polímero elastomérico
epoxidizado es un homopolímero o copolímero dieno epoxidizado
derivado de uno o más monómeros de dieno conjugados, opcionalmente
copolimerizados con monovinilarenos y/o comonómeros polares.
26. Procedimiento según la reivindicación 25, en
el que el polímero elastomérico epoxidizado es caucho natural
epoxidizado.
27. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 24, en el que el polímero elastomérico
epoxidizado se obtiene mediante copolimerización de un dieno
conjugado, opcionalmente mezclado con monovinilarenos y/o
comonómeros polares, y un monómero olefínico que contiene uno o más
grupos epóxido.
28. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 24, en el que el polímero elastomérico
epoxidizado es un copolímero de una o más monoolefinas con un
comonómero olefínico que contiene uno o más grupos epóxido.
29. Neumático para ruedas de vehículo, que
comprende uno o más componentes hechos de material elastomérico
reticulado, caracterizado por el hecho de que por lo menos
uno de dichos componentes comprende, como material elastomérico
reticulado, un polímero elastomérico que contiene grupos
carboxílicos, y un polímero elastomérico epoxidizado que contiene
entre un 0,1% molar y un 20% molar de grupos de epóxido respecto al
número total de moles de monómeros presentes en el polímero, en el
cual dicha etapa de reticulación se realiza en ausencia substancial
de agentes de reticulación adicionales.
30. Neumático según la reivindicación 29, en el
que dicho material elastomérico reticulado también comprende un
relleno de refuerzo.
31. Neumático según la reivindicación 30, en el
que el relleno de refuerzo está presente en una cantidad entre 10 y
120 phr.
32. Neumático según la reivindicación 31, en el
que el relleno de refuerzo está presente en una cantidad entre 30 y
100 phr.
33. Neumático según una cualquiera de las
reivindicaciones 29 a 32, en el que dicho material elastomérico
reticulable comprende un lubricante.
34. Neumático según la reivindicación 33, en el
que dicho lubricante se define según una cualquiera de las
reivindicaciones 7 a 11.
\newpage
35. Neumático según una cualquiera de las
reivindicaciones 29 a 34, en el que el polímero elastomérico que
contiene grupos carboxílicos se define según una cualquiera de las
reivindicaciones 12 a 19.
36. Neumático según una cualquiera de las
reivindicaciones 29 a 35, en el que el polímero elastomérico
epoxidizado se define según una cualquiera de las reivindicaciones
20 a 28.
37. Neumático para vehículos, que comprende un
estructura de cintura que se extiende coaxialmente alrededor de una
estructura de carcasa y una banda de rodadura extendida coaxialmente
alrededor de la estructura de cintura y que tiene una superficie de
rodadura externa que está diseñada para entrar en contacto con el
suelo, caracterizado por el hecho de que dicha banda de
rodadura comprende un polímero elastomérico que contiene grupos
carboxílicos, y un polímero elastomérico epoxidizado que contiene
entre un 0,1% molar y un 20% molar de grupos de epóxido respecto al
número total de moles de monómeros presentes en el polímero, en el
cual dicha etapa de reticulación se realiza en ausencia substancial
de agentes de reticulación adicionales.
38. Neumático según la reivindicación 37, en el
que dicho material elastomérico reticulado también comprende un
relleno de refuerzo.
39. Neumático según la reivindicación 38, en el
que el relleno de refuerzo está presente en una cantidad entre 10 y
120 phr.
40. Neumático según la reivindicación 31, en el
que el relleno de refuerzo está presente en una cantidad entre 30 y
100 phr.
41. Neumático según una cualquiera de las
reivindicaciones 37 a 40, en el que dicho material elastomérico
reticulable comprende un lubricante.
42. Neumático según la reivindicación 41, en el
que dicho lubricante se define según una cualquiera de las
reivindicaciones 7 a 11.
43. Neumático según una cualquiera de las
reivindicaciones 37 a 42, en el que el polímero elastomérico que
contiene grupos carboxílicos se define según una cualquiera de las
reivindicaciones 12 a 19.
44. Neumático según una cualquiera de las
reivindicaciones 37 a 43, en el que el polímero elastomérico
epoxidizado se define según una cualquiera de las reivindicaciones
20 a 28.
45. Composición elastomérica reticulable, que
comprende: (a) un polímero elastomérico que contiene grupos
carboxílicos, y (b) un polímero elastomérico epoxidizado que
contiene entre un 0,1% molar y un 20% molar de grupos de epóxido
respecto al número total de moles de monómeros presentes en el
polímero, en el cual dicha etapa de reticulación se realiza en
ausencia substancial de agentes de reticulación adicionales.
46. Composición elastomérica reticulable según la
reivindicación 45, que también comprende un relleno de refuerzo.
47. Composición según la reivindicación 46, en la
que el relleno de refuerzo está presente en una cantidad entre 10 y
120 phr.
48. Composición según la reivindicación 47, en la
que el relleno de refuerzo está presente en una cantidad entre 30 y
100 phr.
49. Composición según una cualquiera de las
reivindicaciones 45 a 48, que también comprende un lubricante.
50. Composición según la reivindicación 49, en la
que dicho lubricante es un lubricante epoxidizado que contiene
grupos epóxido situados internamente en la molécula.
51. Composición según la reivindicación 50, en la
que el lubricante epoxidizado tiene un peso equivalente de epóxido
entre 40 y 2.000.
52. Composición según la reivindicación 51, en la
que el lubricante epoxidizado tiene un peso equivalente de epóxido
entre 50 y 1.500.
53. Composición según la reivindicación 52, en la
que el lubricante epoxidizado tiene un peso equivalente de epóxido
entre 100 y 1.000.
54. Composición según una cualquiera de las
reivindicaciones 49 a 53, en la que el lubricante epoxidizado es un
aceite epoxidizado.
55. Composición según la reivindicación 50, en la
que el aceite epoxidizado tiene una temperatura menor de 23ºC.
56. Composición según una cualquiera de las
reivindicaciones 49 a 53, en la que el lubricante epoxidizado es un
oligómero de dieno epoxidizado.
57. Composición según la reivindicación 56, en la
que el oligómero de dieno epoxidizado tiene un peso molecular
promedio entre 500 y 10.000.
58. Composición según la reivindicación 57, en la
que el oligómero de dieno epoxidizado tiene un peso molecular
promedio entre 1.000 y 8.000.
59. Composición según una cualquiera de las
reivindicaciones 56 a 58, en la que el oligómero de dieno
epoxidizado es un oligómero epoxidizado de
1,3-butadieno o isopreno, o mezclas de los
mismos.
60. Composición según una cualquiera de las
reivindicaciones 45 a 59, en la que el polímero elastomérico que
contiene grupos carboxílicos es un homopolímero o copolímero que
contiene por lo menos un 0,1% molar de grupos carboxílicos respecto
al número total de moles de monómeros presentes en el polímero.
61. Composición según la reivindicación 60, en la
que el polímero elastomérico carboxilado contiene entre un 1% molar
y un 30% molar de grupos carboxílicos respecto al número total de
moles de monómeros presentes en el polímero.
62. Composición según una cualquiera de las
reivindicaciones 45 a 61, en la que el polímero elastomérico
carboxilado tiene un peso molecular promedio entre 2.000 y
1.000.000.
63. Composición según la reivindicación 15, en la
que el polímero elastomérico carboxilado tiene un peso molecular
promedio entre 50.000 y 500.000.
64. Composición según una cualquiera de las
reivindicaciones 45 a 63, en la que el polímero elastomérico
carboxilado se obtiene mediante (co)polimerización de uno o
más monómeros de dieno conjugados, opcionalmente mezclados con
monovinilarenos y/o comonómeros polares, seguido por
carboxilación.
65. Composición según una cualquiera de las
reivindicaciones 45 a 63, en la que el polímero elastomérico
carboxilado se obtiene mediante copolimerización de un dieno
conjugado, opcionalmente mezclado con monovinilarenos y/o
comonómeros polares, y un monómero olefínico que contiene uno o más
grupos carboxílicos o un derivado de los mismos.
66. Composición según una cualquiera de las
reivindicaciones 45 a 63, en la que el polímero elastomérico
carboxilado se obtiene mediante copolimerización de una o más
monoolefinas con un comonómero olefínico que contiene uno o más
grupos carboxílicos, o derivados de los mismos.
67. Composición según una cualquiera de las
reivindicaciones 45 a 66, en la que el polímero elastomérico
epoxidizado contiene entre un 0,5% molar y un 15% molar de grupos
epóxido respecto al número total de moles de monómeros presentes en
el polímero.
68. Composición según la reivindicación 67, en la
que el polímero elastomérico epoxidizado contiene entre un 1% molar
y un 10% molar de grupos epóxido respecto al número total de moles
de monómero presentes en el polímero.
69. Composición según una cualquiera de las
reivindicaciones 45 a 68, en la que el polímero elastomérico
epoxidizado que contiene grupos epóxido tiene una temperatura de
transición de vidrio (Tg) menor de 23ºC.
70. Composición según una cualquiera de las
reivindicaciones 45 a 69, en la que el polímero elastomérico
epoxidizado tiene un peso molecular promedio entre 2.000 y
1.000.000.
71. Composición según la reivindicación 70, en la
que el polímero elastomérico epoxidizado tiene un peso molecular
promedio entre 50.000 y 500.000.
72. Composición según una cualquiera de las
reivindicaciones 45 a 71, en la que el polímero elastomérico
epoxidizado es un homopolímero o copolímero dieno epoxidizado
derivado de uno o más monómeros de dieno conjugados, opcionalmente
copolimerizados con monovinilarenos y/o comonómeros polares.
73. Composición según la reivindicación 72, en la
que el polímero elastomérico epoxidizado es caucho natural
epoxidizado.
74. Composición según una cualquiera de las
reivindicaciones 45 a 71, en la que el polímero elastomérico
epoxidizado se obtiene mediante copolimerización de un dieno
conjugado, opcionalmente mezclado con monovinilarenos y/o
comonómeros polares, y un monómero olefínico que contiene uno o más
grupos epóxido.
75. Composición según una cualquiera de las
reivindicaciones 45 a 71, en el que el polímero elastomérico
epoxidizado es un copolímero de una o más monoolefinas con un
comonómero olefínico que contiene uno o más grupos epóxido.
76. Producto manufacturado elastomérico
reticulado obtenido mediante reticulación de una composición según
una cualquiera de las reivindicaciones 45 a 75.
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