ES2250943T3 - Compuestos organicos de silicio. - Google Patents
Compuestos organicos de silicio.Info
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Abstract
Compuestos orgánicos de silicio de la fórmula general I estando excluido el (3-tiocianato-propil)-tris- (trimetilsiloxi)silano, en la que los R son iguales o diferentes y significan un grupo R''O o un grupo alquilo de C1-C12, los R'' son iguales o diferentes y significan un grupo alquilo o alquenilo de C12-C24, ramificado o sin ramificar, un grupo arilo, un grupo aralquilo, univalentes, o R''''''3Si, con R¿¿¿ igual a un grupo alquilo o alquenilo de C1-C30, ramificado o sin ramificar, un grupo aralquilo o un grupo arilo, R¿¿ es un grupo hidrocarbilo bivalente de C1-C30, ramificado o sin ramificar, saturado o insaturado, alifático, aromático o alifático / aromático mixto, X es SH con n = 1 y m = 1, SCN con n = 1 y m = 1 o S con n = 2 y m = 1-14 y mezclas de ellos.
Description
Compuestos orgánicos de silicio.
El invento se refiere a compuestos orgánicos de
silicio, a un procedimiento para su preparación, así como a su
utilización.
Los
polisulfano-alquil-trialcoxi-silanos,
tales como por ejemplo el
bis[3-trietoxisilil-propil]tetrasulfano
o
bis[3-trietoxisilil-propil]disulfano,
y los
mercaptoalquil-trialcoxi-silanos
tales como por ejemplo el
3-mercapto-propil-trimetoxi-silano
o
3-mercapto-propil-trietoxi-silano,
se emplean como mediadores de adherencia entre materiales
orgánicos, por ejemplo fibras de vidrio, metales o materiales de
carga oxídicos, y polímeros orgánicos, por ejemplo duroplastos (=
materiales termoestables), termoplastos (= materiales
termoplásticos) y elastómeros (Angew. Chem. 98, (1986)
237-253).
Estos mediadores de adherencia, y respectivamente
agentes de acoplamiento o unión, forman enlaces químicos estables
tanto con el material de carga como también con el polímero, y
producen por consiguiente una buena interacción entre la superficie
del material de carga y el polímero. Ellos disminuyen la viscosidad
de las mezclas y facilitan la dispersión del material de carga
durante el proceso de mezcladura.
Por lo demás, es conocido que la utilización de
mediadores de adherencia del tipo de silanos, usuales en el
comercio (véase el documento de patente alemana DE 22.55.577) con
tres sustituyentes alcoxi junto al átomo de silicio, conduce a la
liberación de considerables cantidades de alcohol durante y después
de la unión al material de carga. Puesto que, por regla general, se
emplean silanos sustituidos con trimetoxi y trietoxi, los
correspondientes alcoholes metanol y etanol se liberan durante la
aplicación (Berkemeier, D.; Hader, W.; Rinker, M.; Heiss, G.;
Mixing of silica compounds from the viewpoint of a manufacturer of
internal mixers [Mezcladura de compuestos de silicio desde el punto
de vista de un fabricante de mezcladores internos]. Gummi, Fasern,
Kunststoffe [Caucho, fibras y materiales sintéticos] (2001),
54(1), 17-22).
Es conocido además que los silanos sustituidos
con metoxi y etoxi son más activos en la hidrólisis que los
correspondientes silanos sustituidos con alcoxi de cadena larga (E.
R. Pohl, F. D. Osterholtz J. Adhesion Sci. Technology
6(1) 1992, 127-149), y por consiguiente se pueden unir con mayor rapidez al material de carga, por lo que hasta ahora no se puede prescindir del empleo de silanos sustituidos con metoxi y etoxi, desde un punto de vista económico.
6(1) 1992, 127-149), y por consiguiente se pueden unir con mayor rapidez al material de carga, por lo que hasta ahora no se puede prescindir del empleo de silanos sustituidos con metoxi y etoxi, desde un punto de vista económico.
A partir de la Database Beilstein [base de datos
de Beilstein], Beilstein Institute for Organic Chemistry,
Frankfurt-Main, Alemania; 1995, XP002300368 número
de acceso a la base de datos BRN 7134835, se conoce el compuesto
(3-tiocianato-propil)-tris-(trimetilsiloxi)-silano.
A partir de los documentos de patente alemana DE
10163941 y respectivamente de patente europea EP 1394167 se conocen
compuestos orgánicos de silicio de las fórmulas generales
[RO(R'O)_{2}-Si-R'']_{n}X_{m}
y
[R'O(RO)_{2}-Si-R'']_{n}X_{m}
con R = metilo o etilo.
Una considerable desventaja en el caso de la
utilización de los conocidos agentes de acoplamiento que se basan
en alcoxi-silanos, es la liberación de cantidades
estequiométricas de alcoholes volátiles, tales como por ejemplo
metanol y etanol, al medio ambiente, durante y después de la unión
del alcoxi-silano al material de carga.
Es misión del invento poner a disposición
compuestos orgánicos de silicio, que no puedan liberar ningún
alcohol volátil al realizar la unión al material de carga, y al
mismo tiempo retengan la alta reactividad frente al material de
carga.
Son objeto del invento compuestos orgánicos de
silicio de la fórmula general I
\vskip1.000000\baselineskip
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estando excluido el
(3-tiocianato-propil)-tris-(trimetilsiloxi)silano,
en la
que
los R son iguales o diferentes y significan un
grupo R'O o un grupo alquilo de C_{1}-C_{12},
preferiblemente un grupo metilo o etilo,
los R' son iguales o diferentes y significan un
grupo alquilo o alquenilo de C_{12}-C_{24},
ramificado o sin ramificar, un grupo arilo, un grupo aralquilo,
univalentes, o R'''_{3}Si, con
R''' igual a un grupo alquilo o alquenilo de
C_{1}-C_{30}, preferiblemente de
C_{1}-C_{8}, ramificado o sin ramificar, un
grupo aralquilo o un grupo arilo,
R'' es un grupo hidrocarbilo bivalente de
C_{1}-C_{30}, ramificado o sin ramificar,
saturado o insaturado, alifático, aromático o alifático/aromático
mixto,
X es SH con n = 1 y m = 1, SCN con n = 1 y m = 1
o S con n = 2 y m = 1-14 y mezclas de ellos.
El compuesto orgánico de silicio de la fórmula
general I, conforme al invento, puede contener para R
preferiblemente uno o dos grupos alquilo.
R'' puede significar CH_{2}, CH_{2}CH_{2},
CH_{2}CH_{2}CH_{2}, CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2},
CH(CH_{3}), CH_{2}CH(CH_{3}),
CH(CH_{3})CH_{2},
C(CH_{3})_{2}, CH(C_{2}H_{5}), CH_{2}CH_{2}CH(CH_{3}), CH_{2}CH(CH_{3})CH_{2} o
C(CH_{3})_{2}, CH(C_{2}H_{5}), CH_{2}CH_{2}CH(CH_{3}), CH_{2}CH(CH_{3})CH_{2} o
Compuestos orgánicos de silicio de la fórmula I,
conformes al invento, pueden ser
[(C_{y}H_{2y+1}O)(R)_{2}Si(CH_{2})_{3}]S_{m}[(CH_{2})_{3}Si(C_{y}H_{2y+1}O)(R)_{2}],
[(C_{y}H_{2y+1}O)_{2}(R)Si(CH_{2})_{3}]S_{m}[(CH_{2})_{3}Si(C_{y}H_{2y+1}O)(R)_{2}],
[(C_{y}H_{2y+1}O)_{3}Si(CH_{2})_{3}]S_{m}[(CH_{2})_{3}Si(C_{y}H_{2y+1}O)(R)_{2}],
[(C_{y}H_{2y+1}O)(R)_{2}Si(CH_{2})_{3}]S_{m}[(CH_{2})_{3}Si(C_{y}H_{2y+1}O)_{2}(R)],
[(C_{y}H_{2y+1}O)_{2}(R)Si(CH_{2})_{3}]S_{m}[(CH_{2})_{3}Si(C_{y}H_{2y+1}O)_{2}(R)],
[(C_{y}H_{2y+1}O)_{3}Si(CH_{2})_{3}]S_{m}[(CH_{2})_{3}Si(C_{y}H_{2y+1}O)_{2}(R)],
[(C_{y}H_{2y+1}O)(R)_{2}Si(CH_{2})_{3}]S_{m}[(CH_{2})_{3}Si(C_{y}H_{2y+1}O)_{3}],
[(C_{y}H_{2y+1}O)_{2}(R)Si(CH_{2})_{3}]S_{m}[(CH_{2})_{3}Si(C_{y}H_{2y+1}O)_{3}]
o
[(C_{y}H_{2y+1}O)_{3}Si(CH_{2})_{3}]S_{m}[(CH_{2})_{3}Si(C_{y}H_{2y+1}O)_{3}],
siendo los y iguales o diferentes y significando
un número de 12 a 24, o mezclas de los silanos individuales, antes
mencionados.
Compuestos orgánicos de silicio de la fórmula I,
conformes al invento, pueden ser
[(C_{12}H_{25}O)_{3}Si(CH_{2})_{3}]S_{m}[(CH_{2})_{3}Si(C_{12}H_{25}O)_{3}],
[(C_{14}H_{29}O)_{3}Si(CH_{2})_{3}]S_{m}[(CH_{2})_{3}Si(C_{14}H_{29}O)_{3}],
[(C_{16}H_{33}O)_{3}Si(CH_{2})_{3}]S_{m}[(CH_{2})_{3}Si(C_{16}H_{33}O)_{3}],
[(C_{18}H_{37}O)_{3}Si(CH_{2})_{3}]S_{m}[(CH_{2})_{3}Si(C_{18}H_{37}O)_{3}],
[(C_{12}H_{25}O)_{3}Si(CH_{2})_{3}]S_{m}[(CH_{2})_{3}Si(C_{12}H_{25}O)_{3}],
[(C_{14}H_{29}O)_{3}Si(CH_{2})_{3}]S_{m}[(CH_{2})_{3}Si(C_{14}H_{29}O)_{3}],
[(C_{16}H_{33}O)_{3}Si(CH_{2})_{3}]S_{m}[(CH_{2})_{3}Si(C_{16}H_{33}O)_{3}],
[(C_{18}H_{37}O)_{3}Si(CH_{2})_{3}]S_{m}[(CH_{2})_{3}Si(C_{18}H_{37}O)_{3}],
[(C_{12}H_{25}O)_{2}(CH_{3})Si(CH_{2})_{3}]S_{m}[(CH_{2})_{3}Si(CH_{3})(C_{12}H_{25}O)_{2}],
[(C_{12}H_{25}O)(C_{14}H_{29}O)(CH_{3})Si(CH_{2})_{3}]S_{m}[(CH_{2})_{3}Si(CH_{3})(C_{12}H_{25}O)(C_{14}H_{29}O)],
[(C_{12}H_{25}O)(C_{14}H_{29}O)(CH_{3})Si(CH_{2})_{3}]S_{m}[(CH_{2})_{3}Si(CH_{3})(C_{12}H_{25}O)(C_{14}H_{29}O)],
[(C_{12}H_{25}O)(C_{16}H_{33}O)(CH_{3})Si(CH_{2})_{3}]S_{m}[(CH_{2})_{3}Si(CH_{3})(C_{12}H_{25}O)(C_{16}H_{33}O)],
[(C_{12}H_{25}O)(C_{18}H_{37}O)(CH_{3})Si(CH_{2})_{3}]S_{m}[(CH_{2})_{3}Si(CH_{3})(C_{12}H_{25}O)(C_{18}H_{37}O)],
[(C_{12}H_{25}O)(C_{18}H_{37}O)(CH_{3})Si(CH_{2})_{3}]S_{m}[(CH_{2})_{3}Si(CH_{3})(C_{12}H_{25}O)(C_{18}H_{37}O)],
[(C_{14}H_{29}O)_{2}(CH_{3})Si(CH_{2})_{3}]S_{m}[(CH_{2})_{3}Si(CH_{3})(C_{14}H_{29}O)_{2}],
[(C_{14}H_{29}O)(C_{16}H_{33}O)(CH_{3})Si(CH_{2})_{3}]S_{m}[(CH_{2})_{3}Si(CH_{3})(C_{14}H_{29}O)(C_{16}H_{33}O)],
[(C_{14}H_{29}O)(C_{18}H_{37}O)(CH_{3})Si(CH_{2})_{3}]S_{m}[(CH_{2})_{3}Si(CH_{3})(C_{14}H_{29}O)(C_{18}H_{37}O)],
[(C_{16}H_{33}O)_{2}(CH_{3})Si(CH_{2})_{3}]S_{m}[(CH_{2})_{3}Si(CH_{3})(C_{16}H_{33}O)_{2}],
[(C_{16}H_{33}O)(C_{18}H_{37}O)(CH_{3})Si(CH_{2})_{3}]S_{m}[(CH_{2})_{3}Si(CH_{3})(C_{16}H_{33}O)(C_{18}H_{37}O)],
[(C_{18}H_{37}O)_{2}(CH_{3})Si(CH_{2})_{3}]S_{m}[(CH_{2})_{3}Si(CH_{3})(C_{18}H_{37}O)_{2}],
[(C_{12}H_{25}O)(CH_{3})_{2}Si(CH_{2})_{3}]S_{m}[(CH_{2})_{3}Si(CH_{3})_{2}(C_{12}H_{25}O)],
[(C_{12}H_{25}O)(CH_{3})_{2}Si(CH_{2})_{3}]S_{m}[(CH_{2})_{3}Si(CH_{3})_{2}(C_{14}H_{29}O)],
[(C_{12}H_{25}O)(CH_{3})_{2}Si(CH_{2})_{3}]S_{m}[(CH_{2})_{3}Si(CH_{3})_{2}(C_{16}H_{33}O)],
[(C_{12}H_{25}O)(CH_{3})_{2}Si(CH_{2})_{3}]S_{m}[(CH_{2})_{3}Si(CH_{3})_{2}(C_{18}H_{37}O)],
[(C_{14}H_{29}O)(CH_{3})_{2}Si(CH_{2})_{3}]S_{m}[(CH_{2})_{3}Si(CH_{3})_{2}(C_{14}H_{29}O)],
[(C_{14}H_{29}O)(CH_{3})_{2}Si(CH_{2})_{3}]S_{m}[(CH_{2})_{3}Si(CH_{3})_{2}(C_{16}H_{33}O)],
[(C_{14}H_{29}O)(CH_{3})_{2}Si(CH_{2})_{3}]S_{m}[(CH_{2})_{3}Si(CH_{3})_{2}(C_{18}H_{37}O)],
[(C_{16}H_{33}O)(CH_{3})_{2}Si(CH_{2})_{3}]S_{m}[(CH_{2})_{3}Si(CH_{3})_{2}(C_{16}H_{33}O)],
[(C_{16}H_{33}O)(CH_{3})_{2}Si(CH_{2})_{3}]S_{m}[(CH_{2})_{3}Si(CH_{3})_{2}(C_{18}H_{37}O)],
[(C_{18}H_{37}O)(CH_{3})_{2}Si(CH_{2})_{3}]S_{m}[(CH_{2})_{3}Si(CH_{3})_{2}(C_{18}H_{37}O)],
(C_{12}H_{25}O)_{3}Si-(CH_{2})_{3}-SH,
(C_{12}H_{25}O)_{2}(C_{14}H_{29}O)Si-(CH_{2})_{3}-SH,
(C_{12}H_{25}O)_{2}(C_{16}H_{33}O)Si-(CH_{2})_{3}-SH,
(C_{12}H_{25}O)_{2}(C_{18}H_{37}O)Si-(CH_{2})_{3}-SH,
(C_{12}H_{25}O)(C_{14}H_{29}O)(C_{16}H_{33}O)Si-(CH_{2})_{3}-SH,
(C_{12}H_{25}O)(C_{14}H_{29}O)(C_{18}H_{37}O)Si-(CH_{2})_{3}-SH,
(C_{12}H_{25}O)(C_{16}H_{33}O)(C_{18}H_{37}O)Si-(CH_{2})_{3}-SH,
(C_{14}H_{29}O)_{3}Si-(CH_{2})_{3}-SH,
(C_{14}H_{29}O)_{2}(C_{12}H_{25}O)Si-(CH_{2})_{3}-SH,
(C_{14}H_{29}O)_{2}(C_{16}H_{33}O)Si-(CH_{2})_{3}-SH,
(C_{14}H_{29}O)_{2}(C_{18}H_{37}O)Si-(CH_{2})_{3}-SH,
(C_{14}H_{29}O)(C_{16}H_{33}O)(C_{18}H_{37}O)Si-(CH_{2})_{3}-SH,
(C_{16}H_{33}O)_{3}Si-(CH_{2})_{3}-SH,
(C_{16}H_{33}O)_{2}(C_{12}H_{25}O)Si-(CH_{2})_{3}-SH,
(C_{16}H_{33}O)_{2}(C_{14}H_{29}O)Si-(CH_{2})_{3}-SH,
(C_{16}H_{33}O)_{2}(C_{18}H_{37}O)Si-(CH_{2})_{3}-SH,
(C_{18}H_{37}O)_{3}Si-(CH_{2})_{3}-SH,
(C_{18}H_{37}O)_{2}(C_{12}H_{25}O)Si-(CH_{2})_{3}-SH,
(C_{18}H_{37}O)_{2}(C_{14}H_{29}O)Si-(CH_{2})_{3}-SH,
(C_{18}H_{37}O)_{2}(C_{16}H_{33}O)Si-(CH_{2})_{3}-SH,
(C_{12}H_{25}O)_{2}(CH_{3})Si-(CH_{2})_{3}-SH,
(C_{12}H_{25}O)(C_{14}H_{29}O)(CH_{3})Si-(CH_{2})_{3}-SH,
(C_{12}H_{25}O)(C_{16}H_{33}O)(CH_{3})Si-(CH_{2})_{3}-SH,
(C_{12}H_{25}O)(C_{18}H_{37}O)(CH_{3})Si-(CH_{2})_{3}-SH,
(C_{14}H_{29}O)_{2}(CH_{3})-Si-(CH_{2})_{3}-SH,
(C_{14}H_{29}O)(C_{16}H_{33}O)(CH_{3})Si-(CH_{2})_{3}-SH,
(C_{14}H_{29}O)(C_{18}H_{37}O)(CH_{3})Si-(CH_{2})_{3}-SH,
(C_{16}H_{33}O)_{2}(CH_{3})-Si-(CH_{2})_{3}-SH,
(C_{16}H_{33}O)(C_{18}H_{37}O)(CH_{3})Si-(CH_{2})_{3}-SH,
(C_{18}H_{37}O)_{2}(CH_{3})-Si-(CH_{2})_{3}-SH,
(C_{12}H_{25}O)(CH_{3})_{2}-Si-(CH_{2})_{3}-SH,
(C_{14}H_{29}O)(CH_{3})_{2}-Si-(CH_{2})_{3}-SH,
(C_{16}H_{33}O)(CH_{3})_{2}-Si-(CH_{2})_{3}-SH,
(C_{18}H_{37}O)(CH_{3})_{2}-Si-(CH_{2})_{3}-SH,
(C_{12}H_{25}O)_{2}(C_{14}H_{29}O)Si-(CH_{2})_{3}-SCN,
(C_{12}H_{25}O)_{2}(C_{16}H_{33}O)Si-(CH_{2})_{3}-SCN,
(C_{12}H_{25}O)_{2}(C_{18}H_{37}O)Si-(CH_{2})_{3}-SCN,
(C_{14}H_{29}O)_{2}(C_{12}H_{25}O)Si-(CH_{2})_{3}-SCN,
(C_{14}H_{29}O)_{2}(C_{16}H_{33}O)Si-(CH_{2})_{3}-SCN,
(C_{14}H_{29}O)_{2}(C_{18}H_{37}O)Si-(CH_{2})_{3}-SCN,
(C_{16}H_{33}O)_{2}(C_{12}H_{25}O)Si-(CH_{2})_{3}-SCN,
(C_{16}H_{33}O)_{2}(C_{14}H_{29}O)Si-(CH_{2})_{3}-SCN,
(C_{16}H_{33}O)_{2}(C_{18}H_{37}O)Si-(CH_{2})_{3}-SCN,
(C_{18}H_{37}O)_{2}(C_{12}H_{25}O)Si-(CH_{2})_{3}-SCN,
(C_{18}H_{37}O)_{2}(C_{14}H_{29}O)Si-(CH_{2})_{3}-SCN
o
(C_{18}H_{37}O)_{2}(C_{16}H_{33}O)Si-(CH_{2})_{3}-SCN.
A partir de los silanos de la fórmula I,
conformes al invento, se pueden formar, mediante adición de agua,
con facilidad productos de condensación, es decir oligo- y
poli-siloxanos. Los oligo- y polisiloxanos se pueden
obtener por oligomerización o co-oligomerización de
los correspondientes compuestos de alcoxi-silanos
de la fórmula general I mediante adición de agua y por la adición
de aditivos y modos de procedimiento que se conozcan por un experto
en la especialidad en este sector.
Estos siloxanos oligómeros o polímeros de los
compuestos de la fórmula I se pueden utilizar como reactivos de
acoplamiento para las mismas aplicaciones que los compuestos
monómeros de la fórmula I.
Los compuestos orgánicos de silicio, conformes al
invento, se pueden utilizar también como una mezcla de compuestos
orgánicos de silicio, por ejemplo como unas mezclas de los
compuestos orgánicos de silicio de la fórmula general I o como unas
mezclas de los siloxanos oligómeros o polímeros de compuestos
orgánicos de silicio de la fórmula general I, o como unas mezclas de
los compuestos orgánicos de silicio de la fórmula general I con
mezclas de los siloxanos oligómeros o polímeros de compuestos
orgánicos de silicio de la fórmula general I.
Un objeto adicional del invento es un
procedimiento para la preparación de los compuestos orgánicos de
silicio conformes al invento, que está caracterizado porque se
hacen reaccionar de un modo catalizado silanos de la fórmula general
II
teniendo los R'' el significado
antes indicado, siendo los R^{V} iguales o diferentes y
significando un grupo R^{IV}O o alquilo de
C_{1}-C_{12}, preferiblemente un grupo metilo o
etilo, siendo los R^{IV} iguales o diferentes y significando un
grupo metilo o etilo, con alcoholes de la fórmula general
R'-OH, en la que R' tiene el significado antes
indicado, mediando separación de R^{IV}-OH,
siendo la relación molar de grupos R'-OH a grupos
R^{IV}O por lo menos de 1, preferiblemente por lo menos de 1,2, y
se separa R^{IV}-OH de un modo continuo o
discontinuo desde la mezcla de
reacción.
Con los alcoxi-silanos
resultantes se puede determinar, mediante una RMN (resonancia
magnética nuclear) con 29-Si de alta resolución o
una GPC (cromatografía de penetrabilidad en gel), la composición
exacta de las mezclas de sustancias resultantes, en lo que se
refiere a la distribución relativa de los sustituyentes alcoxi.
La mezcla resultante de compuestos
alcoxi-silanos homólogos se puede utilizar tal como
está o también separada en compuestos individuales o fracciones
aisladas.
Los alcoholes R'-OH utilizados
para la transesterificación se pueden emplear tanto en forma de
mezclas de diferentes alcoholes como también en forma de sustancias
puras. Como alcoholes R'-OH se pueden emplear por
ejemplo dodecanol, tetradecanol, hexadecanol, octadecanol,
1-eicosanol o sustancias naturales funcionalizadas
con grupos hidroxi.
Los compuestos utilizados para la
transesterificación como catalizadores pueden contener metales o
estar exentos de metales.
Como compuestos exentos de metales se pueden
emplear ácidos orgánicos, tales como por ejemplo ácido
trifluoro-acético, ácido
trifluorometano-sulfónico o ácido
p-tolueno-sulfónico, compuestos de
trialquil-amonio R_{3}NH^{+}X^{-} o bases,
tales como por ejemplo trialquil-aminas
NR_{3}.
Los compuestos de metales empleados como
catalizadores para la transesterificación, pueden ser compuestos de
metales de transición.
Como compuestos de metales para los catalizadores
se pueden emplear cloruros de metales, óxidos de metales,
oxicloruros de metales, sulfuros de metales, sulfocloruros de
metales, alcoholatos de metales, tiolatos de metales,
oxialcoholatos de metales, amiduros de metales, imiduros de metales
o compuestos de metales de transición con múltiples ligandos
enlazados.
Por ejemplo, como compuestos de metales se pueden
emplear
halogenuros, amiduros o alcoholatos del 3^{er}
grupo principal (M^{3+} = B, Al, Ga, In, Tl :
M^{3+}(OMe)_{3},
M^{3+}(OEt)_{3},
M^{3+}(OC_{3}H_{7})_{3},
M^{3+}(OC_{4}H_{9})_{3}),
halogenuros, óxidos, sulfuros, imiduros,
alcoholatos, amiduros, tiolatos y combinaciones de las mencionadas
clases de sustituyentes con múltiples ligandos enlazados a
compuestos del grupo de los lantánidos (elementos de las tierras
raras, con los números atómicos 58 a 71 en el sistema periódico de
los elementos),
halogenuros, óxidos, sulfuros, imiduros,
alcoholatos, amiduros, tiolatos y combinaciones de las mencionadas
clases de sustancias con múltiples ligandos enlazados a compuestos
del 3^{er} grupo secundario (M^{3+} = Sc, Y, La :
M^{3+}(OMe)_{3},
M^{3+}(OEt)_{3},
M^{3+}(OC_{3}H_{7})_{3},
M^{3+}(OC_{4}H_{9})_{3},
cpM^{3+}(Cl)_{2}, cp
cpM^{3+}(OMe)_{2},
cpM^{3+}(OEt)_{2},
cpM^{3+}(NMe)_{2} con
cp = ciclopentadienilo),
cp = ciclopentadienilo),
halogenuros, sulfuros, amiduros, tiolatos o
alcoholatos del 4º grupo principal (M^{4+} = Si, Ge, Sn, Pb :
M^{4+}(OMe)_{4},
M^{4+}(OEt)_{4}, M^{4+}(OC_{3}H_{7})_{4}, M^{4+}(OC_{4}H_{9})_{4}; M^{2+} = Sn, Pb : M^{2+}(OMe)_{2}, M^{2+}(OEt)_{2}, M^{2+}(OC_{3}H_{7})_{2}, M^{2+}(OC_{4}H_{9})_{2}), dilaurato de estaño, diacetato de estaño, Sn(OBu)_{2},
M^{4+}(OEt)_{4}, M^{4+}(OC_{3}H_{7})_{4}, M^{4+}(OC_{4}H_{9})_{4}; M^{2+} = Sn, Pb : M^{2+}(OMe)_{2}, M^{2+}(OEt)_{2}, M^{2+}(OC_{3}H_{7})_{2}, M^{2+}(OC_{4}H_{9})_{2}), dilaurato de estaño, diacetato de estaño, Sn(OBu)_{2},
halogenuros, óxidos, sulfuros, imiduros,
alcoholatos, amiduros, tiolatos y combinaciones de las mencionadas
clases de sustancias con múltiples ligandos enlazados a compuestos
del 4º grupo secundario (M^{4+} = Ti, Zr, Hf :
M^{4+}(F)_{4}, M^{4+}(Cl)_{4},
M^{4+}(Br)_{4}, M^{4+}(I)_{4},
M^{4+}(OMe)_{4},
M^{4+}(OEt)_{4},
M^{4+}(OC_{3}H_{7})_{4},
M^{4+}(OC_{4}H_{9})_{4},
cp_{2}Ti(Cl)_{2},
cp_{2}Zr(Cl)_{2},
cp_{2}Hf(Cl)_{2},
cp_{2}Ti(OMe)_{2},
cp_{2}Zr(OMe)_{2},
cp_{2}Hf(OMe)_{2}, cpTi(Cl)_{3},
cpZr(Cl)_{3}, cpHf(Cl)_{3},
cpTi(OMe)_{3}, cpZr(OMe)_{3},
cpHf(OMe)_{3},
M^{4+}(NMe_{2})_{4},
M^{4+}(NEt_{2})_{4},
M^{4+}(NHC_{4}H_{9})_{4}),
halogenuros, óxidos, sulfuros, imiduros,
alcoholatos, amiduros, tiolatos y combinaciones de las mencionadas
clases de sustancias con múltiples ligandos enlazados a compuestos
del 5º grupo secundario (M^{5+}, M^{4+} ó M^{3+} = V, Nb, Ta
:
M^{5+}(OMe)_{5}, M^{5+}(OEt)_{5}, M^{5+}(OC_{3}H_{7})_{5}, M^{5+}(OC_{4}H_{9})_{5}, M^{3+}O(OMe)_{3}, M^{3+}O(OEt)_{3}, M^{3+}O(OC_{3}H_{7})_{3}, M^{3+}O(OC_{4}H_{9})_{3}, cpV(OMe)_{4}, cpNb(OMe)_{3}, cpTa(OMe)_{3}, cpV(OMe)_{3}, cpNb(OMe)_{3}, cpTa(OMe)_{3}),
M^{5+}(OMe)_{5}, M^{5+}(OEt)_{5}, M^{5+}(OC_{3}H_{7})_{5}, M^{5+}(OC_{4}H_{9})_{5}, M^{3+}O(OMe)_{3}, M^{3+}O(OEt)_{3}, M^{3+}O(OC_{3}H_{7})_{3}, M^{3+}O(OC_{4}H_{9})_{3}, cpV(OMe)_{4}, cpNb(OMe)_{3}, cpTa(OMe)_{3}, cpV(OMe)_{3}, cpNb(OMe)_{3}, cpTa(OMe)_{3}),
halogenuros, óxidos, sulfuros, imiduros,
alcoholatos, amiduros, tiolatos y combinaciones de las mencionadas
clases de sustancias con múltiples ligandos enlazados a compuestos
del 6º grupo secundario (M^{6+}, M^{5+} ó M^{4+} = Cr, Mo, W
:
M^{6+}(OMe)_{6}, M^{6+}(OEt)_{6}, M^{6+}(OC_{3}H_{7})_{6}, M^{6+}(OC_{4}H_{9})_{6}, M^{6+}O(OMe)_{4}, M^{6+}O(OEt)_{4}, M^{6+}O(OC_{3}H_{7})_{4}, M^{6+}O(OC_{4}H_{9})_{4}, M^{6+}O_{2}(OMe)_{2}, M^{6+}O_{2}(OEt)_{2}, M^{6+}O_{2}(OC_{3}H_{7})_{2}, M^{6+}O_{2}(OC_{4}H_{9})_{2}, M^{6+}O_{2}(OSiMe_{3})_{2}) o
M^{6+}(OMe)_{6}, M^{6+}(OEt)_{6}, M^{6+}(OC_{3}H_{7})_{6}, M^{6+}(OC_{4}H_{9})_{6}, M^{6+}O(OMe)_{4}, M^{6+}O(OEt)_{4}, M^{6+}O(OC_{3}H_{7})_{4}, M^{6+}O(OC_{4}H_{9})_{4}, M^{6+}O_{2}(OMe)_{2}, M^{6+}O_{2}(OEt)_{2}, M^{6+}O_{2}(OC_{3}H_{7})_{2}, M^{6+}O_{2}(OC_{4}H_{9})_{2}, M^{6+}O_{2}(OSiMe_{3})_{2}) o
halogenuros, óxidos, sulfuros, imiduros,
alcoholatos, amiduros, tiolatos y combinaciones de las mencionadas
clases de sustancias con múltiples ligandos enlazados a compuestos
del 7º grupo secundario (M^{7+}, M^{6+} ó M^{5+} = Mn,
Re : M^{7+}O(OMe)_{5}, M^{7+}O(OEt)_{5}, M^{7+}O(OC_{3}H_{7})_{5}, M^{7+}O(OC_{4}H_{9})_{5}, M^{7+}O_{2}(OMe)_{3}, M^{7+}O_{2}(OEt)_{3}, M^{7+}O_{2}(OC_{3}H_{7})_{3}, M^{7+}O_{2}(OC_{4}H_{9})_{3}, M^{7+}O_{2}(OSiMe_{3})_{3}, M^{7+}O_{3}(OSiMe_{3}), M^{7+}O_{3}(CH_{3})).
Re : M^{7+}O(OMe)_{5}, M^{7+}O(OEt)_{5}, M^{7+}O(OC_{3}H_{7})_{5}, M^{7+}O(OC_{4}H_{9})_{5}, M^{7+}O_{2}(OMe)_{3}, M^{7+}O_{2}(OEt)_{3}, M^{7+}O_{2}(OC_{3}H_{7})_{3}, M^{7+}O_{2}(OC_{4}H_{9})_{3}, M^{7+}O_{2}(OSiMe_{3})_{3}, M^{7+}O_{3}(OSiMe_{3}), M^{7+}O_{3}(CH_{3})).
Los compuestos de metales y de metales de
transición pueden poseer un sitio de coordinación libre junto al
metal.
Como catalizadores se pueden utilizar también
compuestos de metales y de metales de transición, que se forman por
adición de agua a compuestos de metales y de metales de transición
hidrolizables.
En una forma especial de realización, se pueden
utilizar como catalizadores titanatos, tales como por ejemplo
ortotitanato de tetra-n-butilo o
bien ortotitanato de
tetra-iso-propilo.
La reacción se puede llevar a cabo a unas
temperaturas comprendidas entre 20 y 200ºC, de manera preferida
entre 50 y 150ºC, de manera especialmente preferida entre 70 y
130ºC. Con el fin de evitar reacciones de condensación, puede ser
ventajoso llevar a cabo la reacción en un entorno anhidro,
idealmente en una atmósfera de un gas inerte.
La reacción se puede llevar a cabo a la presión
normal o a una presión reducida. La reacción se puede llevar a cabo
de un modo continuo o discontinuo.
Los compuestos orgánicos de silicio, conformes al
invento, se pueden utilizar como mediadores de adherencia entre
materiales inorgánicos (por ejemplo fibras de vidrio, metales,
materiales de carga oxídicos, ácidos silícicos) y polímeros
orgánicos (por ejemplo duroplastos, termoplastos, elastómeros) o
bien como agentes de reticulación y agentes para la modificación de
superficies. Los compuestos orgánicos de silicio, conformes al
invento, se pueden utilizar como reactivos de acoplamiento en
mezclas de cauchos rellenas con materiales de carga, por ejemplo
superficies de rodadura para cubiertas de neumáticos.
Un objeto adicional del invento son mezclas de
cauchos y materiales vulcanizados de cauchos, que se caracterizan
porque contienen un caucho, un material de carga, tal como por
ejemplo un ácido silícico precipitado, eventualmente otros agentes
coadyuvantes para cauchos, así como por lo menos uno de los
compuestos orgánicos de silicio, conformes al invento.
Los compuestos orgánicos de silicio, conformes al
invento, se pueden emplear en unas proporciones de 0,1 a 50% en
peso, de manera preferida de 0,1 a 25% en peso, de manera
especialmente preferida de 1 a 20% en peso, referida a la cantidad
del caucho empleado.
La adición de los compuestos orgánicos de
silicio, conformes al invento, así como la adición de los materiales
de carga, se puede efectuar a unas temperaturas de las masas de 100
a 200ºC. Sin embargo, se puede efectuar también a unas temperaturas
más bajas, de 40 a 100ºC, por ejemplo en común con otros agentes
coadyuvantes para cauchos.
Los compuestos orgánicos de silicio conformes al
invento, se pueden añadir al proceso de mezcladura tanto en forma
pura como también extendidos sobre un soporte inerte, orgánico o
inorgánico, así como en estado reaccionado previamente con un
soporte orgánico o inorgánico. Materiales de soporte preferidos
pueden ser ácidos silícicos precipitados o pirógenos, ceras,
materiales termoplásticos, silicatos naturales o sintéticos, óxidos
naturales o sintéticos, especialmente óxido de aluminio o negros de
carbono.
Además, los compuestos orgánicos de silicio
conformes al invento se pueden añadir al proceso de mezcladura
también en estado reaccionado previamente con el material de carga
que se ha de emplear.
Como materiales de carga se pueden emplear para
las mezclas de cauchos, conformes al invento, los siguientes
materiales de carga:
- -
- Negros de carbono: los negros de carbono que se han de utilizar en este contesto se preparan de acuerdo con los procedimientos de producción de negros de carbono a la llama, en horno, de gas o procedimientos térmicos y poseen unas superficies según BET de 20 a 200 m^{2}/g. Los negros de carbono pueden contener eventualmente también heteroátomos, tales como por ejemplo Si.
- -
- Ácidos silícicos amorfos, preparados por ejemplo por precipitación de soluciones de silicatos o por hidrólisis a la llama de halogenuros de silicio con unas superficies específicas de 5 a 1.000 m^{2}/g, preferiblemente de 20 a 400 m^{2}/g (superficie según BET) y con unos tamaños de partículas primarias de 10 a 400 nm. Los ácidos silícicos pueden presentarse eventualmente también en forma de óxidos mixtos con otros óxidos de metales, tales como los óxidos de Al, Mg, Ca, Ba, Zn y titanio.
- -
- Silicatos sintéticos, tales como silicato de aluminio, silicatos de metales alcalino-térreos, tales como silicato de magnesio o silicato de calcio, con unas superficies según BET de 20 a 400 m^{2}/g y con unos diámetros de partículas primarias de 10 a 400 nm.
- -
- Óxidos e hidróxidos de aluminio sintéticos o naturales.
- -
- Silicatos naturales tales como caolín y otros ácidos silícicos presentes en la naturaleza.
- -
- Fibras de vidrio y productos de fibras de vidrio (esterillas, cordones) o microesferas de vidrio.
Preferiblemente, se pueden emplear ácidos
silícicos amorfos, preparados por precipitación de soluciones de
silicatos, con una superficie según BET de 20 a 400 m^{2}/g en
unas cantidades de 5 a 150 partes en peso, en cada caso referidas a
100 partes de caucho.
Los mencionados materiales de carga se pueden
emplear a solas o en mezcla. En una forma de realización
especialmente preferida del procedimiento, se pueden emplear para la
preparación de las mezclas de 10 a 150 partes en peso de materiales
de carga de color claro, eventualmente en común con 0 a 100 partes
en peso de un negro de carbono, así como con 1 a 20 partes en peso
de un compuesto tomado entre los compuestos orgánicos de silicio,
conformes al invento, en cada caso referidas a 100 partes en peso de
caucho.
Para la preparación de las mezclas de cauchos
conformes al invento, son adecuados, además de un caucho natural,
también cauchos sintéticos. Cauchos sintéticos preferidos se
describen por ejemplo en la obra de W. Hofmann, Kautschuktechnologie
[Tecnología del caucho], editorial Genter, Stuttgart 1980. Éstos
comprenden, entre otros
- -
- un polibutadieno (BR)
- -
- un poliisopreno (IR)
- -
- copolímeros de estireno y butadieno con unos contenidos de estireno de 1 a 60, preferiblemente de 2 a 50% en peso (SBR)
- -
- un cloropreno (CR)
- -
- copolímeros de isobutileno e isopreno (IIR)
- -
- copolímeros de butadieno y acrilonitrilo con unos contenidos de acrilonitrilo de 5 a 60, preferiblemente de 10 a 50% en peso (NBR)
- -
- un caucho de NBR hidrogenado parcialmente o hidrogenado totalmente (HNBR)
- -
- copolímeros de etileno, propileno y un dieno (EPDM)
así como mezclas de estos cauchos.
Para la producción de superficies de rodadura para cubiertas de
neumáticos de coches presentan interés en particular cauchos de
L-SBR (= SBR en solución) polimerizados
aniónicamente, con una temperatura de transición vítrea situada por
encima de -50ºC así como sus mezclas con cauchos
diénicos.
Los materiales vulcanizados de cauchos, conformes
al invento, pueden contener otras sustancias coadyuvantes para
cauchos, tales como agentes aceleradores de la reacción, agentes
protectores contra el envejecimiento, estabilizadores frente al
calor, agentes protectores frente a la luz, agentes protectores
frente al ozono, agentes coadyuvantes de elaboración,
plastificantes, agentes conferidores de pegajosidad, agentes de
expansión, colorantes, pigmentos, ceras, agentes extendedores,
ácidos orgánicos, agentes retardadores, óxidos metálicos así como
activadores, tales como trietanol-amina, un
poli(etilenglicol), hexanotriol, que son conocidos para la
industria del caucho.
Los agentes coadyuvantes para cauchos se pueden
emplear en unas proporciones conocidas, que se orientan, entre otras
cosas, a la finalidad de utilización. Unas proporciones usuales son,
por ejemplo, las proporciones de 0,1 a 50% en peso, referidas al
caucho. Como agentes reticulantes se pueden emplear azufre o
sustancias donantes de azufre. Las mezclas de cauchos, conformes al
invento, pueden contener, además de esto, agentes aceleradores de la
vulcanización. Ejemplos de apropiados agentes aceleradores de la
vulcanización son mercapto-benzotiazoles,
sulfenamidas, guanidinas, tiuramos, ditiocarbamatos, tioureas y
tiocarbonatos. Los agentes aceleradores de la vulcanización y el
azufre se emplean en unas proporciones de 0,1 a 10% en peso, de
manera preferida de 0,1 a 5% en peso, referidas al caucho.
La vulcanización de las mezclas de cauchos,
conformes al invento, se puede efectuar a unas temperaturas de 100 a
200ºC, de manera preferida de 130 a 180ºC, eventualmente bajo una
presión de 10 a 200 bar. La mezcladura de los cauchos con el
material de carga, eventualmente con los agentes coadyuvantes para
cauchos y el compuesto orgánico de silicio, conforme al invento, se
puede llevar a cabo en equipos mezcladores conocidos, tales como
rodillos mezcladores, mezcladores internos y extrusores
mezcladores.
Las mezclas para cauchos, conformes al invento,
se pueden utilizar para la producción de cuerpos moldeados, por
ejemplo para la producción de cubiertas de neumáticos, superficies
de rodadura para cubiertas de neumáticos, envolturas para cables,
mangueras, correas de transmisión, cintas transportadoras,
revestimientos de rodillos, aros, suelas de zapatos, empaquetaduras
anulares y elementos de amortiguación.
Los compuestos orgánicos de silicio, conformes al
invento, tienen la ventaja de que no se libera ningún alcohol
volátil, normalmente metanol y etanol, y al mismo tiempo sigue
siendo alta la reactividad frente al material de carga inorgánico.
La unión del alcoxi-silano al material de carga se
efectúa dentro de un intervalo de tiempo económicamente
aceptable.
Los alcoholes de cadena larga, no volátiles, al
contrario que los alcoholes de cadena corta, volátiles, del estado
de la técnica, son hidrolizados con suficiente rapidez y separados
del entramado fundamental del silano, de manera tal que durante el
proceso de mezcladura se garantiza una suficiente unión de los
compuestos orgánicos de silicio, conformes al invento, al material
de carga. Como consecuencia se establece en los materiales
vulcanizados para cauchos, conformes al invento, un alto refuerzo,
tal como se muestra en los siguientes Ejemplos.
En un evaporador rotatorio se calientan a 120ºC
durante 240 min en un matraz con una capacidad de 1 litro, 119,2 g
de 3-mercaptopropil(trietoxi)silano
con 288,2 g de una mezcla de dodecanol (70% en peso) y tetradecanol
(30% en peso) y con 0,12 g de ortotitanato de tetrabutilo. El
etanol resultante en este caso se separa por destilación en un
vacío de 50 hasta 120 mbar en el transcurso de 240 min. Después de
haber enfriado, se obtienen 349,6 g de un líquido incoloro de
elevada viscosidad. En la reacción resulta más de 50% en moles del
compuesto exento de etanol
(C_{12}H_{25}O/C_{14}H_{29}O)_{3}Si-C_{3}H_{6}-SH,
tal como se puede mostrar mediante RMN de 1H y 29Si. Un 84% del
etanol se elimina mediante la reacción a partir del
órgano-alcoxi-silano.
En un evaporador rotatorio se calientan a 120ºC
durante 240 min en un matraz con una capacidad de 1 litro, 119,2 g
de 3-mercaptopropil(trietoxi)silano
con 288,2 g de una mezcla de dodecanol (70% en peso) y tetradecanol
(30% en peso) y con 0,24 g de ortotitanato de tetrabutilo. El
etanol resultante en este caso se separa por destilación en un
vacío de 50 hasta 120 mbar en el transcurso de 240 min. Después de
haber enfriado, se obtienen 347,4 g de un líquido incoloro con una
viscosidad elevada. En la reacción resulta más de 65% en moles del
compuesto exento de etanol
(C_{12}H_{25}O/C_{14}H_{29}O)_{3}Si-C_{3}H_{6}-SH,
tal como se puede mostrar mediante RMN de 1H y 29Si. Un 90% del
etanol se elimina mediante la reacción a partir del
órgano-alcoxi-silano.
En un evaporador rotatorio se calientan a 140ºC
durante 240 min en un matraz con una capacidad de 1 litro, 178,8 g
de 3-mercaptopropil(trietoxi)silano
con 435,2 g de una mezcla de dodecanol (70% en peso) y tetradecanol
(30% en peso) y con 0,36 g de ortotitanato de tetrabutilo. El
etanol resultante en este caso se separa por destilación en un
vacío de 120 mbar en el transcurso de 240 min. Después de haber
enfriado, se obtienen 521,6 g de un líquido incoloro con una
viscosidad elevada. En la reacción resulta más de 65% en moles del
compuesto exento de etanol
(C_{12}H_{25}O/C_{14}H_{29}O)_{3}
Si-C_{3}H_{6}-SH, tal como se puede mostrar mediante RMN de 1H y 29Si. Un 90% del etanol se elimina mediante la reacción a partir del órgano-alcoxi-silano.
Si-C_{3}H_{6}-SH, tal como se puede mostrar mediante RMN de 1H y 29Si. Un 90% del etanol se elimina mediante la reacción a partir del órgano-alcoxi-silano.
En un evaporador rotatorio se calientan a 140ºC
durante 360 min en un matraz con una capacidad de 1 litro, 178,8 g
de 3-mercaptopropil(trietoxi)silano
con 435,2 g de una mezcla de dodecanol (70% en peso) y tetradecanol
(30% en peso) y con 0,36 g de ortotitanato de tetrabutilo. El
etanol resultante en este caso se separa por destilación en un
vacío de 120 mbar en el transcurso de 360 min. Después de haber
enfriado, se obtienen 522,7 g de un líquido incoloro con una
viscosidad elevada. En la reacción resulta más de 65% en moles del
compuesto exento de etanol
(C_{12}H_{25}O/C_{14}H_{29}O)_{3}
Si-C_{3}H_{6}-SH, tal como se puede mostrar mediante RMN de 1H y 29Si. Un 90% del etanol se elimina mediante la reacción a partir del órgano-alcoxi-silano.
Si-C_{3}H_{6}-SH, tal como se puede mostrar mediante RMN de 1H y 29Si. Un 90% del etanol se elimina mediante la reacción a partir del órgano-alcoxi-silano.
En un evaporador rotatorio se calientan a 120ºC
durante 150 min en un matraz con una capacidad de 1 litro, 119,2 g
de 3-mercaptopropil(trietoxi)silano
con 321,6 g de tetradecanol y con 0,12 g de ortotitanato de
tetrabutilo. El etanol resultante en este caso se separa por
destilación en un vacío de 50 hasta 120 mbar en el transcurso de
150 min. Después de haber enfriado, se obtienen 388 g de un líquido
incoloro con una viscosidad elevada. En la reacción resulta más de
25% en moles del compuesto exento de etanol
(C_{14}H_{29}O)_{3}Si-C_{3}H_{6}-SH,
tal como se puede mostrar mediante RMN de 1H y 29Si. Un 75% del
etanol se elimina mediante la reacción a partir del
órgano-alcoxi-silano.
En un evaporador rotatorio se calientan a 120ºC
durante 150 min en un matraz con una capacidad de 1 litro, 119,2 g
de 3-mercaptopropil(trietoxi)silano
con 321,6 g de tetradecanol y con 0,24 g de ortotitanato de
tetrabutilo. El etanol resultante en este caso se separa por
destilación en un vacío de 50 hasta 120 mbar en el transcurso de
150 min. Después de haber enfriado, se obtienen 388,7 g de un
líquido incoloro con una viscosidad elevada. En la reacción resulta
más de 25% en moles del compuesto exento de etanol
(C_{14}H_{29}O)_{3}Si-C_{3}H_{6}-SH,
tal como se puede mostrar mediante RMN de 1H y 29Si. Un 75% del
etanol se elimina mediante la reacción a partir del
órgano-alcoxi-silano.
En un evaporador rotatorio se calientan a 115ºC
durante 120 min en un matraz con una capacidad de 1 litro, 200 g de
bis[dietoximetilsililpropil]disulfano,
[(EtO)_{2}(Me)Si-C_{3}H_{6}-]_{2}S_{2}),
con 350,3 g de dodecanol y con 0,4 g de ortotitanato de tetrabutilo.
El etanol resultante en este caso se separa por destilación en un
vacío de 50 hasta 120 mbar en el transcurso de 120 min. Después de
haber enfriado, se obtienen 455,6 g de un líquido incoloro con una
viscosidad elevada. En la reacción resulta más de 80% en moles del
compuesto exento de etanol
[(C_{12}H_{25}O)_{2}MeSi-C_{3}H_{6}-]_{2}S_{2},
tal como se puede mostrar mediante RMN de 1H y 29Si. Un 90% del
etanol se elimina mediante la reacción a partir del
órgano-alcoxi-silano.
En un evaporador rotatorio se calientan a 115ºC
durante 180 min en un matraz con una capacidad de 1 litro, 200 g de
bis[dietoximetilsililpropil]disulfano,
[(EtO)_{2}(Me)Si-C_{3}H_{6}-]_{2}S_{2}),
con 350,3 g de dodecanol y con 0,4 g de ortotitanato de tetrabutilo.
El etanol resultante en este caso se separa por destilación en un
vacío de 50 hasta 120 mbar en el transcurso de 180 min. Después de
haber enfriado, se obtienen 472,2 g de un líquido incoloro con una
viscosidad elevada. En la reacción resulta más de 80% en moles del
compuesto exento de etanol
[(C_{12}H_{25}O)_{2}MeSi-C_{3}H_{6}-]_{2}S_{2},
tal como se puede mostrar mediante RMN de 1H y 29Si. Un 92% del
etanol se elimina mediante la reacción a partir del
órgano-alcoxi-silano.
En un evaporador rotatorio se calientan a 115ºC
durante 120 min en un matraz con una capacidad de 1 litro, 200 g de
bis[dietoximetilsililpropil]disulfano,
[(EtO)_{2}(Me)Si-C_{3}H_{6}-]_{2}S_{2}),
con 350,3 g de dodecanol y con 0,224 g de ácido
p-tolueno-sulfónico. El etanol
resultante en este caso se separa por destilación en un vacío de 50
hasta 120 mbar en el transcurso de 150 min. Después de haber
enfriado, se obtienen 471,2 g de un líquido incoloro con una
viscosidad elevada. En la reacción resulta más de 80% en moles del
compuesto exento de etanol
[(C_{12}H_{25}O)_{2}MeSi-C_{3}H_{6}-]_{2}S_{2},
tal como se puede mostrar mediante RMN de 1H y 29Si. Un 92% del
etanol se elimina mediante la reacción a partir del
órgano-alcoxi-silano.
En un evaporador rotatorio se calientan a 115ºC
durante 180 min en un matraz con una capacidad de 1 litro, 200 g de
bis[dietoximetilsililpropil]disulfano,
[(EtO)_{2}(Me)Si-C_{3}H_{6}-]_{2}S_{2}),
con 350,3 g de dodecanol y con 0,224 g de ácido
p-tolueno-sulfónico. El etanol
resultante en este caso se separa por destilación en un vacío de 50
hasta 120 mbar en el transcurso de 180 min. Después de haber
enfriado, se obtienen 472,9 g de un líquido incoloro con una
viscosidad elevada. En la reacción resulta más de 80% en moles del
compuesto exento de etanol
[(C_{12}H_{25}O)_{2}MeSi-C_{3}H_{6}-]_{2}S_{2},
tal como se puede mostrar mediante RMN de 1H y 29Si. Un 93% del
etanol se elimina mediante la reacción a partir del
órgano-alcoxi-silano.
En un equipo de destilación se calientan a
95-100ºC durante 240 min en un matraz con una
capacidad de 1 litro, 159,8 g de
bis[trietoxisililpropil]tetrasulfano (Si 69) con 385,9
g de tetradecanol y con 0,58 g de ácido
p-tolueno-sulfónico. El etanol
resultante en tal caso se separa por destilación. Después de haber
enfriado, se obtienen 471,6 g de un líquido de color amarillo con
una viscosidad elevada. En la reacción resulta más de 65% en moles
de los compuestos exentos de etanol
[(C_{14}H_{29}O)_{3}Si-C_{3}H_{6}-]_{2}S_{x},
tal como se puede mostrar mediante RMN de 1H y 29Si. Un 90% del
etanol se elimina mediante la reacción a partir del
órgano-alcoxi-silano.
En un equipo de destilación se calientan a
110-120ºC durante 240 min en un matraz con una
capacidad de 1 litro, 159,8 g de
bis[trietoxisililpropil]tetrasulfano (Si 69) con 335,4
g de dodecanol y con 0,58 g de ácido
p-tolueno-sulfónico. El etanol
resultante en tal caso se separa por destilación. Después de haber
enfriado, se obtienen 413,3 g de un líquido de color amarillo con
una viscosidad elevada. En la reacción resulta más de 80% en moles
de los compuestos exentos de etanol
[(C_{12}H_{25}O)_{3}Si-C_{3}H_{6}-]_{2}S_{x},
tal como se puede mostrar mediante RMN de 1H y 29Si. Un 96% del
etanol se elimina mediante la reacción a partir del
órgano-alcoxi-silano.
En un equipo de destilación se calientan a 110ºC
durante 180 min en un matraz con una capacidad de 1 litro, 106,51 g
de bis[trietoxisililpropil]tetrasulfano (Si 69) con
257,3 g de tetradecanol y con 0,053 g de ortotitanato de
tetrabutilo. El etanol resultante en tal caso se separa por
destilación. Después de haber enfriado, se obtienen 309,8 g de un
líquido de color amarillo con una viscosidad elevada. En la reacción
resulta más de 65% en moles de los compuestos exentos de etanol
[(C_{14}H_{29}O)_{3}Si-C_{3}H_{6}-]_{2}S_{x},
tal como se puede mostrar mediante RMN de 1H y 29Si. Un 90% del
etanol se elimina mediante la reacción a partir del
órgano-alcoxi-silano.
En un equipo de destilación se calientan a 130ºC
durante 180 min en un matraz con una capacidad de 1 litro, 106,51 g
de bis[trietoxisililpropil]tetrasulfano (Si 69) con
257,3 g de tetradecanol y con 0,053 g de ortotitanato de
tetrabutilo. El etanol resultante en tal caso se separa por
destilación. Después de haber enfriado, se obtienen 306,7 g de un
líquido de color amarillo con una viscosidad elevada. En la reacción
resulta más de 80% en moles de los compuestos exentos de etanol
[(C_{14}H_{29}O)_{3}Si-C_{3}H_{6}-]_{2}S_{x},
tal como se puede mostrar mediante RMN de 1H y 29Si. Un 95% del
etanol se elimina mediante la reacción a partir del
órgano-alcoxi-silano.
En un evaporador rotatorio se calientan a 120ºC
durante 240 min en un matraz con una capacidad de 1 litro, 118,7 g
de bis[trietoxisililpropil]disulfano (Si 266), con
321,6 g de tetradecanol y con 0,28 g de ortotitanato de tetrabutilo.
El etanol resultante en tal caso se separa por destilación en un
vacío de 50 hasta 120 mbar en el transcurso de 240 min. Después de
haber enfriado, se obtienen 376,1 g de un líquido incoloro con una
viscosidad elevada. En la reacción resulta más de 80% en moles de
los compuestos exentos de etanol
[(C_{14}H_{29}O)_{3}Si-C_{3}H_{6}-]_{2}S_{x},
tal como se puede mostrar mediante RMN de 1H y 29Si. Un 96% del
etanol se elimina mediante la reacción a partir del
órgano-alcoxi-silano.
En un evaporador rotatorio se calientan a 120ºC
durante 240 min en un matraz con una capacidad de 1 litro, 118,7 g
de bis[trietoxisililpropil]disulfano (Si 266), con
321,6 g de tetradecanol y con 0,47 g de ortotitanato de tetrabutilo.
El etanol resultante en tal caso se separa por destilación en un
vacío de 50 hasta 120 mbar en el transcurso de 240 min. Después de
haber enfriado, se obtienen 376,0 g de un líquido incoloro con una
viscosidad elevada. En la reacción resulta más de 80% en moles de
los compuestos exentos de etanol
[(C_{14}H_{29}O)_{3}Si-C_{3}H_{6}-]_{2}S_{x},
tal como se puede mostrar mediante RMN de 1H y 29Si. Un 96% del
etanol se elimina mediante la reacción a partir del
órgano-alcoxi-silano.
En un evaporador rotatorio se calientan a 120ºC
durante 240 min en un matraz con una capacidad de 1 litro, 142,5 g
de bis[trietoxisililpropil]disulfano (Si 266), con
335,4 g de dodecanol y con 0,29 g de ortotitanato de tetrabutilo.
El etanol resultante en tal caso se separa por destilación en un
vacío de 50 hasta 120 mbar en el transcurso de 240 min. Después de
haber enfriado, se obtienen 403,3 g de un líquido incoloro con una
viscosidad elevada. En la reacción resulta más de 70% en moles de
los compuestos exentos de etanol
[(C_{12}H_{25}O)_{3}Si-C_{3}H_{6}-]_{2}S_{x},
tal como se puede mostrar mediante RMN de 1H y 29Si. Un 93% del
etanol se elimina mediante la reacción a partir del
órgano-alcoxi-silano.
En un evaporador rotatorio se calientan a 120ºC
durante 240 min en un matraz con una capacidad de 1 litro, 142,5 g
de bis[trietoxisililpropil]disulfano (Si 266), con
335,4 g de dodecanol y con 0,58 g de ortotitanato de tetrabutilo. El
etanol resultante en tal caso se separa por destilación en un vacío
de 50 hasta 120 mbar en el transcurso de 240 min. Después de haber
enfriado, se obtienen 403,1 g de un líquido incoloro con una
viscosidad elevada. En la reacción resulta más de 75% en moles de
los compuestos exentos de etanol
[(C_{12}H_{25}O)_{3}Si-C_{3}H_{6}-]_{2}S_{x},
tal como se puede mostrar mediante RMN de 1H y 29Si. Un 94% del
etanol se elimina mediante la reacción a partir del
órgano-alcoxi-silano.
En un evaporador rotatorio se calientan a 120ºC
durante 150 min en un matraz con una capacidad de 1 litro, 95 g de
bis[trietoxisililpropil]disulfano (Si 266), con 257,3
g de tetradecanol y con 0,38 g de ortotitanato de tetrabutilo. El
etanol resultante en tal caso se separa por destilación en un vacío
de 50 hasta 120 mbar en el transcurso de 150 min. Después de haber
enfriado, se obtienen 301,6 g de un líquido incoloro con una
viscosidad elevada. En la reacción resulta más de 70% en moles de
los compuestos exentos de etanol
[(C_{14}H_{29}O)_{3}Si-C_{3}H_{6}-]_{2}S_{x},
tal como se puede mostrar mediante RMN de 1H y 29Si. Un 92% del
etanol se elimina mediante la reacción a partir del
órgano-alcoxi-
silano.
silano.
En un evaporador rotatorio se calientan a 100ºC
durante 240 min en un matraz con una capacidad de 100 ml, 13,9 g de
1-mercaptometil(trietoxisilano) con 38,4 g
de una mezcla de dodecanol (70% en peso) y tetradecanol (30% en
peso) y con 0,1 g de ortotitanato de tetrabutilo. El etanol
resultante en tal caso se separa por destilación en un vacío de 500
hasta 250 mbar en el transcurso de 240 min. Después de haber
enfriado, se obtienen 44,1 g de un líquido incoloro. En la reacción
resulta más de 50% en moles del compuesto exento de etanol
(C_{12}H_{25}O/C_{14}H_{29}O)_{2}Si-CH_{2}-SH,
tal como se puede mostrar mediante RMN de 1H y 29Si. Un 85% del
etanol se elimina mediante la reacción a partir del
órgano-alcoxi-silano.
En un evaporador rotatorio se calientan a 90ºC
durante 240 min en un matraz con una capacidad de 0,5 litros, 50 g
de 1-mercaptometil(dimetiletoxisilano) con
61,5 g de dodecanol y con 0,12 g de ortotitanato de tetrabutilo. El
etanol resultante en tal caso se separa por destilación en un vacío
de 550 hasta 250 mbar en el transcurso de 240 min. Después de haber
enfriado, se obtienen 104,5 g de un líquido incoloro. En la
reacción resulta más de 65% en moles del compuesto exento de etanol
(C_{12}H_{25}O)MeSi-CH_{2}-SH,
tal como se puede mostrar mediante RMN de 1H y 29Si. Un 70% del
etanol se elimina mediante la reacción a partir del
órgano-alcoxi-silano.
En un evaporador rotatorio se calientan a 120ºC
durante 240 min en un matraz con una capacidad de 1 litro, 60 g de
1-mercaptopropil(dimetiletoxisilano) con 71,4
g de tetradecanol y con 0,1 g de ortotitanato de tetrabutilo. El
etanol resultante en tal caso se separa por destilación en un vacío
de 150 hasta 300 mbar en el transcurso de 240 min. Después de haber
enfriado, se obtienen 113,6 g de un líquido incoloro. En la reacción
resulta más de 70% en moles del compuesto exento de etanol
(C_{12}H_{25}O)MeSi-CH_{2}-SH,
tal como se puede mostrar mediante RMN de 1H y 29Si. Un 72% del
etanol se elimina mediante la reacción a partir del
órgano-alcoxi-silano.
La receta utilizada para las mezclas de cauchos
se indica en la siguiente Tabla 1. En tal caso, la unidad phr
significa tantos por ciento en peso, referidos a 100 partes del
caucho en bruto empleado. Los silanos conformes al invento se
dosifican en una cantidad equimolar con respecto a la mezcla de
referencia Si 266, referida al silicio. El procedimiento general
para la preparación de mezclas de cauchos y sus materiales
vulcanizados se describe en la obra: "Rubber Technology
Handbook" [Manual de la Tecnología de los Cauchos], W. Hofmann,
editorial Hanser
1994.
1994.
\vskip1.000000\baselineskip
Sustancia | Mezcla 1 | Mezcla 2 | Mezcla 3 |
de referencia [phr] | [phr] | [phr] | |
1ª etapa | |||
Buna VSL 5025-1 | 96 | 96 | 96 |
Buna CB 24 | 30 | 30 | 30 |
Ultrasil 7000 GR | 80 | 80 | 80 |
Si 266 | 5,8 | - - | - - |
Ejemplo 9 | - - | 11,2 | - - |
Ejemplo 17 | - - | - - | 15 |
ZnO | 3 | 3 | 3 |
Ácido esteárico | 2 | 2 | 2 |
Naftolen ZD | 10 | 10 | 10 |
Vulkanox 4020 | 1,5 | 1,5 | 1,5 |
Protektor G 3108 | 1 | 1 | 1 |
TABLA 1
(continuación)
Sustancia | Mezcla 1 | Mezcla 2 | Mezcla 3 |
de referencia [phr] | [phr] | [phr] | |
2ª etapa | |||
Tanda de la etapa 1 | |||
3ª etapa | |||
Tanda de la etapa 2 | |||
Vulkacit D | 2 | 2 | 2 |
Vulkacit CZ | 1,5 | 1,5 | 1,5 |
Perkacit TBzTD | 0,2 | 0,2 | 0,2 |
Azufre | 2,1 | 2,1 | 2,1 |
En el caso del polímero VSL
5025-1 se trata de un copolímero de SBR
copolimerizado en solución de la entidad Bayer AG, con un contenido
de estireno de 25% en peso, un contenido de vinilo de 50% en peso,
un contenido de
cis-1,4 de 10% en peso y un contenido de trans-1,4 de 15% en peso. El copolímero contiene 37,5 phr de un aceite y tiene una viscosidad Mooney (ML 1+4/100ºC) de 50 \pm 4.
cis-1,4 de 10% en peso y un contenido de trans-1,4 de 15% en peso. El copolímero contiene 37,5 phr de un aceite y tiene una viscosidad Mooney (ML 1+4/100ºC) de 50 \pm 4.
En el caso del polímero Buna CB 24 se trata de un
cis 1,4-polibutadieno (tipo Neodym) de la entidad
Bayer AG con un contenido de cis de 1,4 de 97%, un contenido de
trans 1,4 de 2%, un contenido de 1,2 de 1% y una viscosidad Mooney
de 44 \pm 5.
Como aceite aromático se utiliza Naftolen ZD de
la entidad Chemetall. En el caso del Vulkanox 4020 se trata de 6PPD
de la entidad Bayer AG y la Protektor G 3108 es una cera protectora
frente al ozono de Paramelt B.V. El Vulkacit D (DPG) y el Vulkacit
CZ (CBS) son productos comerciales de la entidad Bayer AG. El
Perkacit TBzTD (disulfuro de tetrabenciltiuram) es un producto de
Flexsys N.V.
El reactivo de acoplamiento Si 266, un disulfuro
de bis-(trietoxisililpropilo), es un producto de la entidad Degussa
AG. El Ultrasil 7000 GR es un ácido silícico granulado precipitado,
fácilmente dispersable, de la entidad Degussa AG con una superficie
según BET de 170 m^{2}/g.
Las mezclas de cauchos se preparan en un
mezclador interno de una manera correspondiente a la prescripción de
mezcladura presentada en la Tabla 2.
\vskip1.000000\baselineskip
Etapa 1 | |
Ajustes | |
Equipo mezclador | de Werner \amp{1} Pfleiderer Tipo E |
Número de revoluciones | 60 min^{-1} |
Presión de la estampa | 5,5 bar |
Volumen en estado vacío | 1,58 l |
Grado de llenado | 0,58 |
Temperatura del flujo de paso | 70ºC |
Proceso de mezcladura | |
desde 0 hasta 1 min | Buna VSL 5025-1 + Buna CB 24 |
desde 1 hasta 3 min | 1/2 de ácido silícico, ZnO, ácido esteárico, Naftolen ZD, silano |
desde 3 hasta 4 min | 1/2 de ácido silícico, Vulkanox, Protektor |
\hskip1,7cm 4 min | Limpiar |
desde 4 hasta 5 min | Mezclar |
\hskip1,7cm 5 min | Airear |
desde 5 hasta 6 min | mezclar y salir |
Temperatura de la tanda | 145-155ºC |
Almacenamiento | durante 24 h a la temperatura ambiente |
Etapa 2 | |
Ajustes | |
Equipo mezclador | como en la etapa 1 excepto: |
Número de revoluciones | 70 min^{-1} |
Grado de llenado | 0,54 |
Proceso de mezcladura | |
desde 0 hasta 2 min | abrir la tanda de la etapa 1 |
desde 2 hasta 5 min | mantener la temperatura de la tanda a 155ºC por variación del número de revoluciones |
\hskip1,7cm 5 min | salir |
Temperatura de la tanda | 155ºC |
Almacenamiento | durante 4 h a la temperatura ambiente |
Etapa 3 | |
Ajustes | |
Equipo mezclador | como en la etapa 1 excepto: |
Número de revoluciones | 40 min^{-1} |
Grado de llenado | 0,51 |
Temperatura del flujo de paso | 50ºC |
Proceso de mezcladura | |
desde 0 hasta 2 min | tanda de la etapa 2, acelerador, azufre |
\hskip1,7cm 2 min | salir y formar una película en un equipo mezclador de rodillos de laboratorio |
(diámetro 200 mm, longitud 450 mm, temperatura del flujo de paso 50ºC) | |
homogeneizar: | |
entallar 3* a la izquierda, 3* a la derecha y extraer la película 8* con una estrecha rendija | |
entre rodillos (1 mm) y 3* con una ancha rendija entre rodillos (3,5 mm) | |
Temperatura de la tanda | 85-95ºC |
En la Tabla 3 se recopilan los métodos para el
ensayo de cauchos vulcanizados
\vskip1.000000\baselineskip
Ensayo físico | Norma/condiciones |
ML 1+4, 100ºC, 3ª etapa | DIN 53523/3, ISO 667 |
Ensayo en vulcámetro, a 165ºC | DIN 53529/3, ISO 6502 |
\hskip1cm t10% (min) | |
Ensayo de tracción en el anillo, a 23ºC | DIN 53504, ISO 37 |
\hskip1cm Resistencia a la tracción (MPa) | |
\hskip1cm Valores de tensión (MPa) | |
\hskip1cm Alargamiento a la rotura (%) | |
Dureza Shore-A, a 23ºC (SH) | DIN 53505 |
Propiedades viscoelásticas de 0 a 60ºC, 16 Hz, fuerza preliminar | DIN 53 513, ISO 2856 |
50 N y fuerza de amplitud 25 N | |
\hskip1cm Módulo complejo E* (MPa) | |
\hskip1cm Factor de pérdidas tan \delta (-) |
La Tabla 4 muestra los resultados del ensayo
técnico de cauchos vulcanizados. Las mezclas se vulcanizan a 165ºC
durante 20 min.
Datos de la mezcla en bruto | Unidad | Mezcla 1 (de referencia) | Mezcla 2 | Mezcla 3 |
ML 1+4 | [-] | 60 | 45 | 42 |
t10% | [min] | 2,2 | 2,5 | 2,9 |
Datos del material vulcanizado | Unidad | Mezcla 1 (de referencia) | Mezcla 2 | Mezcla 3 |
Resistencia a la tracción | [MPa] | 12,6 | 10,9 | 12,1 |
Valor de tensión de 100% | [MPa] | 2,1 | 1,2 | 1,1 |
Valor de tensión de 300% | [MPa] | 10,4 | 5,8 | 5,6 |
Valor de tensión de 300%/100% | [-] | 5,0 | 4,8 | 5,1 |
Alargamiento a la rotura | [%] | 340 | 440 | 490 |
Dureza Shore-A | [-] | 64 | 54 | 52 |
E* (a 60ºC) | [MPa] | 8,8 | 5,6 | 5,3 |
E* (a 0ºC) | [MPa] | 24,2 | 9,2 | 8,4 |
tan \delta (a 60ºC) | [-] | 0,103 | 0,095 | 0,091 |
Tal como puede reconocerse con ayuda de los datos
de la Tabla 4, las viscosidades Mooney de las mezclas 2 y 3 con los
silanos conformes al invento se encuentran por debajo del nivel de
las de la mezcla de referencia 1. A partir de esto se establece una
más fácil elaborabilidad (p.ej. en el caso de una extrusión) de las
mezclas. Por lo demás, se pueden consignar unos valores de t10% más
altos en comparación con los de la mezcla de referencia. De esta
manera resulta una seguridad de elaboración mejorada, puesto que se
retrasa la reticulación previa. El factor de refuerzo (valor de
tensión de 300%/100%) y la resistencia a la tracción se encuentran
para las mezclas 2, 3 en un nivel más alto con unos alargamientos a
la rotura manifiestamente más altos en comparación con los de la
mezcla de referencia 1. Las mezclas con los silanos conformes al
invento se distinguen, en comparación con su mezcla de referencia 1,
en particular por una más baja rigidez dinámica (E*) a 0ºC. Por lo
tanto, en los casos de estas mezclas son de esperar unas propiedades
en invierno y de resbalamiento en húmedo manifiestamente mejores en
el caso de la utilización como una superficie de rodadura.
Adicionalmente, estas mezclas poseen una tan \delta 60ºC reducida
y por consiguiente una resistencia de rodadura reducida, que da
como resultado un menor consumo de combustible en el caso de
utilizarse como superficie de rodadura.
Por consiguiente, para las mezclas con los
silanos conformes al invento se establece una manifiesta mejoría de
las propiedades técnicas para cauchos vulcanizados, en comparación
con los silanos usuales en el comercio. Esto significa que, de
manera sorprendente, a pesar de la presencia de los grupos alcoxi
de cadena, considerablemente más larga en comparación con los
grupos metoxi y etoxi usuales, tiene lugar una mejor unión al ácido
silícico y al polímero.
Mediante la utilización de estos silanos se
disminuye manifiestamente la emisión de hidrocarburos volátiles en
comparación con la mezcla de referencia, puesto que en lugar de
grupos etoxi se presentan como grupos de separación grupos alcoxi
de cadena larga con un alto punto de ebullición. Los puntos de
ebullición de los alcoholes de cadena larga, resultantes por
hidrólisis del silano, están situados por encima de las
temperaturas de elaboración y vulcanización. De esta manera, éstos
permanecen dentro de la mezcla en bruto y del material vulcanizado
y no se ceden al medio ambiente.
La receta utilizada para las mezclas de cauchos
se indica en la siguiente Tabla 5. En este caso, la unidad phr
significa tantos por ciento en peso, referidos a 100 partes del
caucho en bruto empleado. El silano conforme al invento se dosificó
a igualdad de peso con respecto a las referencias Si 69 y Si 266. La
adaptación realizada del azufre era necesaria, entre otras cosas,
con el fin de compensar el menor contenido de azufre del silano en
ensayo. El procedimiento general para la preparación de mezclas de
cauchos y sus materiales vulcanizados se describe en la obra:
"Rubber Technology Handbook" [Manual de la Tecnología de los
Cauchos], W. Hofmann, editorial Hanser 1994.
Sustancia | Mezcla 4 | Mezcla 5 | Mezcla 6 |
de referencia [phr] | de referencia [phr] | [phr] | |
1ª etapa | |||
Buna VSL 5025-1 | 96 | 96 | 96 |
Buna CB 24 | 30 | 30 | 30 |
Ultrasil 7000 GR | 80 | 80 | 80 |
Si 69 | 6,4 | - - | - - |
Si 266 | - - | 6,4 | - - |
Ejemplo 3 | - - | - - | 6,4 |
ZnO | 3 | 3 | 3 |
Ácido esteárico | 2 | 2 | 2 |
Naftolen ZD | 10 | 10 | 10 |
Vulkanox 4020 | 1,5 | 1,5 | 1,5 |
Protektor G 3108 | 1 | 1 | 1 |
2ª etapa | |||
Tanda de la etapa 1 | |||
3ª etapa | |||
Tanda de la etapa 2 | |||
Vulkacit D | 2 | 2 | 2 |
Vulkacit CZ | 1,5 | 1,5 | 1,5 |
Perkacit TBzTD | 0,2 | 0,2 | 0,2 |
Azufre | 1,5 | 2,1 | 2,2 |
El reactivo de acoplamiento Si 69, tetrasulfuro
de bis-(trietoxisililpropilo), y el Si 266, disulfuro de
bis-(trietoxisi-
lilpropilo), son productos de la entidad Degussa AG.
lilpropilo), son productos de la entidad Degussa AG.
Las mezclas de cauchos se preparan en un
mezclador interno de un modo correspondiente a la prescripción de
mezcladura presentada en la Tabla 6.
Etapa 1 | |
Ajustes | |
Equipo mezclador | Werner \amp{1} Pfleiderer Tipo E |
Número de revoluciones | 60 min^{-1} |
Presión de la estampa | 5,5 bar |
Volumen en estado vacío | 1,58 l |
Grado de llenado | 0,56 |
Temperatura del flujo de paso | 70ºC |
Proceso de mezcladura | |
desde 0 hasta 1 min | Buna VSL 5025-1 + Buna CB 24 |
desde 1 hasta 3 min | 1/2 de ácido silícico, ZnO, ácido esteárico, Naftolen ZD, silano |
desde 3 hasta 4 min | 1/2 de ácido silícico, Vulkanox, Protektor |
\hskip1,7cm 4 min | limpiar |
desde 4 hasta 5 min | mezclar |
\hskip1,7cm 5 min | airear |
desde 5 hasta 6 min | mezclar y salir |
Temperatura de la tanda | 145-155ºC |
Almacenamiento | 24 h a la temperatura ambiente |
\global\parskip0.930000\baselineskip
Etapa 2 | |
Ajustes | |
Equipo mezclador | como en la etapa 1 excepto: |
Número de revoluciones | 70 min^{-1} |
Grado de llenado | 0,53 |
Proceso de mezcladura | |
desde 0 hasta 2 min | abrir la tanda de la etapa 1 |
desde 2 hasta 5 min | mantener la temperatura de la tanda a 150ºC por variación del número de revoluciones |
\hskip1,7cm 5 min | salir |
Temperatura de la tanda | 150ºC |
Almacenamiento | durante 4 h a la temperatura ambiente |
Etapa 3 | |
Ajustes | |
Equipo mezclador | como en la etapa 1 excepto: |
Número de revoluciones | 40 min^{-1} |
Grado de llenado | 0,50 |
Temperatura del flujo de paso | 50ºC |
Proceso de mezcladura | |
desde 0 hasta 2 min | tanda de la etapa 2, acelerador, azufre |
\hskip1,7cm 2 min | salir y formar una película en el equipo mezclador de rodillos de laboratorio |
(diámetro 200 mm, longitud 450 mm, temperatura del flujo de paso 50ºC) | |
homogeneizar: | |
entallar 3* a la izquierda, 3* a la derecha y extraer la película 8* con una estrecha rendija | |
entre rodillos (1 mm) y 3* con una ancha rendija entre rodillos (3,5 mm) | |
Temperatura de la tanda | 85-95ºC |
En la Tabla 7 se recopilan los métodos para el
ensayo de cauchos vulcanizados
Ensayo físico | Norma/condiciones |
ML 1+4, 100ºC, 3ª etapa | DIN 53523/3, ISO 667 |
Ensayo en vulcámetro, a 165ºC | DIN 53529/3, ISO 6502 |
\hskip1cm Dmax-Dmin (dNm) | |
\hskip1cm t10% (min) | |
Ensayo de tracción en el anillo, a 23ºC | DIN 53504, ISO 37 |
\hskip1cm Resistencia a la tracción (MPa) | |
\hskip1cm Valores de tensión (MPa) | |
\hskip1cm Alargamiento a la rotura (%) | |
Dureza Shore-A, a 23ºC (SH) | DIN 53505 |
Propiedades viscoelásticas de 0 a 60ºC, 16 Hz, fuerza preliminar | DIN 53513, ISO 2856 |
50 N y fuerza de amplitud 25 N | |
\hskip1cm Módulo complejo E* (MPa) | |
\hskip1cm Factor de pérdidas tan \delta (-) |
\global\parskip0.990000\baselineskip
TABLA 7
(continuación)
Ensayo físico | Norma/condiciones |
Abrasión DIN, fuerza 10 N (mm^{3}) | DIN 53516 |
Rebote de bola, a 60ºC (%) | ASTM D 5308 |
Ensayo con el flexómetro de Goodrich, carrera 0,250 pulgadas, | DIN 53533, ASTM D 623 A |
25 min, a 23ºC | |
\hskip1cm Temperatura de contacto (ºC) | |
\hskip1cm Temperatura de ebullición (ºC) | |
\hskip1cm Deformación permanente (%) |
\vskip1.000000\baselineskip
La Tabla 8 muestra los resultados del ensayo
técnico de caucho vulcanizado. Las mezclas se vulcanizan a 165ºC
durante 25 min.
\vskip1.000000\baselineskip
Datos de la mezcla en bruto | Unidad | Mezcla 4 (de referencia) | Mezcla 5 (de referencia) | Mezcla 6 |
ML 1+4 | [-] | 66 | 63 | 54 |
Dmax-Dmin | [dNm] | 15,5 | 16,5 | 13,2 |
t10% | [min] | 1,8 | 2,5 | 1,0 |
Datos del material vulcanizado | Unidad | Mezcla 4 (de referencia) | Mezcla 5 (de referencia) | Mezcla 6 |
Resistencia a la tracción | [MPa] | 14,5 | 13,0 | 14,1 |
Valor de tensión de 100% | [MPa] | 1,8 | 1,9 | 1,7 |
Valor de tensión de 300% | [MPa] | 10,5 | 10,4 | 12,2 |
Valor de tensión de 300%/100% | 5,8 | 5,5 | 7,2 | |
Alargamiento a la rotura | [%] | 360 | 350 | 320 |
Dureza Shore-A | [-] | 60 | 62 | 55 |
Rebote de bola | [%] | 68,6 | 67,6 | 75,5 |
Temperatura de contacto | [ºC] | 62 | 61 | 55 |
Temperatura de penetración | [ºC] | 101 | 97 | 88 |
Deformación permanente | [%] | 2,8 | 2,6 | 2,0 |
E* (a 60ºC) | [MPa] | 6,9 | 6,9 | 5,8 |
E* (a 0ºC) | [MPa] | 14,8 | 16,8 | 8,9 |
tan \delta (a 60ºC) | [-] | 0,089 | 0,086 | 0,062 |
Abrasión DIN | [mm^{3}] | 69 | 68 | 47 |
\vskip1.000000\baselineskip
Tal como se puede reconocer con ayuda de los
datos que se presentan en la Tabla 8, la viscosidad Mooney de la
mezcla 6 con el silano conforme al invento está situada
manifiestamente por debajo del nivel de la de las mezclas de
referencia 4 y 5. De esta manera se establece aquí, de una manera
análoga al Ejemplo 23, una mejor elaborabilidad de la mezcla en
bruto.
En el campo de los datos estáticos de los
materiales vulcanizados, las resistencias a la tracción y los
alargamientos a la rotura están en un nivel comparable, mientras
que la mezcla 6 con el silano conforme al invento presenta un
refuerzo manifiestamente mayor. Esto se reconoce en el más alto
valor de tensión con un alargamiento de 300% y en el factor de
refuerzo mucho más alto (valor de tensión de 300%/100%). En esto se
puede reconocer la muy alta unión entre el ácido silícico, el
silano y el caucho.
En la comparación de los resultados del ensayo
con el flexómetro de Goodrich la mezcla 6 con el silano conforme
al invento tiene un valor mejor que el de las mezclas de
referencia, puesto que presenta una acumulación menor de calor en el
caso de una carga dinámica y una deformación permanente más baja.
Una menor acumulación de calor es ventajosa para una alta duración
de vida útil de una superficie de rodadura para cubiertas de
neumático, cargada dinámicamente.
Al igual que se muestra en el Ejemplo precedente,
la mezcla con el silano conforme al invento posee una rigidez
dinámica E* a 0ºC más baja que la de las referencias. Esto
significa un mejor comportamiento de resbalamiento en húmedo y
mejores propiedades en invierno. Asimismo, también la tan \delta a
60ºC es manifiestamente más baja que en el caso de las dos mezclas
de referencia, con lo que también se ha disminuido la resistencia
de rodadura. Adicionalmente a estas positivas propiedades, se
disminuye considerablemente también la abrasión DIN de la mezcla
con el silano conforme al invento. Con esto se muestra que, mediante
la utilización del silano conforme al invento en una mezcla para
superficies de rodadura, se mejoran de manera significativa las más
importantes propiedades de una cubierta de neumático, a saber la
abrasión, el resbalamiento en húmedo y la resistencia de
roda-
dura.
dura.
En conjunto, se muestra que, en el caso de la
utilización de los silanos conformes al invento, no solamente se
disminuye la emisión de hidrocarburos volátiles al realizar la
elaboración de las mezclas, sino que sorprendentemente se mejoran
también las propiedades técnicas para cauchos vulcanizados.
En un evaporador rotatorio se calientan a 120ºC
durante 270 min en un matraz con una capacidad de 1 litro, 250 g de
bis[trietoxisililpropil]tetrasulfano (Si 69) con
682,9 g de hexadecanol así como con 1 g de ortotitanato de
tetrabutilo. El silano, después de la fusión de la mezcla de
alcoholes, se añade a 100ºC. El etanol resultante en la
transesterificación se separa por destilación en un vacío de
20-800 mbar en el transcurso de 270 min. Después de
haber enfriado, se obtienen 801,2 g de un material sólido de tipo
ceroso, de color amarillo claro. En la reacción resulta más de 89%
en moles de los compuestos exentos de etanol
[(C_{16}H_{33}O)_{3}Si-C_{3}H_{6}-]_{2}S_{x},
tal como se puede mostrar mediante RMN de 1H y 29Si. Un 95% del
etanol se elimina mediante la reacción.
En un evaporador rotatorio se calientan a
120-140ºC en un matraz con una capacidad de 1
litro, 250 g de bis[trietoxisililpropil]tetrasulfano
(la longitud media de cadena de las cadenas de polisulfanos
R-S_{x}-R con
S_{2}-S_{10} es de 2,0; comprobado mediante
HPLC + RMN) con 766,6 g de hexadecanol así como con 1 g de
ortotitanato de tetrabutilo. El silano, después de la fusión de la
mezcla de alcoholes, se añade a 110ºC. El etanol resultante en la
transesterificación se separa por destilación en un vacío de
20-800 mbar en el transcurso de 300 min. Después de
haber enfriado, se obtienen 873,2 g de un material sólido de tipo
ceroso. En la reacción resulta más de 76% en moles del compuesto
exento de etanol
[(C_{16}H_{33}O)_{3}Si-C_{3}H_{6}-]_{2}S_{x},
tal como se puede mostrar mediante RMN de 1H y 29Si. Un 94% del
etanol se elimina mediante la reacción desde el producto.
En un evaporador rotatorio se calientan a 135ºC
en un matraz con una capacidad de 1 litro, 250 g de
bis[trietoxisililpropil]disulfano (la longitud media
de cadena de las cadenas de polisulfanos
R-S_{x}-R con
S_{2}-S_{10} es de 2,0; comprobado con HPLC +
RMN) con una mezcla de 79,3 g de tetradecanol (10% en peso) y con
357,1 g de hexadecanol (45% en peso) así como con 1 g de
ortotitanato de tetrabutilo. El silano, después de la fusión de la
mezcla de alcoholes. El etanol resultante en la transesterificación
se separa por destilación en un vacío de 20-800
mbar en el transcurso de 285 min. Después de haber enfriado, se
obtienen 901,9 g de un producto de tipo ceroso. En la reacción
resulta más de 77% en moles de los compuestos exentos de etanol
[(C_{14}H_{29}O/C_{16}H_{33}O/C_{18}H_{37}O)_{3}Si-C_{3}H_{6}-
]_{2}S_{x}, tal como se puede mostrar mediante RMN de 1H y 29Si.
La distribución de los alcoholes en los compuestos de silano es
estadística. Un 94% del etanol se elimina mediante la reacción a
partir del
bis[trietoxisililpropil]-disulfano.
En un evaporador rotatorio se calientan a
130-140ºC en un matraz con una capacidad de 1
litro, 250 g de
3-mercaptopropil(trietoxii)silano con
una mezcla de 79,5 g de tetradecanol (10% en peso), 355,7 g de
hexadecanol (45% en peso) y 355,7 g de octadecanol (45% en peso)
así como con 1 g de ortotitanato de tetrabutilo. El silano, después
de la fusión de la mezcla de alcoholes, se añade a 105ºC. El etanol
resultante en la transesterificación se separa por destilación en
un vacío de 20-800 mbar en el transcurso de 270 min.
Después de haber enfriado, se obtienen 897,9 g de un material
sólido incoloro de tipo ceroso. En la reacción resulta más de 88% en
moles de los compuestos exentos de etanol
[(C_{14}H_{29}O/C_{16}H_{33}O/C_{18}H_{37}O)_{3}Si-
C_{3}H_{6}-]_{2}S_{x}, tal como se puede mostrar mediante
RMN de 1H y 29Si. La distribución de los alcoholes en los compuestos
de silanos es estadística. Un 96% del etanol se elimina mediante
la reacción a partir del
3-mercaptopropil(trietoxisi)-silano.
Ejemplo comparativo
29
(Análogamente al documento EP
1394167
A1)
En un evaporador rotatorio, se calientan a 110ºC
en un matraz 96,6 g de
bis[trietoxisilil-propil]tetrasulfano
(Si 69) con 186,6 g de una mezcla de hexadecanol y octadecanol
(Stenol 1618; Cognis) así como con 0,05 g de ortotitanato de
tetrabutilo. El silano, después de la fusión de la mezcla de
alcoholes, se añade a 100ºC. El etanol resultante en la
transesterificación se separa por destilación en un vacío de
20-800 mbar en el transcurso de 210 min. Después de
haber enfriado, se obtienen 226,6 g de un material sólido de tipo
ceroso, de color amarillo. Tal como se puede mostrar mediante RMN
de 1H y 29Si. Un 70% de los grupos EtO-Si se han
reemplazado por R-O-Si.
Ejemplo comparativo
30
(Análogamente al documento EP
1394167
A1)
En un evaporador rotatorio, se calientan a 110ºC
en un matraz 239,4 g de
bis[trietoxisilil-propil]disulfano (Si
266 de la entidad Degussa AG, con una distribución de cadenas de
azufre S_{x} detectable mediante HPLC y RMN con x =
2-10, de 2,25) con 385,8 g de una mezcla de
dodecanol y tetradecanol (Lorol Spezial; Cognis) así como con 0,12
g de ortotitanato de tetrabutilo. El etanol resultante en la
transesterificación se separa por destilación en un vacío de
20-800 mbar en el transcurso de 240 min. Después de
haber enfriado, se obtienen 532,2 g de un líquido muy viscoso de
color amarillo pálido. Tal como se puede mostrar mediante RMN de 1H
y 29Si, un 68% de los grupos EtO-Si se han
reemplazado por R-O-Si.
Ejemplo comparativo
31
En un equipo de destilación se calientan a
110-115ºC en un matraz con una capacidad de 10
litros 2.925 g de
3-mercaptopropil(trietoxi)silano con
4.753 g de una mezcla de tetradecanol y dodecanol (Lorol Spezial;
Cognis) así como con 1,4 g de ortotitanato de tetrabutilo. El
etanol resultante en la transesterificación se separa por
destilación en un vacío de 50-800 mbar. Después de
haber enfriado, se obtienen 6.470 g de un producto incoloro, muy
viscoso. Tal como se puede mostrar, por ejemplo, mediante RMN de 1H
y 29Si, la distribución de los sustituyentes OR en los compuestos
de silano es puramente estadística. Tal como se puede mostrar
mediante RMN de 1H y 29Si, un 68% de los grupos
EtO-Si se han reemplazado por
R-O-Si.
En un equipo de destilación se calientan a
105-110ºC durante 380 min en un matraz con una
capacidad de 10 litros, 2.503,2 g de
3-mercaptopropil(trietoxi)silano con
6.106,6 g de una mezcla de tetradecanol y dodecanol (Lorol Spezial;
Cognis) así como con 5 g de ortotitanato de tetrabutilo. El etanol
resultante en la transesterificación se separa por destilación en un
vacío de 15-600 mbar. Después de haber enfriado, se
obtienen 7.183 g de un producto incoloro, muy viscoso. Tal como se
puede mostrar mediante RMN de 1H y 29Si, un 97% de los grupos
EtO-Si se han reemplazado por
R-O-Si. En la reacción ha resultado
más de 92% en moles de los compuestos exentos de etanol
(C_{12}H_{25}O /
C_{14}H_{29}O)_{3}
Si-C_{3}H_{6}-SH, tal como se puede mostrar por ejemplo mediante RMN de 1H y 29Si. La distribución de los alcoholes en los compuestos de silano es puramente estadística.
Si-C_{3}H_{6}-SH, tal como se puede mostrar por ejemplo mediante RMN de 1H y 29Si. La distribución de los alcoholes en los compuestos de silano es puramente estadística.
En un equipo de destilación se mezclan en un
matraz con una capacidad de 10 litros 2.002,6 g de
3-mercaptopropil(trietoxi)silano con
6.108,5 g de hexadecanol así como con 2 g de ortotitanato de
tetrabutilo, y se calientan a 95-115ºC durante 360
min. El etanol resultante en la transesterificación se separa por
destilación en un vacío de 15-600 mbar. Después de
haber enfriado, se obtienen 7.022 g de un producto sólido e
incoloro. Tal como se puede mostrar mediante RMN de 1H y 29Si, un
92% de los grupos EtO-Si se han reemplazado por
R-O-Si. En la reacción ha resultado
más de 80% en moles del compuesto exento de etanol
(C_{16}H_{33}O)_{3}Si-C_{3}H_{6}-SH,
tal como se puede mostrar, por ejemplo, mediante RMN de 1H y
29Si.
La receta utilizada para las mezclas de cauchos
se indica en la siguiente Tabla 9. En este caso, la unidad phr
significa partes en peso, referidas a 100 partes del caucho en
bruto empleado. Los silanos conformes al invento se dosifican en
una cantidad equimolar con respecto a 6,4 phr de Si 69, referida al
silicio. La dosificación del azufre se adapta de tal manera que la
proporción de azufre libre presente en la mezcla sea la misma. El
procedimiento general para la preparación de mezclas de cauchos y
sus materiales vulcanizados se describe en la obra: "Rubber
Technology Handbook" [Manual de Tecnología de los Cauchos], W.
Hofmann, editorial Hanser 1994.
Sustancia | Mezcla 7 | Mezcla 8 | Mezcla 9 | Mezcla 10 |
de referencia [phr] | [phr] | [phr] | [phr] | |
1ª etapa | ||||
Buna VSL 5025-1 | 96 | 96 | 96 | 96 |
Buna CB 24 | 30 | 30 | 30 | 30 |
Ultrasil 7000 GR | 80 | 80 | 80 | 80 |
Si 69 | 6,4 | - - | - - | - - |
Ejemplo 25 | - - | 20,6 | - - | - - |
Ejemplo 26 | - - | - – | 19,9 | - - |
Ejemplo 27 | - - | - - | - - | 20,6 |
ZnO | 3 | 3 | 3 | 3 |
Ácido esteárico | 2 | 2 | 2 | 2 |
Naftolen ZD | 10 | 10 | 10 | 10 |
Vulkanox 4020 | 1,5 | 1,5 | 1.5 | 1,5 |
Protektor G 3108 | 1 | 1 | 1 | 1 |
2ª etapa | ||||
Tanda de la etapa 1 | ||||
3ª etapa | ||||
Tanda de la etapa 2 | ||||
Vulkacit D | 2 | 2 | 2 | 2 |
Perkacit TBzTD | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,2 |
Azufre | 1,5 | 1,5 | 2,1 | 2,1 |
Las mezclas de cauchos se preparan en un
mezclador interno de un modo correspondiente a la prescripción de
mezcladura presentada en la Tabla 10.
Etapa 1 | |
Ajustes | |
Equipo mezclador | Werner \amp{1} Pfleiderer Tipo E |
Número de revoluciones | 60 min^{-1} |
Presión de la estampa | 5,5 bar |
Volumen en estado vacío | 1,58 l |
Grado de llenado | 0,55 |
Temperatura del flujo de paso | 70ºC |
Proceso de mezcladura | |
desde 0 hasta 1 min | Buna VSL 5025-1 + Buna CB 24 |
desde 1 hasta 3 min | ½ de ácido silícico, ZnO, ácido esteárico, Naftolen ZD, silano |
desde 3 hasta 4 min | ½ de ácido silícico, Vulkanox, Protector |
\hskip1,9cm 4 min | limpiar |
desde 4 hasta 5 min | mezclar |
\hskip1,9cm 5 min | airear |
desde 5 hasta 6 min | mezclar y salir |
Temperatura de la tanda | 145-155ºC |
Almacenamiento | durante 24 h a la temperatura ambiente |
Etapa 2 | |
Ajustes | |
Equipo mezclador | como en la etapa 1 excepto: |
Número de revoluciones | 70 min^{-1} |
Grado de llenado | 0,53 |
Proceso de mezcladura | |
desde 0 hasta 2 min | abrir la tanda de la etapa 1 |
desde 2 hasta 5 min | mantener la temperatura de la tanda a 150ºC por variación del número de revo- |
luciones | |
\hskip1,9cm 5 min | salir |
Temperatura de la tanda | 145-155ºC |
Almacenamiento | durante 4 h a la temperatura ambiente |
Etapa 3 | |
Ajustes | |
Equipo mezclador | como en la etapa 1 excepto: |
Número de revoluciones | 40 min^{-1} |
Grado de llenado | 0,51 |
Temperatura del flujo de paso | 50ºC |
Proceso de mezcladura | |
desde 0 hasta 2 min | tanda de la etapa 2, acelerador, azufre |
\hskip1,9cm 2 min | salir y formar una película en el equipo mezclador de rodillos de laboratorio |
(diámetro 200 mm, longitud 450 mm, temperatura del flujo de paso 50ºC) | |
homogeneizar: | |
entallar 3* a la izquierda, 3* a la derecha y extraer la película 8* con una estre- | |
cha rendija entre rodillos (1 mm) y 3* con una ancha rendija entre rodillos | |
(3,5 mm) | |
Temperatura de la tanda | < 110ºC |
\vskip1.000000\baselineskip
En la Tabla 11 se recopilan los métodos de ensayo
de los cauchos.
Ensayo físico | Norma/condiciones |
ML 1+4, 100ºC, 2ª y 3ª etapas | DIN 53523/3, ISO 667 |
Comportamiento de vulcanización incipiente, a 130ºC | DIN 53523/4, ISO 667 |
\hskip1cm Tiempo de vulcanización incipiente t_{5} | |
\hskip1cm Tiempo de vulcanización incipiente t_{35} | |
Ensayo en vulcámetro, a 165ºC | DIN 53529/3, ISO 6502 |
\hskip1cm Dmax-Dmin (dNm) | |
\hskip1cm t10% (min) y t90% (min) | |
Ensayo de tracción en el anillo, a 23ºC | DIN 53504, ISO 37 |
\hskip1cm Resistencia a la tracción (MPa) | |
\hskip1cm Valores de tensión (MPa) | |
\hskip1cm Alargamiento a la rotura (%) | |
Dureza Shore-A, a 23ºC (SH) | DIN 53 505 |
Propiedades viscoelásticas de 0 a 60ºC, 16 Hz, fuerza preliminar | DIN 53 513, ISO 2856 |
50 N y fuerza de amplitud 25 N | |
\hskip1cm Módulo complejo E* (MPa) | |
\hskip1cm Factor de pérdidas tan \delta (-) | |
Abrasión DIN, fuerza 10 N (mm^{3}) | DIN 53 516 |
Rebote de bola, a 60ºC (%) | ASTM D 5308 |
Ensayo con el flexómetro de Goodrich, carrera de 0,250 pulgadas, | DIN 53533, ASTM D 623 A |
25 min, a 23ºC | |
\hskip1cm Temperatura de contacto (ºC) | |
\hskip1cm Temperatura de ebullición (ºC) | |
\hskip1cm Deformación permanente (%) |
\vskip1.000000\baselineskip
La Tabla 12 muestra los resultados del ensayo
técnico de cauchos vulcanizados. Las mezclas se vulcanizan a 165ºC
durante 25 min.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
(Tabla pasa a página
siguiente)
Tal como se puede reconocer con ayuda de los
datos presentados en la Tabla 12, las ventajas de las mezclas 8, 9
y 10 con los silanos conformes al invento se presentan en el
comportamiento de elaboración de las mezclas. Esto se reconoce de
manera especialmente manifiesta en las viscosidades Mooney
significativamente más bajas de las etapas de mezcladura 2 y 3 en
comparación con las de la mezcla de referencia (mezcla 7). A partir
de esto se establece una elaborabilidad más fácil (por ejemplo en
el caso de una extrusión) de las mezclas. Adicionalmente a esto, se
mejora el comportamiento de vulcanización incipiente de las mezclas
8, 9 y 10, lo cual se puede reconocer en los valores de t_{5} y
t_{35} más altos en comparación con los de la mezcla de
referencia. Por lo demás, se pueden consignar unos valores de t10%
significativamente más altos en comparación con los de la mezcla de
referencia. De esta manera, se establece una mejorada seguridad de
elaboración, puesto que se disminuye manifiestamente el peligro de
una reticulación preliminar, que en caso contrario es posible. El
factor de refuerzo (valor de tensión de 300%/100%) y la resistencia
a la tracción están situados para las mezclas 8, 9 y 10 en un alto
nivel, con unos alargamientos a la rotura manifiestamente más altos
en comparación con los de la mezcla de referencia 7. Las mezclas
con los silanos conformes al invento se distinguen, en comparación
con su mezcla de referencia 7, en particular, por una rigidez
dinámica (E*) a 0ºC más baja. Por lo tanto, en los casos de estas
mezclas son de esperar unas propiedades en invierno, con hielo y de
resbalamiento en húmedo manifiestamente mejores en el caso de la
utilización como una superficie de rodadura. Las mezclas se
endurecen a unas bajas temperaturas considerablemente menos que la
mezcla de referencia, con lo que se puede partir de una adherencia
significativamente mejorada a la carretera. Adicionalmente, estas
mezclas poseen una tan \delta a 60ºC ligeramente más baja y por
consiguiente una reducida resistencia de rodadura, que en el caso de
la utilización como superficie de rodadura da como resultado un
menor consumo de combustible del
vehículo.
vehículo.
Por consiguiente, para mezclas con los silanos
conformes al invento se establece una manifiesta mejoría de las
propiedades técnicas de los cauchos vulcanizados en comparación con
silanos del estado actual de la técnica.
Con los silanos conformes al invento de las
mezclas 8, 9 y 10, mediante su utilización se puede disminuir
manifiestamente la emisión de hidrocarburos volátiles en
comparación con la mezcla de referencia. Los puntos de ebullición
de los alcoholes de cadena larga que se forman por hidrólisis del
silano, están situados por encima de las temperaturas de
elaboración y de vulcanización. Con ello, éstos permanecen en la
mezcla en bruto y en el material vulcanizado y no son cedidos al
medio ambiente.
La receta utilizada para las mezclas de cauchos
se indica en la siguiente Tabla 13. En este caso, la unidad phr
significa tantos por ciento en peso, referidos a 100 partes del
caucho en bruto empleado. El silano conforme al invento se dosifica
a igualdad de peso con respecto a Si 69 y Si 266. La adaptación
realizada del azufre es necesaria, entre otras cosas, a fin de
compensar el menor contenido de azufre del silano sometido a
ensayo.
\vskip1.000000\baselineskip
Sustancia | Mezcla 11 | Mezcla 12 | Mezcla 13 |
de referencia [phr] | de referencia [phr] | [phr] | |
1ª etapa | |||
Buna VSL 5025-1 | 96 | 96 | 96 |
Buna CB 24 | 30 | 30 | 30 |
Ultrasil 7000 GR | 80 | 80 | 80 |
Si 69 | 6,4 | - - | - - |
Si 266 | - - | 6,4 | - - |
Ejemplo 28 | - - | - - | 6,4 |
ZnO | 3 | 3 | 3 |
Ácido esteárico | 2 | 2 | 2 |
Naftolen ZD | 10 | 10 | 10 |
Vulkanox 4020 | 1,5 | 1,5 | 1,5 |
Protektor G 3108 | 1 | 1 | 1 |
2ª etapa | |||
Tanda de la etapa 1 |
\global\parskip0.950000\baselineskip
TABLA 13
(continuación)
Sustancia | Mezcla 11 | Mezcla 12 | Mezcla 13 |
de referencia [phr] | de referencia [phr] | [phr] | |
3ª etapa | |||
Tanda de la etapa 2 | |||
Vulkacit D | 2 | 2 | 2 |
Vulkacit CZ | 1,5 | 1,5 | 1,5 |
Perkacit TBzTD | 0,2 | 0,2 | 0,2 |
Azufre | 1,5 | 2,1 | 2,1 |
Las mezclas de cauchos se preparan en un
mezclador interno de una manera correspondiente a la prescripción
de mezcladura presentada en la Tabla 10.
En la Tabla 11 se recopilan los métodos para el
ensayo de cauchos vulcanizados.
La Tabla 14 muestra los resultados del ensayo
técnico de cauchos vulcanizados. Las mezclas se vulcanizan a 165ºC
durante 25 min.
Datos de la mezcla en bruto | Unidad | Mezcla 11 | Mezcla 12 | Mezcla 13 |
(de referencia) | (de referencia) | |||
ML 1+4 | [-] | 67 | 63 | 55 |
Dmax-Dmin | [dNm] | 17,2 | 17,6 | 17,5 |
t10% | [min] | 1,4 | 2,5 | 0,9 |
Datos del material vulcanizado | Unidad | Mezcla 11 | Mezcla 12 | Mezcla 13 |
(de referencia) | (de referencia) | |||
Resistencia a la tracción | [MPa] | 16,0 | 14,2 | 14,5 |
Valor de tensión de 100% | [MPa] | 2,0 | 1,9 | 1,8 |
Valor de tensión de 300% | [MPa] | 10,4 | 9,8 | 10,9 |
Valor de tensión de 300%/100% | 5,2 | 5,2 | 6,1 | |
Alargamiento a la rotura | [%] | 400 | 380 | 360 |
Dureza Shore-A | [-] | 63 | 63 | 58 |
Rebote de bola | [%] | 64,0 | 61,5 | 70,9 |
Temperatura de contacto | [ºC] | 67 | 65 | 53 |
Temperatura de penetración | [ºC] | 120 | 118 | 99 |
Deformación permanente | [%] | 2,9 | 3,1 | 2,2 |
E* (a 60ºC) | [MPa] | 9,9 | 9,8 | 7,4 |
E* (a 0ºC) | [MPa] | 25,7 | 26,0 | 12,6 |
tan \delta (a 60ºC) | [-] | 0,124 | 0,123 | 0,095 |
Abrasión DIN | [mm^{3}] | 89 | 94 | 78 |
\global\parskip0.990000\baselineskip
Tal como se puede reconocer con ayuda de los
datos presentados en la Tabla 14, la viscosidad Mooney de la mezcla
13 con el silano conforme al invento está situada manifiestamente
por debajo del nivel de las mezclas de referencia 11 y 12. Con esto
se establece aquí, de una manera análoga a la de los Ejemplos 23,
24 y 34, una mejor elaborabilidad de la mezcla en bruto. En el campo
de los datos estáticos de materiales vulcanizados, las resistencias
a la tracción y los alargamientos a la rotura están situados en un
nivel comparable, teniendo la mezcla 13 con el silano conforme al
invento un refuerzo manifiestamente más alto. Esto se reconoce en
el más alto valor de tensión con un alargamiento de 300% y en el
factor de refuerzo mucho más alto (valor de tensión de 300%/100%).
En esto se puede reconocer la muy alta unión entre el ácido
silícico, el silano y el caucho. En la comparación de los resultados
de los ensayos en el flexómetro de Goodrich se muestran una menor
acumulación de calor con carga dinámica y una deformación permanente
más baja en el caso de la mezcla 13, en comparación con la de las
mezclas de referencia. La duración de vida útil de una superficie de
rodadura de cubierta de neumático, cargada dinámicamente, aumenta
de esta manera en el caso de la utilización del silano procedente
del Ejemplo 28.
De igual manera a como se muestra en el Ejemplo
precedente, la mezcla con el silano conforme al invento posee una
rigidez dinámica E* a 0ºC más baja que la de las mezclas de
referencia. Esto significa un mejor comportamiento del
resbalamiento en húmedo y mejores propiedades frente al hielo y en
invierno. Como en el Ejemplo 24, también la tan \delta a 60ºC es
manifiestamente más baja que en el caso de las dos mezclas de
referencia, con lo que se disminuye también la resistencia de
rodadura. Las cubiertas de neumáticos con una superficie de
rodadura con el silano conforme al invento procedente del Ejemplo
28, conducirían a un consumo de combustible significativamente más
bajo de un vehículo automóvil en comparación con cubiertas de
neumáticos normales con Si 69. Adicionalmente a estas positivas
propiedades, también ha disminuido considerablemente la abrasión
DIN de la mezcla con el silano conforme al invento. Con esto se
muestra también en este caso, al igual que el Ejemplo 24, que
mediante la utilización del silano conforme al invento en una mezcla
para superficies de rodadura se mejoran significativamente las
propiedades más importantes de una cubierta de neumático, a saber la
abrasión, el resbalamiento en húmedo
\hbox{y la resistencia de rodadura.}
La receta utilizada para las mezclas de cauchos
se indica en la siguiente Tabla 15. En este caso, la unidad phr
significa tantos por ciento en peso, referidos a 100 partes del
caucho en bruto empleado. Los silanos conformes al invento se
dosifican en una cantidad equimolar con respecto a 6,4 phr de Si 69,
referida al silicio.
Sustancia | Mezcla 14 | Mezcla 15 |
de referencia [phr] | de referencia [phr] | |
1ª etapa | ||
Buna VSL 5025-1 | 96 | 96 |
Buna CB 24 | 30 | 30 |
Ultrasil 7000 GR | 80 | 80 |
Ejemplo 29 | 16,5 | - - |
Ejemplo 25 | - - | 20,6 |
ZnO | 3 | 3 |
Ácido esteárico | 2 | 2 |
Naftolen ZD | 10 | 10 |
Vulkanox 4020 | 1,5 | 1,5 |
Protektor G 3108 | 1 | 1 |
2ª etapa | ||
Tanda de la etapa 1 | ||
3ª etapa | ||
Tanda de la etapa 2 | ||
Vulkacit D | 2 | 2 |
Vulkacit CZ | 1,5 | 1,5 |
Perkacit TBzTD | 0,2 | 0,2 |
Azufre | 1,5 | 1,5 |
Las mezclas de cauchos se preparan en un
mezclador interno de una manera correspondiente a la prescripción
de mezcladura presentada en la Tabla 10.
En la Tabla 11 se recopilan los métodos para el
ensayo de cauchos.
La Tabla 16 muestra los resultados del ensayo
técnico de cauchos vulcanizados. La mezclas se vulcanizan a 165ºC
durante 25 min.
\vskip1.000000\baselineskip
Datos de la mezcla en bruto | Unidad | Mezcla 14 (de referencia) | Mezcla 15 |
ML 1+4, 2ª etapa | [-] | 54 | 48 |
ML 1+4, 3ª etapa | [-] | 47 | 41 |
t_{5} | [min] | 30,9 | 31,6 |
t_{35} | [min] | 42,7 | 47,1 |
t10% | [min] | 2,2 | 2,3 |
Datos del material vulcanizado | Unidad | Mezcla 14 (de referencia) | Mezcla 15 |
Resistencia a la tracción | [MPa] | 12,9 | 14,3 |
Valor de tensión de 100% | [MPa] | 1,2 | 1,1 |
Valor de tensión de 300% | [MPa] | 6,0 | 5,2 |
Valor de tensión de 300%/100% | [-] | 5,0 | 4,7 |
Alargamiento a la rotura | [%] | 480 | 570 |
Dureza Shore-A | [-] | 54 | 52 |
\vskip1.000000\baselineskip
Tal como se puede reconocer con ayuda de los
datos presentados en la Tabla 16, el silano transesterificado
totalmente, procedente de la mezcla 15, muestra una disminución de
la dureza Mooney más rápida y más alta que el silano procedente de
la mezcla 14. Además, es mejor el comportamiento de vulcanización
incipiente. De esta manera se pone en claro que el producto
transesterificado más fuertemente, conforme al invento, tiene por
lo menos la misma velocidad de unión al ácido silícico, cuando no
una velocidad más alta. Esto es especialmente sorprendente, puesto
que es conocido que los grupos alcoxi de cadena larga son más
inertes para reaccionar con respecto a una hidrólisis que el grupo
etoxi de cadena corta, utilizado casi exclusivamente. Sería de
esperar el cuadro opuesto de propiedades. Los datos de alargamiento
a la tracción están situados en el mismo nivel, presentando el
silano conforme al invento, procedente del Ejemplo 25, un
alargamiento a la rotura manifiestamente más
alto.
alto.
La receta utilizada para las mezclas de cauchos
se indica en la siguiente Tabla 17. En este caso, la unidad phr
significa tantos por ciento en peso, referidos a 100 partes del
caucho en bruto empleado. Los silanos conformes al invento se
dosifican en una cantidad equimolar con respecto a los 6,4 phr de Si
69, referida al silicio.
Sustancia | Mezcla 16 | Mezcla 17 |
de referencia [phr] | de referencia [phr] | |
1ª etapa | ||
Buna VSL 5025-1 | 96 | 96 |
Buna CB 24 | 30 | 30 |
Ultrasil 7000 GR | 80 | 80 |
Ejemplo 30 | 12,8 | - - |
Ejemplo 17 | - - | 15,0 |
ZnO | 3 | 3 |
Ácido esteárico | 2 | 2 |
Naftolen ZD | 10 | 10 |
Vulkanox 4020 | 1,5 | 1,5 |
Protektor G 3108 | 1 | 1 |
2ª etapa | ||
Tanda de la etapa 1 | ||
3ª etapa | ||
Tanda de la etapa 2 | ||
Vulkacit D | 2 | 2 |
Vulkacit CZ | 1,5 | 1,5 |
Perkacit TBzTD | 0,2 | 0,2 |
Azufre | 2,1 | 2,1 |
\vskip1.000000\baselineskip
Las mezclas de cauchos se preparan en un
mezclador interno de una manera correspondiente a la prescripción
de mezcladura presentada en la Tabla 10.
En la Tabla 11 se recopilan los métodos para el
ensayo de cauchos vulcanizados.
La Tabla 18 muestra los resultados del ensayo
técnico de cauchos vulcanizados. Las mezclas se vulcanizan a 160ºC
durante 20 min.
\vskip1.000000\baselineskip
Datos de la mezcla en bruto | Unidad | Mezcla 16 (de referencia) | Mezcla 17 |
ML 1+4 | [-] | 45 | 42 |
Dmax-Dmin | [dNm] | 15,4 | 14,0 |
t10% | [min] | 3,0 | 2,9 |
Datos del material vulcanizado | Unidad | Mezcla 16 (de referencia) | Mezcla 17 |
Resistencia a la tracción | [MPa] | 12,1 | 12,1 |
Valor de tensión de 100% | [MPa] | 1,3 | 1,1 |
Valor de tensión de 300% | [MPa] | 6,6 | 5,6 |
Valor de tensión de 300%/100% | 5,1 | 5,1 |
Datos del material vulcanizado | Unidad | Mezcla 16 (de referencia) | Mezcla 17 |
Alargamiento a la rotura | [%] | 440 | 490 |
Dureza Shore-A | [-] | 54 | 52 |
Rebote de bola | [%] | 66,3 | 67,9 |
E* (a 0ºC) | [MPa] | 9,4 | 8,4 |
tan \delta (a 60ºC) | [-] | 0,091 | 0,091 |
También en este Ejemplo el silano conforme al
invento, procedente del Ejemplo 17, presenta, en contra de lo
esperado, ventajas en la viscosidad con respecto al producto menos
transesterificado procedente del Ejemplo 30. Además, se muestran
por añadidura ventajas en el comportamiento de alargamiento a la
tracción a causa del más alto alargamiento a la rotura, a igualdad
del factor de refuerzo. El rebote de bola a 60ºC, algo más alto,
apunta a ventajas en cuanto a la resistencia de rodadura, mientras
que el bajo valor de E* a 0ºC es ventajoso para el comportamiento
de resbalamiento en húmedo.
La receta utilizada para las mezclas de cauchos
se indica en la siguiente Tabla 19. En este caso, la unidad phr
significa tantos por ciento en peso, referidos a 100 partes del
caucho en bruto empleado. Los silanos conformes al invento se
dosifican en una cantidad equimolar, referida al silicio.
Sustancia | Mezcla 18 | Mezcla 19 | Mezcla 20 |
de referencia [phr] | [phr] | [phr] | |
1ª etapa | |||
Buna VSL 5025-1 | 96 | 96 | 96 |
Buna CB 24 | 30 | 30 | 30 |
Ultrasil 7000 GR | 80 | 80 | 80 |
Ejemplo 31 | 5,4 | - - | - - |
Ejemplo 32 | - - | 6,72 | - - |
Ejemplo 33 | - - | - - | 7,92 |
ZnO | 3 | 3 | 3 |
Ácido esteárico | 2 | 2 | 2 |
Naftolen ZD | 10 | 10 | 10 |
Vulkanox 4020 | 1,5 | 1,5 | 1,5 |
Protektor G 3108 | 1 | 1 | 1 |
2ª etapa | |||
Tanda de la etapa 1 | |||
3ª etapa | |||
Tanda de la etapa 2 | |||
Vulkacit D | 0,25 | 0,25 | 0,25 |
Vulkacit CZ | 1,5 | 1,5 | 1,5 |
Perkacit TBzTD | 0,5 | 0,5 | 0,5 |
Azufre | 2,2 | 2,2 | 2,2 |
Las mezclas de cauchos se preparan en un
mezclador interno de una manera correspondiente a la prescripción
de mezcladura presentada en la Tabla 10.
En la Tabla 11 se recopilan los métodos para el
ensayo de cauchos vulcanizados.
La Tabla 20 muestra los resultados del ensayo
técnico de cauchos vulcanizados. Las mezclas se vulcanizan durante
25 min a 165ºC.
Datos de la mezcla en bruto | Unidad | Mezcla 18 (de referencia) | Mezcla 19 | Mezcla 20 |
ML 1+4, 3ª etapa | [-] | 60 | 57 | 57 |
t_{5} | [min] | 20,7 | 22,2 | 24,1 |
t_{35} | [min] | 24,5 | 28,1 | 32,0 |
t10% | [min] | 2,0 | 2,1 | 2,3 |
Datos del material vulcanizado | Unidad | Mezcla 18 (de referencia) | Mezcla 19 | Mezcla 20 |
Resistencia a la tracción | [MPa] | 16,2 | 12,6 | 12,0 |
Valor de tensión de 100% | [MPa] | 1,7 | 1,8 | 1,8 |
Valor de tensión de 300% | [MPa] | 11,3 | 11,5 | 11,9 |
Valor de tensión de 300%/100% | [-] | 6,6 | 6,4 | 6,6 |
Alargamiento a la rotura | [%] | 310 | 320 | 300 |
Dureza Shore-A | [-] | 63 | 63 | 58 |
E* (a 60ºC) | [MPa] | 12,3 | 10,4 | 9,8 |
tan \delta (a 60ºC) | [-] | 0,102 | 0,096 | 0,095 |
Rebote de bola, a 60ºC | [%] | 71,2 | 72,2 | 72,3 |
También en este Ejemplo, los silanos conformes al
invento procedentes de los Ejemplos 32 y 33 presentan las ventajas,
ya descritas de una manera análoga, en cuanto a la viscosidad y al
comportamiento de elaboración en comparación con el producto menos
convertido del Ejemplo 31. El comportamiento de vulcanización
incipiente se ha mejorado de igual manera. Por lo tanto, se
establece una más alta seguridad en la elaboración, por ejemplo al
extrudir. Es digno de mención además el hecho de que la longitud de
cadena de los grupos alcoxi de cadena larga tiene manifiestamente
menos influencia sobre el cuadro de valores técnicos de cauchos
vulcanizados que el grado de la transesterificación. Esto se
reconoce en el hecho de que las diferencias en el cuadro de valores
para cauchos vulcanizados de las mezclas 19 y 20 son menores que en
comparación con la mezcla de referencia 18.
Claims (13)
1. Compuestos orgánicos de silicio de la fórmula
general I
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
estando excluido el
(3-tiocianato-propil)-tris-(trimetilsiloxi)silano,
en la
que
los R son iguales o diferentes y significan un
grupo R'O o un grupo alquilo de
C_{1}-C_{12},
los R' son iguales o diferentes y significan un
grupo alquilo o alquenilo de C_{12}-C_{24},
ramificado o sin ramificar, un grupo arilo, un grupo aralquilo,
univalentes, o R'''_{3}Si, con
R''' igual a un grupo alquilo o alquenilo de
C_{1}-C_{30}, ramificado o sin ramificar, un
grupo aralquilo o un grupo arilo,
R'' es un grupo hidrocarbilo bivalente de
C_{1}-C_{30}, ramificado o sin ramificar,
saturado o insaturado, alifático, aromático o alifático/aromático
mixto,
X es SH con n = 1 y m = 1, SCN con n = 1 y m = 1
o S con n = 2 y m = 1-14 y mezclas de ellos.
2. Compuestos orgánicos de silicio de acuerdo con
la reivindicación 1, caracterizados porque éstos están
extendidos sobre un soporte inerte, orgánico o inorgánico, o han
reaccionado previamente con un soporte orgánico o inorgánico.
3. Compuestos orgánicos de silicio de acuerdo con
la reivindicación 1, caracterizados porque los compuestos
orgánicos de silicio de la fórmula general I se han oligo- o
polimerizado.
4. Procedimiento para la preparación de los
compuestos orgánicos de silicio conformes al invento de acuerdo con
la reivindicación 1, caracterizado porque se hacen
reaccionar de un modo catalizado silanos de la fórmula general
II
siendo los R^{V} iguales o
diferentes y significando un grupo R^{IV}O o alquilo de
C_{1}-C_{12}, siendo los R^{IV} iguales o
diferentes y significando un grupo metilo o
etilo,
con alcoholes de la fórmula general
R'-OH, en la que R' tiene el significado antes
indicado, mediando separación de R^{IV}-OH, siendo
la relación molar de grupos R'-OH a grupos
R^{IV}O por lo menos de 1, y se separa R^{IV}-OH
de un modo continuo o discontinuo desde la mezcla de reacción.
5. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación
4, caracterizado porque como alcoholes de la fórmula general
R'OH se emplean alcoholes puros o mezclas de alcoholes.
6. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación
4, caracterizado porque como catalizador se emplean
catalizadores exentos de metales o que contienen metales.
7. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación
4, caracterizado porque como compuestos de metales se
emplean compuestos de los grupos 3º-7º, de los grupos 13º-14º y/o
del grupo de los lantánidos.
8. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación
7, caracterizado porque como compuestos de metales se
emplean alcóxidos de titanio.
9. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación
4, caracterizado porque como catalizador se emplean ácidos
orgánicos.
10. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 4, caracterizado porque la reacción se lleva
a cabo mediando exclusión de la humedad y del oxígeno a una presión
reducida.
11. Mezclas de cauchos, caracterizadas
porque contienen un caucho, un material de carga, eventualmente
otros agentes coadyuvantes para cauchos, así como por lo menos un
compuesto orgánico de silicio de acuerdo con las reivindicaciones
1, 2 ó 3.
12. Utilización de mezclas de cauchos de acuerdo
con la reivindicación 11 para la producción de cuerpos
moldeados.
13. Utilización de mezclas de cauchos de acuerdo
con la reivindicación 11 para la producción de cubiertas de
neumáticos, superficies de rodadura de cubiertas de neumáticos,
envolturas de cables, mangueras, correas de transmisión, cintas
transportadoras, revestimientos de rodillos, aros, suelas de
zapatos, empaquetaduras anulares y elementos de amortiguación.
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