ES2250943T3 - Compuestos organicos de silicio. - Google Patents

Compuestos organicos de silicio.

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ES2250943T3 ES04013567T ES04013567T ES2250943T3 ES 2250943 T3 ES2250943 T3 ES 2250943T3 ES 04013567 T ES04013567 T ES 04013567T ES 04013567 T ES04013567 T ES 04013567T ES 2250943 T3 ES2250943 T3 ES 2250943T3
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Reimund Dr. Pieter
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Susann Witzsche
Ingo Kiefer
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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.
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
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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
2
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
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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),
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},
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}),
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
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})).
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:
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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.
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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.
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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.
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Óxidos e hidróxidos de aluminio sintéticos o naturales.
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Silicatos naturales tales como caolín y otros ácidos silícicos presentes en la naturaleza.
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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
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un polibutadieno (BR)
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un poliisopreno (IR)
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copolímeros de estireno y butadieno con unos contenidos de estireno de 1 a 60, preferiblemente de 2 a 50% en peso (SBR)
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un cloropreno (CR)
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copolímeros de isobutileno e isopreno (IIR)
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copolímeros de butadieno y acrilonitrilo con unos contenidos de acrilonitrilo de 5 a 60, preferiblemente de 10 a 50% en peso (NBR)
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un caucho de NBR hidrogenado parcialmente o hidrogenado totalmente (HNBR)
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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.
Ejemplos Ejemplo 1
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.
Ejemplo 2
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.
Ejemplo 3
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.
Ejemplo 4
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.
Ejemplo 5
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.
Ejemplo 6
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.
Ejemplo 7
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.
Ejemplo 8
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.
Ejemplo 9
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.
Ejemplo 10
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.
Ejemplo 11
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.
Ejemplo 12
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.
Ejemplo 13
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.
Ejemplo 14
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.
Ejemplo 15
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.
Ejemplo 16
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.
Ejemplo 17
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.
Ejemplo 18
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.
Ejemplo 19
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.
Ejemplo 20
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.
Ejemplo 21
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.
Ejemplo 22
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.
Ejemplo 23 Investigaciones técnicas para cauchos vulcanizados de los compuestos orgánicos de silicio procedentes de los Ejemplos 9 y 17
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.
\vskip1.000000\baselineskip
TABLA 1
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.
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
TABLA 2
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
TABLA 2 (continuación)
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
TABLA 3
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.
TABLA 4
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.
Ejemplo 24 Investigaciones técnicas para cauchos vulcanizados del compuesto orgánico de silicio procedente del Ejemplo 3
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.
TABLA 5
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.
Las mezclas de cauchos se preparan en un mezclador interno de un modo correspondiente a la prescripción de mezcladura presentada en la Tabla 6.
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
TABLA 6 (continuación)
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
TABLA 7
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
TABLA 8
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.
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.
Ejemplo 25
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.
Ejemplo 26
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.
Ejemplo 27
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.
Ejemplo 28
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.
Ejemplo 32
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.
Ejemplo 33
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.
Ejemplo 34 Investigaciones técnicas para cauchos vulcanizados de los compuestos orgánicos de silicio procedentes de los Ejemplos 25, 26 y 27
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.
TABLA 9
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.
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
TABLA 10 (continuación)
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
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En la Tabla 11 se recopilan los métodos de ensayo de los cauchos.
TABLA 11
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.
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(Tabla pasa a página siguiente)
4
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.
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.
Ejemplo 35 Investigaciones técnicas para cauchos vulcanizados del compuesto orgánico de silicio procedente del Ejemplo 28
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
TABLA 13
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
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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.
TABLA 14
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.}
Ejemplo 36 Investigaciones técnicas para cauchos vulcanizados de los compuestos orgánicos de silicio procedentes de los Ejemplos 29 y 25
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.
TABLA 15
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.
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TABLA 16
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.
Ejemplo 37 Investigaciones técnicas para cauchos vulcanizados de los compuestos orgánicos de silicio procedentes de los Ejemplos 30 y 17
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.
TABLA 17
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
TABLA 18
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
TABLA 18 (continuación)
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.
Ejemplo 38 Investigaciones técnicas para cauchos vulcanizados de los compuestos orgánicos de silicio procedentes de los Ejemplos 31, 32 y 33
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.
TABLA 19
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.
TABLA 20
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
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5
\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
6
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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