ES2251799T3 - Mezcla de elastomeros y su uso en neumaticos. - Google Patents
Mezcla de elastomeros y su uso en neumaticos.Info
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Abstract
LOS ELASTOMEROS DE ELEVADA VISCOSIDAD SON FRECUENTEMENTE DIFICILES DE UTILIZAR EN COMPOSICIONES DE CAUCHO SIN CREAR PREVIAMENTE UNA PREMEZCLA DEL ELASTOMERO DE VISCOSIDAD ELEVADA Y DE UN ACEITE DE TRANSFORMACION DE CAUCHO, PARA REDUCIR LA VISCOSIDAD TOTAL. LA INVENCION SE REFIERE A LA UTILIZACION DE UNA PREMEZCLA ESPECIALIZADA DE ELEVADA VISCOSIDAD Y ELASTOMEROS DE BAJA VISCOSIDAD, PARA UTILIZACION EN COMPOSICIONES DE CAUCHO, Y A LA COMPOSICION DE CAUCHO RESULTANTE. LA COMPOSICION DESCRITA SE PUEDE UTILIZAR PARA COMPONENTES DE NEUMATICOS, ESPECIALMENTE INCLUYENDO LLANTAS DE NEUMATICOS. LA PREMEZCLA ESPECIALIZADA DE ELASTOMEROS DE ALTA Y BAJA VISCOSIDAD SE CREA MEZCLANDO LATICES INDIVIDUALES O, ALTERNATIVAMENTE, MEZCLANDO POLIMERIZADOS INDIVIDUALES DE ELASTOMEROS CON DIVERSAS VISCOSIDADES.
Description
Mezcla de elastómeros y su uso en neumáticos.
El presente invento se refiere a la utilización
de una premezcla especializada de elastómeros de alta viscosidad y
elastómeros de baja viscosidad en composiciones de caucho.
Particularmente se refiere a la preparación y uso de una premezcla
de elastómeros de alta y baja viscosidad por mezcla de latices
individuales o, alternativamente, por mezcla de cementos
polimerizados individualmente de elastómeros de diferentes
viscosidades. El uso de estas premezclas se contempla para
composiciones de caucho como componentes de neumáticos, incluyendo
composiciones de caucho para bandas de rodadura de neumático.
Los elastómeros de alta viscosidad se suelen
utilizar en composiciones de caucho para bandas de rodadura de
neumáticos. Estos elastómeros tienen un valor de viscosidad de
Mooney (ML4) muy alto en su estado no vulcanizado en un rango de,
por ejemplo, entre 70 y 140. Los elastómeros de tan alta viscosidad
suelen ser difíciles de procesar para la preparación de
composiciones de caucho porque es muy difícil mezclar ingredientes
de composiciones de caucho como por ejemplo, materiales de refuerzo
como negro de carbón y sílice, en cauchos de alta viscosidad. Este
aspecto problemático es de sobras conocido por cualquier experto en
la materia.
Para facilitar el procesado de altas viscosidades
de Mooney en composiciones de caucho como materiales de bandas de
rodadura de neumáticos, a saber mezcla y extrusión de la composición
de caucho, es habitual utilizar el citado elastómero como una
premezcla con aceite de procesado de caucho para reducir su
viscosidad Mooney (ML4) a un nivel más procesable como por ejemplo,
en un rango de alrededor de 45 hasta 55. Ésta técnica es bien
conocida para alguien experto en la materia.
Sin embargo, aquí estamos considerando que ese
uso de aceite de procesado de caucho puede ser desventajoso porque
ese aceite puede estar basado en un hidrocarburo substancialmente
saturado y, en consecuencia, no participaría en la vulcanización de
la composición de caucho. De este modo, el aceite se convierte es
una especie de diluyente para la composición de caucho y sus
propiedades resultantes.
También se han utilizado elastómeros líquidos en
algunas ocasiones con el mismo objetivo y con similares
dificultades, siendo los elastómeros de naturaleza substancialmente
saturada.
En la descripción de esta invención cuando se usó
el término "phr",y de acuerdo con la práctica convencional, se
refería a "partes de material por 100 partes en peso de
caucho". Normalmente partes y porcentajes, cuando se usan, lo son
en términos de peso a menos que se diga lo contrario.
Un látex, hasta donde se refiere esta patente, se
prepara normalmente por polimerización de monómeros de base dieno,
opcionalmente junto con estireno, en un medio acuoso, habitualmente
como una emulsión acompañada por emulsificadores adecuados, con
activador(es) catalíticos de radicales libres. Se utiliza con
frecuencia un sistema de polimerización redox. Se pueden encontrar
descripciones de varias polimerizaciones, por ejemplo, en la Patente
US 3,080,334; en "Synthetic Rubber" de G.S. Whitby, 1954, en
particular en el capítulo 8 y "Emulsion Polimerization" de F.A.
Bovey et al, Vol. IX de "High Polymers", Editorial
Interscience Inc., 1955. J. Brandrup et al. describen varios
iniciadores orgánicos en Polymer Handbook (Manual de Polímeros)
(John Wiley & sons), 1965, páginas II-3 a
II-51. El látex resultante se coagula entonces para
recuperar el elastómero. Se pueden utilizar técnicas estándar de
coagulación como por ejemplo procedimientos de coagulación
sal-ácido. Por ejemplo, un copolímero estireno/butadieno se puede
preparar utilizando este proceso de polimerización por emulsión
acuosa. La viscosidad Mooney del copolímero resultante puede ser
controlada en cierta medida por los diversos parámetros de
polimerización de manera que se pueda preparar dicho copolímero de
un valor Mooney (ML4) relativamente alto o de uno relativamente muy
bajo. Se entiende
que estos procesos de polimerización por emulsión acuosa son bien conocidos para cualquier experto en la materia.
que estos procesos de polimerización por emulsión acuosa son bien conocidos para cualquier experto en la materia.
Por el término "polimerizado",
"cemento" o "cemento polimerizado" se entiende el producto
de polimerizar individualmente monómeros seleccionados de, al menos,
un dieno conjugado o al menos un dieno conjugado con un vinilo
aromático como por ejemplo estireno y/o
alfa-metilestireno, en presencia de
iniciador(es) catalíticos y en un disolvente orgánico y parar
la citada polimerización de los monómeros antes de que el polímero
resultante se extraiga del polimerizado.
Los términos tales como "caucho compuesto",
"compuesto de caucho" y "composición de caucho" se
refieren generalmente a "caucho que ha sido mezclado con varios
ingredientes de composición de caucho". Estos términos son bien
conocidos por los expertos en la técnica de mezcla de cauchos,
especialmente para neumáticos.
Los términos "vulcanizado",
"vulcanizar", "curado" y "curar", si se usan aquí,
pueden intercambiarse para referirse a la "vulcanización del
caucho" y esos términos son bien conocidos para los conocedores
de la técnica del vulcanizado de caucho.
El término "Tg", cuando se usa aquí, se
refiere a la "temperatura de transición vítrea de un elastómero
particular". Las temperaturas de transición vítreas son
caracterizaciones harto conocidas de los elastómeros. Pueden ser,
por ejemplo, determinadas adecuadamente por DSC (Differential
Scanning Calorimeter) con una rampa de calentamiento de 20ºC por
minuto.
El término "viscosidad de Mooney", cuando se
utiliza aquí, se refiere a una viscosidad ML4, y se refiere a
"viscosidad de un elastómero en su estado no curado, y sin más
aditivos apreciables que antidegradantes, medidos según o de acuerdo
con el Método de Ensayo D1646 ASTM ejecutado a 100ºC". A veces el
test se denomina ML1+4, una manera de abreviar Mooney Large (Mooney
Grande, utilizando el rotor grande) con un calentamiento estático de
un minuto antes de determinar la viscosidad tras cuatro minutos. Tal
como se utiliza aquí, una medida de viscosidad ML4 significa lo
mismo que una medida de viscosidad ML1+4.
La patente
GB-A-635213 revela objetos tipo
caucho formados por una mezcla de dos composiciones de polímero de
caucho con diferente plasticidad, siendo preferiblemente la
diferencia en la viscosidad de Mooney de al menos 20 puntos.
La patente
US-A-5,085,942 revela una carcasa de
un neumático autosellado con una capa de material sellante laminado
sobre un forro interior. El material sellante comprende una mezcla
de un elastómero de alto peso molecular con uno de bajo peso
molecular.
De acuerdo con la presente invención, se
proporciona un método para preparar la composición elastomérica que
comprende los pasos de (A) mezclar un primer látex formado por
polimerización por emulsión acuosa de un elastómero de base dieno
con una viscosidad Mooney (ML4) en un rango de 70 a 140 con un látex
adicional formado por polimerización por emulsión acuosa de un
elastómero de base dieno con una viscosidad Mooney (ML4) en un rango
de 5 a 20, seguido de (B) secado y recuperación de la mezcla de
elastómeros resultante; en la que la proporción de peso del citado
primer elastómero de alta viscosidad respecto del elastómero
adicional está en el rango de 20/1
a 1/1.
a 1/1.
La mezcla enantiomérica anteriormente recuperada
de esta invención se puede denominar aquí premezcla.
Es un aspecto importante de la presente invención
el hecho de que el citado elastómero adicional de baja viscosidad no
es un elastómero líquido y, además, que el citado elastómero inicial
de alta viscosidad y el citado elastómero de baja viscosidad tienen
viscosidades de Mooney (ML4) espacialmente definidas que difieren
una de la otra en un valor de al menos 50.
En un aspecto de la invención, se prefiere y
generalmente se requiere, que la premezcla no contenga cantidades
apreciables (p. ej. preferiblemente cero, aunque de manera
alternativa menores a diez, porcentaje en peso basado en la mezcla)
de ningún elastómero de una viscosidad de Mooney (ML4) intermedia a
los citados rangos de viscosidad del elastómero primero y el
adicional de la mezcla, es decir, un valor de viscosidad de entre 20
y 70.
Debe apreciarse que la mezcla o premezcla debe
estar compuesta por al menos un 66% del primer elastómero, de alta
viscosidad, hasta donde concierne a la premezcla.
Los elastómeros basados en dieno para este primer
y segundo elastómeros se seleccionan de homopolímeros y copolímeros
de dienos conjugados, tal y como, por ejemplo isopreno y
1,3-butadieno y de copolímeros de estos dienos y un
compuesto vinil aromático como por ejemplo estireno o
alfa-metilestireno.
Además, de acuerdo con esta invención, este tipo
de mezcla o premezcla de elastómeros resulta ser exclusivo por lo
que a aceite de procesado de caucho se refiere, o esencialmente
exclusivo de ello, por cuanto contiene menos del cinco por ciento en
peso de aceite de procesado de caucho, basándose en los elastómeros
de la mezcla.
Adicionalmente, y de acuerdo con la invención, se
proporciona un método de preparación de una composición de caucho
consistente en el mezclado en un mezclador interno de caucho y
basado en 100 phr de elastómero, (A) 50 a 100 o alternativamente 50
a 90, phr de la premezcla de elastómeros de esta invención y (B)
cero a 50, alternativamente 10 a 50, phr de al menos un elastómero
adicional con una viscosidad Mooney intermedia (ML4) en un rango
entre 20 y 70 seleccionada de homopolímeros y copolímeros de dienos
conjugados como por ejemplo isopreno y 1,3-butadieno
y por copolímeros de esos dienos y un compuesto vinil aromático
como, por ejemplo, estireno y/o
alfa-metilestireno.
De nuevo de acuerdo con la invención, se
proporciona una composición de caucho tal como la mezcla anterior de
la citada premezcla con elastómero(s) adicionales.
En un aspecto adicional de esta invención, se
presenta un neumático que tiene un componente que comprende la
citada mezcla o premezcla y un elastómero adicional.
En un aspecto más de esta invención, se
proporciona un neumático que tiene una banda de rodadura de una
composición de caucho que comprende la citada mezcla de la citada
premezcla y elastómero(s) adicional(es).
En otro aspecto de esta invención, se proporciona
un neumático que tiene una banda de rodadura de una composición de
caucho que comprende, basada en 100 phr de elastómeros (A) 50 a 100,
o como alternativa 50 a 90, phr de la citada premezcla y cero, o
como alternativa de 10 a 50, phr de al menos un elastómero de base
dieno adicional con una viscosidad Mooney intermedia (ML4) en un
rango de 40 a 60, (B) 40 a 100, o como alternativa 60 a 90, phr de
un relleno de refuerzo particulado seleccionado de (1) negro de humo
o (2) negro de humo y sílice, donde la sílice es, preferiblemente,
sílice precipitada, con una proporción de peso de negro de humo
respecto de sílice de 1/20 a 20/1, o como alternativa de 1/5 a 5/1;
(C) al menos un agente de acoplamiento que tenga una parte reactiva
con grupos silanol y con grupos hidroxilo contenidos en la
superficie de la citada sílice y/o negro de humo como podría ser el
caso y otra parte que interaccione con el citado elastómero.
Típicamente, el agente acoplante se usa en una
proporción en peso de sílice y/o negro de humo, como podría ser el
caso, de 7/1 a 15/1.
Por ejemplo, el agente acoplante puede ser un bis
3-(trialcoxisililalquil) polisulfuro que tuviese de 2 a 8 átomos de
azufre en sus puentes polisulfurados.
Un ejemplo de un agente acoplante bis
3-(trialcoxisililalquil) polisulfuro puede ser un agente en el que
los grupos alquilo se seleccionen entre metilo, etilo y propilo. Por
ejemplo, puede ser un bis 3-(trialcoxisililpropil) polisulfuro con
una media de 2,1 a 2,5 o como alternativa de 3,5 a 4 átomos de
azufre por puente polisulfurado.
Significativamente, la composición de caucho de
la banda de rodadura debe contener necesariamente una cantidad
apreciable de elastómero(s) con una viscosidad Mooney (ML4)
relativamente alta, provisto a modo de premezcla de esta invención,
que es normalmente difícil de procesar de manera sencilla en equipos
convencionales de procesado de caucho en ausencia de la preparación
y utilización de la premezcla de esta invención.
También significativamente, para los propósitos
de esta invención, la composición de caucho de la banda de rodadura
debe contener necesariamente una cantidad apreciable de
elastómero(s) con una viscosidad Mooney (ML4) relativamente
baja. Este tipo de elastómeros de viscosidad Mooney (ML4) muy baja
no son líquidos y suelen considerarse relativamente difíciles de
procesar, pero por una razón diferente. Este tipo de elastómeros son
normalmente más bien pegajosos y, en consecuencia, difíciles de
manejar tanto dentro como fuera de un mezclador interno de caucho
como por ejemplo un mezclador Banbury.
Además, tal como se ha puntualizado
anteriormente, la composición elastomérica de premezcla debe ser
esencial y exclusivamente compuesta por elastómeros con una
viscosidad Mooney (ML4) en un rango entre 20 y 70. Esto es así
porque se ha considerado que la inclusión de este tipo de
elastómeros tenderá a reducir o diluir el efecto deseable del
elastómero de alta viscosidad de aumentar la propiedad de
resistencia a la abrasión de la composición de caucho y, también,
tenderá a reducir el efecto de la inclusión del elastómero de baja
viscosidad Mooney en el procesado global (mezclado y tratamiento) de
la composición de caucho de la premezcla. Son compuestos
representativos de los elastómeros deseables en ese rango intermedio
de viscosidad del caucho, por ejemplo, cauchos sintéticos de cis
1,4-poliisopreno, varios elastómeros de base
estireno/butadieno y cauchos cis 1,4-polibutadieno
mientras que tengan los valores intermedios de viscosidad Mooney
requeridos.
Si bien es posible que el mecanismo no se
comprenda completamente, se piensa que lo que proporciona la
anteriormente mencionada optimización de aspectos de la tracción y
de desgaste de la banda de rodadura de la composición de caucho de
la banda de rodadura del neumático es la combinación de elastómeros
con alta y baja viscosidad de Mooney espacialmente definida.
Se entiende que es bien conocido para los
expertos en la técnica de las bandas de rodadura de neumáticos el
uso de diversas mezclas de elastómeros para composiciones de bandas
de rodadura de neumáticos. Sin embargo, el uso en cantidades
definidas de elastómeros concretos con viscosidades de Mooney
específicas y espacialmente definidas como premezcla, en ausencia,
sustancial o esencialmente completa, de otros elastómeros con
viscosidades de Mooney intermedias, para la preparación de
composiciones de caucho, particularmente para bandas de rodadura de
neumáticos, es una característica importante de la presente
invención. Se cree que la premezcla especificada para el uso en
composiciones de caucho para bandas de rodadura de neumáticos
reviste novedad y actividad inventiva.
Se reconoce que pueden utilizarse en la práctica
de esta invención diversos negros de humo como agentes de refuerzo
de elastómeros para la composición de caucho para bandas de rodadura
de neumáticos, como es bien sabido por los expertos en la técnica.
Por ejemplo, se entienden como negros de humo de relativamente alto
refuerzo aquellos que tienen un número de Yodo en un rango de 80 a
150 y un valor DBP (dibutilftalato) en un rango de 90 a cerca de 150
tal como se ejemplifica en "The Banderbilt Rubber Handbook"
(1990), página 417. Por ejemplo, los negros de humo N121, N220,
N234, N330, y N375 pueden ser tenidos en cuenta.
Los pigmentos silíceos utilizados habitualmente
en composiciones de caucho, pueden utilizarse como sílice en esta
invención, incluyendo pigmentos silíceos precipitados y pirogénicos
(sílice), si bien son preferibles las sílices precipitadas.
Los pigmentos silíceos utilizados en esta
invención son preferiblemente sílices precipitadas como por ejemplo
las obtenidas por la acidificación de un silicato soluble, por
ejemplo, silicato sódico.
El área superficial BET de la sílice, medida
utilizando nitrógeno gas, puede estar en un rango de 100 a 250,
preferiblemente de 120 a 200 metros cuadrados por gramo (m^{2}/g).
El método BET de medida de áreas superficiales está descrito en el
"Journal of the American Chemical Society", Volumen 60, página
304 (1930).
La sílica puede tener típicamente un valor de
dibutilftalato (DBP) en un rango de 100 a 400, y habitualmente 150 a
300 ml / 100 g.
Varias sílices comercialmente disponibles pueden
considerarse para su uso en esta invención, solo como ejemplo no
limitativo, sílices comercialmente disponibles de PPG Industries
bajo la marca Hi-sil con designaciones 210, 243,
etc; sílices disponibles de Rhone-Poulenc, con
designaciones de Zeosil 1165MP, sílices disponibles de Degussa AG
con designaciones VN2 y VN3, y BV3370GR y de J.M. Huber como por
ejemplo Zeopol 8745.
Es fácil de entender por los expertos en la
materia que la composición de caucho de la banda de rodadura de
caucho será compuesta por métodos generalmente conocidos en la
técnica de la composición de caucho como mezcla de varios caucho
constituyentes vulcanizables por azufre con varios materiales
aditivos habitualmente utilizados como por ejemplo, agentes de
curado, como azufre, activantes, retardantes y acelerantes, aditivos
de procesado como aceites, resinas incluyendo resinas mordientes,
sílices, y plastificantes, agentes de relleno, pigmentos, ácidos
grasos, óxidos de zinc, ceras, antioxidantes y antiozonantes,
agentes peptizantes, y materiales de refuerzo como por ejemplo negro
de humo. Tal como saben los expertos en la materia, los aditivos
anteriormente mencionados se seleccionan y se usan normalmente en
cantidades comúnmente establecidas dependiendo del uso que se vaya a
hacer de los materiales (cauchos) vulcanizables o vulcanizados por
azufre.
Adiciones típicas de negro de humo para esta
invención han sido anteriormente establecidas. Las cantidades
típicas de resinas con mordiente (tackifier resins), si son
utilizadas, comprenden alrededor de 0.5 a alrededor de 10 phr,
habitualmente alrededor de 1 a alrededor de 5 phr. Cantidades
típicas de aditivos de procesado comprenden alrededor de 1 a
alrededor de 50 phr. Estos aditivos de procesado pueden incluir, por
ejemplo, aceites de procesado aromáticos, nafténicos, y/o
parafínicos. Cantidades típicas de antioxidantes comprenden
alrededor de 1 a alrededor de 5 phr.
Difenil-p-fenilendiamina y otros,
como por ejemplo los descritos en "The Vanderbilt Rubber
Handbook" (1978), páginas 344-346, pueden ser
ejemplos representativos de antioxidantes. Cantidades típicas de
antiozonantes comprenden 1 a 5 phr. Cantidades típicas de ácidos
grasos que pueden contener ácido esteárico, en caso de que se
utilicen, comprenden 0,5 a 5 phr. Cantidades típicas de óxido de
zinc comprenden 2 a 5 phr. Cantidades típicas de ceras comprenden 1
a 5 phr. Generalmente se utilizan ceras microcristalinas. Cantidades
típicas de agentes peptizantes comprenden 0.1 a 1 phr. Pueden ser
petizantes típicos, por ejemplo, pentaclorotiofenos y
dibenzamidodifenildisul-
furo.
furo.
La vulcanización se lleva a cabo en presencia de
un agente vulcanizante de azufre. Azufre elemental (azufre libre) o
agentes vulcanizantes donantes de azufre, como por ejemplo un
disulfuro de amina, polisulfuro polimérico o aductos de olefinas de
azufre son ejemplos de posibles agentes vulcanizantes de azufre.
Preferiblemente, el agente vulcanizante de azufre es azufre
elemental. Tal como saben los expertos en la materia, los agentes
vulcanizantes de azufre se usan en cantidades que van de 0.5 a 4
phr, siendo a veces preferido el rango de 0.5 a 2.5.
Los aceleradores se utilizan para controlar el
tiempo y/o temperatura requeridos para la vulcanización y para
mejorarlas propiedades del vulcanizado. Los retardantes también son
utilizados para el control de la velocidad de vulcanización. En una
realización particular de la invención, se utiliza un único sistema
acelerador, por ejemplo, un acelerador primario. Preferiblemente, y
generalmente, se utilizan acelerador(es) primario(s)
en cantidades totales que van de 0.5 a 4, y como alternativa de 1.2
a 2.0 phr. En otra realización particular de la invención, se pueden
utilizar combinaciones de un acelerador primario y secundario,
siendo utilizado el acelerador secundario en cantidades que van, por
ejemplo, de 0.05 a 3 phr para activar y mejorar las propiedades del
vulcanizado.
Se puede esperar de estas combinaciones de
aceleradores que produzcan un efecto sinérgico en las propiedades
finales, de modo que estas sean mejores que las producidas por el
uso de cada acelerador por separado. Además se pueden utilizar
aceleradores de acción retardada, que no se ven afectados por las
temperaturas normales de procesado pero que producen un curado
satisfactorio a temperaturas ordinarias de vulcanización. Se pueden
seleccionar tipos de aceleradores aceptables del grupo formado por
aminas, bisulfuros, guanidinas, tioureas, tiazoles, tiuramas,
sulfenamidas, ditiocarbamatos y xantatos. El acelerador primario es,
preferiblemente, una sulfenamida. Si se utiliza un acelerador
secundario, este es preferiblemente una guanidina, un ditiocarbamato
o un tiurama.
La presencia y cantidades relativas de los
anteriormente citados aditivos no se pueden considerar un aspecto de
esta invención, que está más directamente dirigida al uso de la
mezcla descrita de elastómeros sintéticos con una relativamente alta
viscosidad Mooney espacialmente definida y una viscosidad Mooney
excepcionalmente baja, preferiblemente con una práctica exclusión de
elastómeros con viscosidades de Mooney específicamente
interme-
dias.
dias.
El neumático puede ser fabricado, modelado,
moldeado y curado por varios métodos evidentes para cualquier
experto en la materia.
La invención puede comprenderse mejor en
referencia a los siguientes ejemplos, en los que las partes y
porcentajes se entienden por peso a menos que se indique de otro
modo.
\newpage
En este ejemplo, se obtuvo una premezcla de
caucho estireno/butadieno de alta viscosidad preparado por
polimerización por emulsión y caucho estireno/butadieno de baja
viscosidad preparado por polimerización por emul-
sión.
sión.
El primero, caucho estireno/butadieno de alta
viscosidad (el primer caucho) tiene una elevada viscosidad de Mooney
(ML4) de alrededor de 110.
El adicional, caucho estireno/butadieno de baja
viscosidad (el caucho adicional) tiene una muy baja viscosidad de
Mooney (ML4) de alrededor de 6. No se podría considerar un polímero
semisólido, y ciertamente, tampoco uno líquido.
El látex elastomérico de caucho
estireno/butadieno se prepara por copolimerización de estireno y
1,3-butadieno en presencia de un catalizador redox
de emulsión en un sistema de polimerización basado en agua. La
polimerización se para por adición del agente de paralización,
creando así el látex resultante. El látex está compuesto,
principalmente, por alrededor de un 20 a 25 por ciento en peso de
elastómero copolimérico y alrededor del 80 a 75 por ciento de agua,
así como una muy pequeña cantidad de residuo de emulsionantes y
catalizadores. Este método de preparación de látex es de sobras
conocido por los expertos en la materia.
El látex elastomérico adicional de caucho
estireno/butadieno se prepara de manera similar con una
concentración similar de elastómero en la mezcla látex controlando
las condiciones para que rinda el elastómero copolímero de baja
viscosidad.
Las latices primera y adicional se mezclan
juntas, en diversas proporciones, por mezcla en un mezclador a una
temperatura alrededor de 23ºC.
Los cauchos estireno/butadieno (SBR’s) primero y
adicional se recuperan entonces como una premezcla de las latices
mezcladas por simple secado en una estufa de aire a alrededor de
80ºC hasta alrededor de 100ºC.
La premezcla recuperada resultante estaba
compuesta de alrededor de 55 phr del primer SBR de alta viscosidad
Mooney y alrededor de 45 phr del SBR adicional de baja viscosidad
Mooney. La premezcla tuvo una viscosidad de Mooney de alrededor de
45.
La premezcla se ha identificado aquí como
premezcla A.
En este ejemplo, las composiciones de caucho se
prepararon por mezclado de la premezcla recuperada del Ejemplo 1 con
varios elastómeros. Las mezclas para este ejemplo incluyeron un
control, así como mezclas experimentales X Y, que se muestran en la
Tabla 1.
Para poder comparar, se prepararon las mezclas
control (Ctrl M y Ctrl N) utilizando elastómeros copoliméricos
estireno/butadieno preparados por polimerización por emulsión o por
solución orgánica, pero sin la premezcla de elastómeros de esta
invención.
Las composiciones de caucho para este ejemplo se
prepararon en un mezclador interno de caucho, utilizando tres
estadios separados de adición (mezclado), a saber, dos estadios de
mezcla secuenciales y no productivos (sin azufre ni aceleradores del
curado) a una temperatura de alrededor de 150ºC y un estadio final
de mezcla no productivo (con azufre y aceleradores del curado) a una
temperatura de alrededor de 105ºC.
| Primera Muestra no productiva | ||||
| M Ctrl | X | N Ctrl | Y | |
| Caucho SBR^{1} | 96,25 | 0 | 70.1 | 0 |
| Caucho de polibutadieno^{2} | 37,25 | 37,25 | 61,25 | 61,25 |
| Premezcla A^{3} | 0 | 96.25 | 0 | 70.1 |
| Aceite de procesado^{4} | 10 | 10 | 10 | 10 |
| Negro de humo^{5} | 70 | 70 | 70 | 70 |
| Primera Muestra no productiva | ||||
| M Ctrl | X | N Ctrl | Y | |
| Aditivos al procesado^{6} | 6 | 6 | 6 | 6 |
| Óxido de zinc | 2 | 2 | 2 | 2 |
| Aceite total^{9} | 43,35 | 17,35 | 43,8 | 23,7 |
| Mezcla Productiva | ||||
| Azufre | 1,6 | 1,6 | 1,6 | 1,6 |
| Aceleradores^{7} | 1,7 | 1,7 | 1,7 | 1,7 |
| Antioxidante^{8} | 1,2 | 1,2 | 1,2 | 1,2 |
| 1) \begin{minipage}[t]{155mm} Caucho copolimérico de estireno/butadieno preparado por polimerización por emulsión que contiene un 23,5 por ciento de estireno combinado y 37.5 phr de aceite de procesado aromático y una viscosidad Mooney (ML4) de alrededor de 46 a 100^{o}C obtenido como PLF1712 de The Goodyear Tire \amp{1} Rubber Company;\end{minipage} | ||||
| 2) \begin{minipage}[t]{155mm} Caucho de cis 1,4-polibutadieno conteniendo un 25 phr de aceite de procesado aromático teniendo la mezcla una viscosidad Mooney (ML4) de alrededor de 50 a 100^{o}C obtenida como BUDENE\registrado 1254 de The Goodyear Tire \amp{1} Rubber Company; \end{minipage} | ||||
| 3) El elastómero premezcla "A" del Ejemplo I; | ||||
| 4) Aceite aromático de procesado de caucho; | ||||
| 5) N299 negro de humo; | ||||
| 6) Ceras, peptizadores, etc; | ||||
| 7) Tipo sulfenamida; | ||||
| 8) Tipo fenilendiamina; | ||||
| 9) Suma de las partes de aceite en el(los) elastómero(s) y el aceite adicional añadido a la composición de caucho. |
\vskip1.000000\baselineskip
La siguiente Tabla 2 ilustra las diversas
propiedades físicas de las composiciones curadas de caucho. Las
composiciones de caucho se han curado a 150ºC durante unos 18
minutos.
\vskip1.000000\baselineskip
| Muestra | M (Ctrl) | X | N (Ctrl) | Y |
| Aspecto del estrudado^{1} | ||||
| \hskip0,5cm Borde Interno | 5 | 4 | 6 | 4 |
| \hskip0,5cm Borde Externo | 5 | 3 | 6 | 3 |
| \hskip0,5cm Superficie | 5 | 3,5 | 5,5 | 3,5 |
| Datos de Reometro (150ºC) | ||||
| \hskip0,5cm Par de torsión máx. (dNm) | 32,8 | 34 | 34,5 | 35 |
| \hskip0,5cm Par de torsión min. (dNm) | 8,1 | 8 | 9 | 8,5 |
| \hskip0,5cm T_{90} (min) | 11,5 | 13,5 | 11,3 | 12,3 |
| Deformación por fatiga | ||||
| \hskip0,5cm Resistencia a tracción, MPa | 16,5 | 18,3 | 15,1 | 16,8 |
| \hskip0,5cm Alargamiento y rotura, % | 610 | 618 | 589 | 617 |
| \hskip0,5cm Módulos 300%, MPa | 6,5 | 7,1 | 6,3 | 6,5 |
| Muestra | M (Ctrl) | X | N (Ctrl) | Y |
| Rebote | ||||
| \hskip0,5cm Rebote a 100ºC | 50 | 47 | 52 | 49 |
| Dureza | ||||
| \hskip0,5cm Dureza Shore 100ºC | 50,6 | 51,9 | 51,6 | 52,6 |
| Resistencia a la abrasión | ||||
| \hskip0,5cm Abrasión DIN, volumen perdido (cm^{3}) | 95 | 84 | 77 | 74 |
| 1. \begin{minipage}[t]{155mm} Aspecto del estrudado de la banda de rodadura en el que la asignación de una puntuación de 1 es buena en el sentido de tener un aspecto relativamente suave y la asignación de una puntuación de 10 es mala en el sentido de tener un aspecto visual relativamente rugoso.\end{minipage} |
Las propiedades físicas de las muestras en este
ejemplo muestran que la premezcla preparada del SBR de alta
viscosidad y el SBR de baja viscosidad permitió el uso de SBR de
alta viscosidad (estipulado en la premezcla) sin necesidad de
recurrir al uso de una mezcla de SBR de alta viscosidad con aceite
de procesado de caucho.
En particular, se observa en la Tabla 2 que la
pérdida de volumen por abrasión DIN en los casos en que se
utilizaban las premezclas X e Y se reduce considerablemente cuando
se compara con los controles M y N respectivamente. Se considera
ésta una propiedad predictiva deseable para la resistencia al
desgaste de composiciones de caucho para bandas de rodadura de
neumáticos.
Además, el aspecto del estrudado de la banda de
rodadura muestra que las composiciones de caucho que utilizan
premezcla (experimentos X e Y) fueron procesadas considerablemente
mejor que las composiciones de caucho de control M y N en que sus
superficies estrudadas eran notablemente más suaves.
Los valores de resistencia a la tracción de los
experimentos X e Y son sensiblemente superiores cuando se comparan
con sus respectivos controles (M) y (N), lo cual es indicativo de un
tratamiento mejorado del neumático para la banda de rodadura.
Claims (7)
1. Un método de preparación de una composición
elastomérica caracterizada por comprender los pasos de (A)
mezclado, en ausencia de un aceite de procesado de caucho o en
presencia de menos de un 5 por ciento en peso de un aceite de
procesado de caucho, basado en los elastómeros de la mezcla, un
primer látex preparado por polimerización en emulsión acuosa de un
elastómero basado en dienos con una viscosidad de Mooney (ML4) en un
rango de 70 a 140 con un látex adicional preparado por
polimerización en emulsión acuosa de un elastómero basado en dienos
con una viscosidad de Mooney (ML4) en un rango de 5 a 20, seguido
por (B) secado y recuperado de la mezcla elastomérica resultante;
donde la relación en peso del citado elastómero de alta viscosidad
respecto de elastómero adicional de baja viscosidad está en el rango
de 20/1 a 1/1.
2. El método de la reivindicación 1
caracterizado porque las latices primera y adicional son
latices de copolímero estireno/butadieno.
3. El método de cualquiera de las
reivindicaciones precedentes caracterizados porque los
citados elastómeros primero y adicional tiene las viscosidades de
Mooney (ML4) definidas espacialmente que difieren entre sí por un
valor mínimo de 50.
4. Una composición de caucho preparada por el
método de cualquiera de las reivindicaciones precedentes y que
contiene un porcentaje en peso de 0 a menos del 5 por ciento de
aceite de procesado de caucho, basado en los elastómeros de la
mezcla.
5. Un neumático teniendo una banda de rodadura de
una composición de caucho caracterizada por estar compuesta
por, basado en 100 phr de caucho, de 50 a 100 phr de la composición
de caucho de la reivindicación 4 y hasta alrededor de 50 phr de al
menos un elastómero adicional comprendido de cis
1,4-poliisopreno, cis
1,4-polibutadieno, copolímero isopreno/butadieno,
copolímero estireno/butadieno, trans
1,4-polibutadieno, terpolímero
estireno/isopreno/butadieno, y 3,4-poliisopreno,
siempre que el citado elastómero adicional tenga una viscosidad de
Mooney (ML4) en un rango entre 20 y 70.
6. Un método para preparar un neumático
caracterizado por la formación previa de una premezcla de dos
elastómeros de base diénica de acuerdo con el método de cualquiera
de las reivindicaciones de 1 a 3, mezclando la citada premezcla con
al menos un elastómero adicional de base diénica con una viscosidad
de Mooney en un rango entre 20 y 70, dando forma a la composición de
caucho resultante en un material de banda de rodadura adecuado,
construyendo el citado material de banda de rodadura en una carcasa
de neumático de caucho no curado y vulcanizando el conjunto banda
de rodadura/carcasa en un molde adecuado en condiciones de levada
presión y temperatura.
7. Un neumático preparado según el método de la
reivindicación 6.
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