ES2270138T3 - Procedimiento para la produccion de neumaticos para ruedas de vehiculos. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para producir un neumático, que incluye: - alimentar una composición elastomérica en un extrusor; - formar mediante extrusión dicha composición elastomérica como un elemento alargado continuo; - depositar dicho elemento alargado continuo sobre un soporte en una pluralidad de vueltas para construir un elemento estructural de un neumático; donde la etapa de formación se lleva a cabo a una tasa de cizalladura de al menos 1000s-1 y la composición elastomérica comprende al menos un aditivo reductor de la viscosidad de elongación en una cantidad de forma tal que la viscosidad de elongación de dicha composición elastomérica, medida a 120ºC, a la tasa de cizalladura de la etapa de formación, es al menos 10% inferior respecto a la viscosidad de elongación, medida en las mismas condiciones, de la composición elastomérica carente de dicho aditivo.
Description
Procedimiento para la producción de neumáticos
para ruedas de vehículos.
La invención se refiere a un procedimiento para
la producción de neumáticos para ruedas de vehículos.
Más en particular, la presente invención se
refiere a un procedimiento para producir un neumático para ruedas de
vehículo que incluye: alimentar una composición elastomérica en un
extrusor; formar mediante extrusión dicha composición elastomérica
como un elemento alargado continuo; depositar dicho elemento
alargado continuo sobre un soporte en una pluralidad de vueltas para
construir un elemento estructural de un neumático.
La presente invención también se refiere a un
procedimiento para reducir la viscosidad de elongación de una
composición elastomérica.
La fabricación de neumáticos para ruedas de
vehículos implica la formación de una estructura de carcasa
esencialmente constituida por una o más telas de carcasa
substancialmente de una forma toroidal y teniendo sus bordes
laterales axialmente opuestos en acoplamiento con respectivos
elementos de refuerzo circunferencialmente inextensibles, usualmente
referidos como "cables de talón".
Sobre la estructura de carcasa se aplica, en una
posición radialmente externa, una estructura de cintura que
comprende una o más bandas de cintura en forma de un anillo cerrado
y esencialmente constituida de cuerdas textiles o metálicas
adecuadamente orientadas unas respecto a otras y respecto a las
cuerdas pertenecientes a las telas de carcasa adyacentes.
En una posición radialmente externa de la
estructura de cintura, se proporciona una banda de rodadura que
usualmente consiste de una banda de material elastomérico de grosor
adecuado.
Finalmente, se proporciona un par de flancos
sobre los lados opuestos del neumático, cubriendo cada una de dichos
flancos una porción lateral del neumático incluida entre una llamada
región lateral ubicada en la proximidad del correspondiente borde
lateral de la banda de rodadura, y un llamado talón ubicado en
correspondencia al respectivo cable de talón.
Los procedimientos tradicionales de producción
prevén esencialmente que los elementos estructurales del neumático
antes enumerados se produzcan primero separadamente entre sí, para
ensamblarse luego durante la fabricación de un neumático.
Recientemente se han realizado muchos esfuerzos
para reducir o posiblemente eliminar la producción y el
almacenamiento de productos semiacabados en un proceso para producir
neumáticos.
A este respecto, se han propuesto procesos de
producción apuntados a obtener unos elementos estructurales dados de
un neumático tales como una banda de rodadura, flanco su otros,
mediante la colocación de un elemento alargado continuo de material
elastomérico de una sección reducida respecto al elemento
estructural a obtener, sobre un soporte que soporta el neumático que
se fabrica, dicho elemento alargado se dispone de forma tal para
formar una pluralidad de vueltas consecutivas dispuestas en una
relación lado a lado y/o de superposición para definir el elemento
estructural en su configuración final. Dicho soporte puede ser un
soporte rígido y puede tener una forma toroidal.
Por ejemplo, WO 01/36185 en nombre del mismo
solicitante, describe un procedimiento para fabricar componentes de
material elastomérico de un neumático para ruedas de vehículo que
comprende las etapas de: alimentar un elemento alargado continuo a
partir de un elemento de suministro (por ejemplo, un extrusor)
ubicado de forma adyacente a un soporte toroidal para aplicar dicho
elemento alargado sobre el mismo soporte toroidal; dar al soporte
toroidal un movimiento de distribución rotativo circunferencial
sobre su propio eje de rotación, de forma que el elemento alargado
se distribuye circunferencialmente sobre el soporte toroidal; llevar
a cabo desplazamientos relativos transversales de distribución
controlados entre el soporte toroidal y el elemento de suministro
para formar con dicho elemento alargado un elemento estructural de
un neumático definido mediante una pluralidad de vueltas colocadas
de forma mutuamente próxima y/o superpuestas según un perfil de
sección transversal predeterminado a conferir a dicho elemento
estructural. En particular dicho documento indica que si la
velocidad periférica del soporte toroidal en el punto de aplicación
de un elemento alargado es controlado de forma tal que se mantiene
un valor convenientemente más alto que la velocidad de alimentación
del elemento alargado en sí mediante el elemento de suministro, la
adhesión del elemento alargado aplicado se mejora enormemente y se
logran importantes ventajas en términos de flexibilidad
operativa.
La EP 0 968 814 describe un procedimiento y un
aparato para colocar materiales de caucho para elementos
constituyentes de un neumático. Un material de caucho para un
elemento constituyente de un neumático se coloca sobre un soporte
rotativo con alta eficiencia y alta precisión mediante la
disposición de un par de rodillos que rotan en direcciones opuestas
en la vecindad de una porción de superficie radialmente exterior del
soporte y utilizando un intervalo definido entre los rodillos como
un troquel de rodillo. El aparato para colocar los materiales de
caucho de elementos constituyentes del neumático alrededor de un
soporte rotativo comprende un extrusor volumétrico para alimentar
con un material de caucho en crudo sobre el soporte rotativo, un par
de rodillos ubicados centra de un puerto de salida del extrusor
volumétrico y cerca de una porción radialmente externa del soporte
rotativo y conducidos en direcciones opuestas entre sí, y un espacio
definido entre el par de rodillos y que sirve de troquel para el
material de caucho a colocar.
Las patentes US 4 963 207 y US 5 171 394
describen un procedimiento y un aparato para fabricar neumáticos
mediante la colocación de productos de caucho sobre un soporte
rotativo firme. Los productos de caucho que forman parte de la
estructura del neumático se colocan sobre un núcleo rígido mediante
un extrusor volumétrico que tiene un orificio de salida de tamaño
pequeño ubicado cerca de la superficie sobre la cual se aplica el
caucho. Los productos de caucho se construyen mediante un
desplazamiento meridiano del orificio relativo a la superficie
receptora con la extrusión de un volumen controlado de caucho.
Sin embargo, procedimientos de la técnica
anterior para fabricar un neumático o realizar un componente de
neumático mediante la deposición de elementos elastoméricos
alargados sobre un soporte, presentan algunas desventajas.
En particular, el solicitante ha notado que si
la extrusión de dichos elementos elastoméricos alargados se lleva a
cabo a una tasa alta de cizallamiento (por ejemplo 1000 s^{-1}),
los elementos elastoméricos alargados obtenidos presentan algunas
desventajas tales como, por ejemplo, bordes irregulares (por
ejemplo, bordes hechos jirones) y superficies rugosas, fenómeno de
reticulado prematuro (prevulcanización), que afectan negativamente
la colocación de los mismos sobre un soporte. Más en particular, el
solicitante ha observado que dichas desventajas son más evidentes en
el caso de elementos elastoméricos alargados que comprenden una
composición elastomérica que tiene una viscosidad de Mooney alta ML
(1+4) (por ejemplo, más alta de 70 a 100ºC).
El solicitante trató de mejorar la
procesabilidad de dicha composición elastomérica reticulable
mediante la adición de un plastificador o una ayuda de procedimiento
para disminuir la viscosidad de Mooney ML(1+4). Sin embargo,
el solicitante observó que la disminución de la viscosidad de Mooney
ML(1+4) de la composición elastomérica no resolvía las
desventajas mencionadas con anterioridad: la composición
elastomérica aún tenía las desventajas indicadas con anterioridad
cuando se extruía con altas tasas de cizallamiento.
El solicitante ha observado entonces que, para
operar a altas tasas de cizallamiento, era necesario disminuir la
viscosidad de elongación de dicha composición elastomérica. Debe
notarse que la viscosidad de Mooney ML(1+4) y la viscosidad
de elongación son propiedades diferentes como se demostró, por
ejemplo, por el hecho de que una disminución de la viscosidad de
Mooney ML(1+4) no siempre está correlacionado con una
disminución de la viscosidad de elongación y viceversa.
El solicitante ha encontrado ahora que es
posible superar las desventajas antes mencionadas utilizando una
composición elastomérica que comprende al menos un aditivo reductor
de la viscosidad de elongación. La reducción de la viscosidad de
elongación de la composición elastomérica permite extruir un
elemento elastomérico alargado a tasas altas de cizallamiento y, en
consecuencia, permite incrementar tanto la productividad de dichos
elementos elastoméricos alargados como el procedimiento para
producir un neumático en su totalidad. Por otra parte, dicho aditivo
no afecta negativamente las propiedades mecánicas, tanto de tensión
(en particular tensión a la rotura) como dinámicas (en particular
módulo y tandelta), así como la cinética del curado, de la
composición elastomérica.
Según un primer aspecto, la presente invención
por consiguiente se refiere a un procedimiento para producir un
neumático, que incluye:
- alimentar una composición elastomérica a un
extrusor;
- formar mediante extrusión dicha composición
elastomérica como un elemento alargado continuo;
- depositar dicho elemento alargado continuo
sobre un soporte en una pluralidad de vueltas para construir un
elemento estructural de un neumático;
en donde la etapa de formación se lleva a cabo a
una tasa de cizallamiento de al menos 1000 s^{-1} y la
composición elastomérica comprende al menos un aditivo reductor de
la viscosidad de elongación en una cantidad de forma que la
viscosidad de elongación de dicha composición elastomérica, medida a
120ºC, a una tasa de cizallamiento de la etapa de formación, es al
menos 10% más baja respecto a la viscosidad de elongación, medida en
las mismas condiciones, de la composición elastomérica carente de
dicho aditivo.
Para los propósitos de la presente invención y
de las reivindicaciones, el término "soporte" se usa para
indicar los siguientes dispositivos:
- un tambor auxiliar que tiene una forma
cilíndrica, soportando dicho tambor auxiliar preferentemente una
estructura de cintura;
- un tambor de formación que tiene una
configuración substancialmente toroidal, soportando dicho tambor de
formación preferentemente al menos una estructura de carcasa con una
estructura de cintura montada sobre el mismo;
- un soporte rígido preferentemente formado
según la configuración interna del neumático.
Se brindan detalles adicionales referentes a
dichos dispositivos, por ejemplo, en las siguientes Solicitudes de
Patentes Europeas: EP 0 968 814 citada con anterioridad; EP 1 201
414 y EP 1 211 057.
Según una realización preferida, la viscosidad
de elongación de dicha composición elastomérica, medida a 120ºC, a
la tasa de cizallamiento de la etapa de formación, es 15% más baja
respecto a la viscosidad de elongación, medida en las mismas
condiciones, de la composición elastomérica carente de dicho
aditivo.
Según una realización preferida adicional, la
viscosidad de elongación de dicha composición elastomérica, medida a
120ºC, a la tasa de cizallamiento de la etapa de formación, es no
inferior al 50% respecto a la viscosidad de elongación, medida en
las mismas condiciones, de la composición elastomérica carente de
dicho aditivo.
Preferentemente, dicho soporte es un soporte
rotativo.
Preferentemente, dicho soporte es un soporte
rígido.
Preferentemente, dicho soporte rígido tiene una
forma toroidal.
Preferentemente, dicho elemento alargado
continuo está constituido por una banda de la composición
elastomérica con una sección aplanada tal como, por ejemplo,
rectangular, elíptica o lenticular, o también con una forma afilada.
Las dimensiones de la sección transversal de dicha banda son
considerablemente inferiores que las dimensiones de la sección
transversal del elemento estructural a fabricar. A modo de ejemplo,
el elemento alargado continuo puede tener un ancho que
indicativamente oscila entre 3 mm y 15 mm y un grosor que
indicativamente oscila entre 0,5 mm y 1,2 mm.
Preferentemente, dichas vueltas se disponen lado
a lado a lo largo del perfil de sección transversal del soporte.
Dichas vueltas pueden estar parcialmente superpuestas.
Según una realización preferida, dicho proceso
se lleva a cabo con una tasa de estiramiento (K) mayor de 1,
preferentemente mayor de 1,5.
Dicha tasa de estiramiento (K) se define como la
relación entre la tasa de deposición del elemento alargado continuo
y la tasa de producción del elemento alargado continuo. La tasa de
deposición corresponde a la longitud del elemento alargado
depositado por unidad de tiempo, cuando la tasa de producción
corresponde a la longitud del elemento alargado producido por unidad
de tiempo.
Según una realización preferida, dicha etapa de
formación se lleva a cabo a una tasa de cizallamiento de entre 2000
s^{-1} y 8000 s^{-1}, preferentemente entre 4000 s^{-1} y 6000
s^{-1}.
Según un aspecto adicional, la presente
invención se refiere a un procedimiento para reducir la viscosidad
de elongación de una composición elastomérica que comprende añadir a
dicha composición elastomérica al menos un aditivo reductor de la
viscosidad de elongación en una cantidad de forma que la viscosidad
de elongación de dicha composición elastomérica, medida a 120ºC a
una tasa de cizallamiento de al menos 1000 s^{-1}, es al menos 10%
inferior respecto a la viscosidad de elongación, medida en las
mismas condiciones, de la composición elastomérica carente de dicho
aditivo.
Según una realización preferida, la viscosidad
de elongación de dicha composición elastomérica, medida a 120ºC, a
una tasa de cizalladura de al menos 1000 s^{-1}, es 15% más baja
respecto a la viscosidad de elongación, medida en las mismas
condiciones, de la composición elastomérica carente de dicho
aditivo.
Según una realización referida adicional, la
viscosidad de elongación de dicha composición elastomérica, medida a
120ºC, a una tasa de cizalladura de al menos 1000 s^{-1}, no es
inferior a 50%, respecto a la viscosidad de elongación medida en las
mismas condiciones, de la composición elastomérica carente de dicho
aditivo.
Según una realización adicional preferida dicho
aditivo reductor de la viscosidad de elongación puede seleccionarse
entre:
(a) ésteres glicidil de un ácido carboxílico
\alpha-ramificado que contiene de 6 a 22 átomos de
carbono;
(b) ceras poliolefinas;
(c) copolímeros de etileno con al menos una
\alpha-olefina alifática, y opcionalmente un
polieno;
(d) polímeros termoplásticos que tienen una
cadena principal hidrocarburo a la cual se unen grupos
hidrofílicos;
(e) ésteres ácidos grasos derivados de al menos
un ácido graso saturado o insaturado que tiene de 8 a 24 átomos de
carbono y al menos un alcohol polihídrico que tiene de 2 a 6 átomos
de carbono.
\newpage
Según una realización preferida, los ésteres
glicidil (a) pueden seleccionarse a partir de aquellos que tienen la
siguiente fórmula general (I):
donde los grupos R, iguales o
diferentes entre sí, representan hidrógeno o gripos alifáticos
lineales o ramificados, con la provisión de que los grupos R tienen
un número total de átomos de carbono de entre 6 a 18,
preferentemente de 8 a
12.
Dichos ésteres glicidil (a) pueden obtenerse
mediante la reacción de un ácido carboxílico monofuncional
\alpha-ramificado tal como, por ejemplo, ácido
alcanoico (por ejemplo ácido octanoico) o ácidos neoalcanoicos (por
ejemplo, ácido neodecanoico), con una epihalohidrina (por ejemplo
epicloridrina), bajo condiciones bien conocidas en la técnica. Son
particularmente preferidos los ésteres glicidil (a) de ácido
neoalcanoico o de una mezcla de ácidos neoalcanoi-
cos.
cos.
Un ejemplo de éster glicidil (a) que puede
utilizarse en la presente invención y que actualmente se encuentra
comercialmente disponible es el producto Glydexx^{TM}
N-10 de Exxon Mobil Chemical.
Según una realización preferida, las ceras de
poliolefinas (b) pueden seleccionarse a partir de homopolímeros de
una \alpha-olefina o copolímeros de al menos dos
\alpha-olefinas tales como, por ejemplo, etileno,
propileno, 1-buteno, 1-hexeno,
4-metil-1-penteno,
1-deceno, o mezclas de los mismos, que tienen una
viscosidad intrínseca (\eta), medida a 135ºC en decalín, de entre
0,03 dl/g a 1,0 dl/g.
Preferentemente, dichas ceras de poliolefinas
(b) tienen las siguientes características:
- un índice de distribución de peso molecular
(MWD) de menos de 5, preferentemente de entre 1,0 y 3;
- un promedio del número de pesos moleculares de
menos de 4000, preferentemente de entre 450 y 3000;
- un punto de fusión (T_{m}) de menos de
140ºC, preferentemente de entre 70ºC y 135ºC,
- una viscosidad a 140ºC, medida según el
estándar ASTM D3236-88, de menos de 160 cps,
preferentemente de entre 20 cps y 100 cps.
Dicho índice de distribución de peso molecular
se define como la relación entre el promedio del peso de pesos
moleculares (M_{w}) y el promedio del número de pesos moleculares
(M_{n}) y puede determinarse según técnicas convencionales tales
como, por ejemplo, mediantecromatografía de permeación sobre gel
(GPC).
Las ceras de poliolefinas (b) que pueden usarse
según la presente invención pueden seleccionarse, por ejemplo,
entre: cera de polietileno obtenida mediante pirólisis de un
polietileno de alto peso molecular; cera de polietileno obtenida
mediante polimerización radical de etileno a una alta presión; cera
de polietileno obtenida mediante polimerización de media, baja
presión de etileno con la \alpha-olefina antes
mencionada en presencia de un catalizador metálico de transición;
cera de polietileno; ceras de copolímero
etileno/\alpha-olefina; cera de
poli-1-buteno; o mezclas de los
mismos. Son particularmente preferidas la cera de polietileno, o
ceras de copolímero etileno/\alpha-olefina.
Los ejemplos de ceras de poliolefinas (b) que
pueden usarse en la presente invención y que actualmente están
comercialmente disponibles son los productos SP94 y SP96 de Baslini
S.p.A.
Según una realización preferida dicho al menos
un copolímero de etileno (c) tiene un índice de distribución de peso
molecular (MWD) de menos de 5, preferentemente entre 1,5 y 3,5, y
una entalpía de fusión (\DeltaH_{m}) de no menos de 30 J/g,
preferentemente entre 34 J/g y 130 J/g.
Dicho índice de distribución de peso molecular
se define como la relación entre el promedio de peso de peso
molecular (M_{w}) y el promedio de número de peso molecular
(M_{n}) y puede determinarse según técnicas convencionales tales
como, por ejemplo, cromatografía de permeación sobre gel (GPC).
Dicha entalpía de fusión (\DeltaH_{m}) puede
determinarse mediante Calorimetría De Escaneado Diferencial y se
refiere a los picos de fusión detectados en el rango de temperaturas
de 0ºC a 200ºC.
Con referencia al copolímero de etileno (c), el
término "\alpha-olefina alifática"
generalmente indica una olefina de fórmula
CH_{2}=CH-R, en la cual R representa un grupo
alquilo lineal o ramificado que contiene de 1 a 12 átomos de
carbono. Preferentemente, la \alpha-olefina
alifática se selecciona entre propileno, 1-buteno,
isobutileno, 1-penteno,
4-metil-1-penteno,
1-hexeno, 1-octeno,
1-dodeceno, o mezclas de los mismos. Particularmente
se prefiere 1-octeno.
Con referencia al copolímero de etileno (c), el
término "polieno" generalmente indica un dieno, trieno o
tetraeno conjugado o no conjugado. Cuando está presente un
comonómero dieno, este comonómero generalmente contiene de 4 a 20
átomos de carbono y preferentemente se selecciona a partir de:
diolefinas lineales conjugadas o no conjugadas tales como, por
ejemplo, 1,3-butadieno,
1,4-hexadieno, 1,6-octadieno, y
similares; dienos monocíclicos o policíclicos tales como, por
ejemplo, 1,4- ciclohexadieno,
5-etilidene-2-norborneno,
5-metileno-2-norborneno,
vinilnorborneno, o mezclas de los mismos. Cuando está presente un
comonómero trieno o tetraeno, este comonómero generalmente contiene
de 9 a 30 átomos de carbono y preferentemente se selecciona a partir
de trienos o tetraenos que contienen un grupo vinil en la molécula o
un grupo
5-norborneno-2-il en
la molécula. Ejemplos específicos de comonómeros trienos o tetraenos
que pueden utilizarse en la presente invención son:
6,10-dimetil-1,5,9-undecatrieno,
5,9-dimetil-1,4,8-decatrieno,
6,9-dimetil-1,5,8-decatrieno,
6,8,9-trimetil-1,6,8-decatrieno,
6,10,14-trimetil-1,5,9,13-pentadecatetraeno,
o mezclas de los mismos. Preferentemente, el polieno es un
dieno.
Según otra realización preferida, dicho
copolímero de etileno (c) está caracterizado por:
- una densidad de entre 0,86 g/cm^{3} y 0,93
g/cm^{3}, preferentemente entre 0,86 g/cm^{3} y 0,89
g/cm^{3};
- un Índice de Flujo de Fusión (MFI), medido
según el estándar ASTM D1238-00, de entre 0,1 g/10
min y 35 g/10 min, preferentemente entre 0,5 g/10 min y 20 g/10
min;
- una temperatura de fusión (T_{m}) de no
menos de 30ºC, preferentemente entre 50ºC y 120ºC, aún más
preferentemente entre 55ºC y 110ºC.
El copolímero de etileno (c) generalmente tiene
la siguiente composición: 50 mol%-98 mol%, preferentemente 60
mol%-93 mol%, de etileno; 2 mol%-50 mol%, preferentemente 7 mol%-40
mol%, de una \alpha-olefina alifática; 0 mol%-5
mol%, preferentemente 0 mol%-2 mol%, de un polieno.
El copolímero de etileno (c) puede obtenerse
mediante copolimerización de etileno con una
\alpha-olefina alifática, en presencia de un
catalizador de sitio único, por ejemplo un catalizador metaloceno o
de un catalizador de geometría restringida.
Los catalizadores de metaloceno que se pueden
usar en la polimerización de olefinas son, por ejemplo, complejos de
coordinación entre un metal de transición, usualmente del grupo IV,
en particular titanio, zirconio o hafnio, y dos ligandos de
ciclopentadienil opcionalmente sustituidos, que se usan en
combinación con un co-catalizador, por ejemplo un
aluminoxano, preferiblemente metilaluminoxano, o un compuesto de
boro (ver, por ejemplo, Adv. Organomet. Chem., Vol. 18, p. 99
(1980); Adv. Organomet. Chem., Vol. 32, p. 325 (1991); J.M.S - Rev.
Macromol. Chem. Phys., Vol. C34(3), pp.
439-514 (1994); J. Organometallic Chemistry, Vol.
479, pp. 1-29 (1994); Angew, Chem. Int. Ed. Engl.,
Vol. 34, p. 1143 (1995); Prog. Polym. Sci., Vol. 20, p. 459 (1995);
Adv. Polym. Sci., Vol. 127, p. 144 (1997); patente US 5 229 478, o
las solicitudes de patente WO 93/19107, EP 35 342, EP 129 368, EP
277 003, EP 277 004, EP 632 065).
Los catalizadores de geométrica restringida que
se pueden usar en la polimerización de olefinas son, por ejemplo,
complejos de coordinación entre un metal, usualmente entre los
grupos 3-10 o de la serie Lantánido, y un único
ligando ciclopentadienil, opcionalmente sustituido, que se usan en
combinación con un co-catalizador, por ejemplo un
alominoxano, preferiblemente metilaluminoxano, o un compuesto de
boro (ver, por ejemplo, Organometallics, Vol. 16, p. 3649 (1997); J.
Am. Chem. Soc., Vol. 118, p. 13021 (1996); J. Am. Chem. Soc., Vol.
118, p. 12451 (1996); J. Organometallic Chemistry, Vol. 482, p. 169
(1994); J. Am. Chem. Soc., Vol. 116, p. 4623 (1994);
Organometallics, Vol. 9, p. 867 (1990); patentes US 5 096 867, US 5
414 040, o solicitudes de patente WO 92/00333, WO 97/15583, WO
01/12708, EP 416 815, EP 418 044, EP 420 436, EP 514 828.
La síntesis de los copolímeros de etileno (c) en
presencia de catalizadores de metaloceno se describe por ejemplo en
la solicitud de patente EP 206 794, o en poliolefinas basadas en
metaloceno, Vol. 1, series Wiley en Polymer Science, p. 309
(1999).
La síntesis de copolímeros de etileno (c) en
presencia de catalizadores de geometría restringida se describe por
ejemplo, en Macromol. Chem. Rapid. Commun., Vol. 20, p.
214-218 (1999); Macromolecules, Vol. 31, p. 4724
(1998); Macromolecules Chem. Phys., Vol. 197, p. 4237 (1996); o en
la solicitud de patente WO 00/26268; o en la patente US 5 414
040.
Ejemplos de copolímeros de etileno (c) que se
pueden usar en la presente invención que están actualmente
disponibles de manera comercial son los productos Engage®
deDuPont-Dow Elastomers y Exact® de Exxon
Chemi-
cal.
cal.
Con referencia a los polímeros termoplásticos
(d), en la presente descripción y en las reivindicaciones, mediante
la expresión "polímero termoplástico que tiene una cadena de
hidrocarburo principal en la cual se enlazan grupos hidrofílicos"
(por propósitos de brevedad también "polímero hidrofílico (d)")
se indica un polímero sintético en el que los grupos hidrofílicos,
directamente o a través de grupos laterales, están enlazados a la
cadena de hidrocarburo principal, lineal o ramificada, y libre de
uniones de glucósido. Como es conocido, las uniones glicósido son
uniones éter, divisible mediante hidrólisis, que derivan de la
policondensación de monosacáridos, que están típicamente presentes
en polisacáridos tales como almidón y celulosa.
En la presente descripción y reivindicaciones,
mediante "grupos hidrofílicos" se indican grupos que son
capaces de unir moléculas de agua mediante uniones hidrógeno.
Según una realización preferida, dichos grupos
hidrofílicos pueden seleccionarse, por ejemplo, a partir de:
- grupos hidroxil -OH;
- grupos carboxílicos -COOH, posiblemente al
menos parcialmente en forma de sal;
- grupos éster -COOR (R= alquil o
hidroxialquil);
- grupos amida -CONH_{2};
- grupos sulfónicos -SO_{3}H, posiblemente al
menos parcialmente en forma de sal.
Preferentemente, los polímeros hidrofílicos (d)
según la presente invención son capaces de absorber al menos 0,1% en
peso de agua basado en el peso del polímero, después de una
exposición de 24 horas en un ambiente que tiene una humedad relativa
del 50% a una temperatura de 24ºC (medida según estándar ASTM
D570).
Preferentemente, los polímeros hidrofílicos (d)
según la presente invención son productos termoplásticos que tienen
una temperatura de fusión inferior a 230ºC, preferentemente entre
200ºC y 130ºC.
Según una realización preferida, los polímeros
hidrofílicos (d) pueden seleccionarse, por ejemplo, entre: ácido
poliacrílico, ácido polimetarcrílico, polihidroxialquilacrilato,
polialquilacrilato, poliacrilamida, copolímeros acrilamida/ácido
acrílico, polivinilalcohol, polivinilacetato, copolímeros
vinilalcohol/vinilacetato, copolímeros etileno/vinila-
cetato, copolímeros etileno/vinilalcohol, terpolímeros etileno/vinilacohol/vinilacetato, ácido polivinil-sulfónico, sulfonato de poliestireno, o mezclas de los mismos.
cetato, copolímeros etileno/vinilalcohol, terpolímeros etileno/vinilacohol/vinilacetato, ácido polivinil-sulfónico, sulfonato de poliestireno, o mezclas de los mismos.
Según una realización particularmente preferida,
dichos polímeros hidrofílicos (d) comprenden unidades repetitivas
que tienen la siguiente fórmula (II):
(II)---
CH_{2} ---
\delm{C}{\delm{\para}{OH}}H ---
con una distribución aleatoria o en
bloque a lo largo de la
cadena.
Esta clase preferida de polímeros hidrofílicos
(d) engloba: polivinialcohol, copolímeros etileno/vinilalcohol,
terpolímeros etileno/vinilalcohol/vinilacetato. También pueden
usarse polímeros donde los grupos de la fórmula (II) han sido
modificados al menos parcialmente, por ejemplo mediante acetilación
parcial mediante aldehídos alifáticos (como se describe, por
ejemplo, en la patente US 4 002 796).
Los siguientes polímeros hidrofílicos (d) son
particularmente preferidos:
(i) polímeros vinilalcohol, obtenidos mediante
hidrólisis de polivinilacetato, con un grado de hidrólisis
comprendido entre 50 mol% y 100 mol%, preferentemente entre 70 mol%
y 90 mol%;
(ii) copolímeros etileno/vinilalcohol que tienen
un contenido de unidades de etileno generalmente comprendido entre
20 mol% y 60 mol%, preferentemente entre 25 mol% y 50 mol%.
Ejemplos de copolímeros del tipo (i) que pueden
utilizarse en la presente invención y que se hallan actualmente
disponibles comercialmente son los productos Mowiol® de Clariant,
Gohsenol® de Nipón Gohsei, Elvanol® de Du Pont, Airvol® de Air
Products.
Ejemplos de copolímeros del tipo (ii) que pueden
usarse en la presente invención y que se hallan actualmente
disponibles comercialmente son los productos Soarnol® de
Atochem.
Respecto a los ésteres de ácidos grasos (e), el
ácido graso saturado puede seleccionarse, por ejemplo, entre: ácido
cáprico, ácido láurico, ácido mirístico, ácido palmítico, ácido
esteárico, ácido 12-hidroxiesteárico, ácido
behénico, o mezclas de los mismos. Se prefiere el ácido
esteárico.
El ácido graso insaturado puede seleccionarse,
por ejemplo, entre: ácido undecilénico, ácido oléico, ácido erúcico,
ácido sórbico, ácido linoléico, ácido linolénico, ácido
araquidónico, ácido propiólico, ácido estearólico, o mezclas de los
mismos.
El alcohol polihídrico puede seleccionarse, por
ejemplo, entre: etilen glicol, dietilen glicol, trietilen glicol,
propilen glicol, dipropilen glicol, butanediol, pentanediol,
hexanediol, glicerina, diglicerina, triglicerina, pentaeritritol,
sorbitán, sorbitol, manitol, o mezclas de los mismos. Se prefiere la
glicerina.
Ejemplos de ésteres de ácidos grasos (e) que
pueden usarse en la presente invención y que actualmente están
disponibles comercialmente son los productos de Ligalub® dePeter
Greven Fett-Chemie.
Los aditivos reductores de la viscosidad de
elongación descritos con anterioridad pueden añadirse a la
composición elastomérica según la presente invención como tales o
dispersos en un transportador polimérico de forma de obtener un
producto en forma subdividida (ver, por ejemplo, la Solicitud de
Patente Internacional WO 02/083783 a nombre del mismo
solicitante).
Según una realización preferida, el aditivo
reductor de la viscosidad de elongación está presente en la
composición elastomérica en una cantidad de entre 0,1 phr a 10 phr,
preferentemente de 2 phr a 5 phr.
Para los propósitos de la presente descripción y
de las reivindicaciones, el término "phr" indica las partes en
peso de un componente dado de la composición elastomérica por 100
partes en peso del polímero elastomérico.
La composición elastomérica según la presente
invención, también comprende al menos un polímero elastomérico
dieno (f) que puede seleccionarse entre aquellos comúnmente
utilizados en composiciones elastoméricas reticulables por sulfuro,
que son particularmente adecuadas para producir neumáticos, es decir
de polímeros o copolímeros elastoméricos con una cadena insaturada
que tiene una temperatura de transición a vidrio (Tg) generalmente
por debajo de 20ºC, preferentemente en el rango de 0ºC a -90ºC.
Estos polímeros o copolímeros pueden ser de origen natural o pueden
obtenerse mediante polimerización de la solución, polimerización de
la emulsión o polimerización de la fase gase de una o más diolefinas
conjugadas, opcionalmente mezcladas con al menos un comonómero
seleccionado entre monovinilarenas y/o comonómeros polares en una
cantidad de no más de 60% en peso.
Las diolefinas conjugadas generalmente contienen
de 4 a 12, preferentemente de 4 a 8 átomos de carbono, y pueden
seleccionarse, por ejemplo, del grupo que comprende:
1,3-utadieno, isopreno,
2,3-dimetil-1,3-butadieno,
1,3-pentadieno, 1,3-hexadieno,
3-butil-1,3-octadieno,
2-fenil-1,3-butadieno,
o mezclas de los mismos. 1,3-butadieno e isopreno
son particularmente preferidos.
Monovinilarenos que opcionalmente pueden usarse
como comonómeros generalmente contienen de 8 a 20, preferentemente
de 8 a 12 átomos de carbono, y pueden seleccionarse, por ejemplo,
entre: estireno, 1-vinilnaftaleno;
2-vinilnaftaleno, 3-metilestireno,
4-propilestireno,
4-ciclohexilestireno,
4-dodecilestireno,
2-etil-4-benzilestireno,
4-o-tolilestireno,
4-(4-fenilbutil)estireno, o mezclas de los
mismos. Se prefiere particularmente estireno.
Comonómeros polares que opcionalmente pueden
usarse se seleccionan, por ejemplo, entre: vinilpiridina,
vinilquinolina, ésteres de ácido acrílico y de ácido alquilacrílico,
nitrilos, o mezclas de los mismos, tales como, por ejemplo, metil
acrilato, etil acrilato, metil metacrilato, etil metacrilato,
acrilonitrilo, o mezclas de los mismos.
Preferentemente, el polímero elastomérico dieno
(f) que puede usarse en la presente invención puede seleccionarse,
por ejemplo, entre:
cis-1,4-poliisopreno (natural o
sintético, preferentemente caucho natural),
3,4-poliisopreno, polibutadieno (en particular
polibutadieno con un alto contenido 1,4-cis),
opcionalmente copolímeros halogenados isopreno/isobuteno,
copolímeros 1,3-butadieno/acrilonitrilo, copolímeros
estireno/1,3-butadieno, copolímeros
estireno/isopreno/1,3-butadieno, copolímeros
estireno/1,3-butadieno/acrilonitrilo, o mezclas de
los mismos.
La composición elastomérica según la presente
invención opcionalmente puede comprender al menos un polímero
elastomérico de uno o más monoolefinas con un comonómero olefínico o
derivados del mismo (g). Las monoolefinas pueden seleccionarse
entre: etileno y \alpha-olefinas, generalmente
conteniendo de 3 a 12 átomos de carbono, tales como, por ejemplo,
propileno, 1-buteno, 1-penteno,
1-hexeno, 1-octeno, o mezclas de los
mismos. Se prefieren los siguientes: copolímeros entre etileno y una
\alpha-olefina, opcionalmente con un dieno;
homopolímeros de isobuteno o copolímeros del mismos con pequeñas
cantidades de un dieno, que opcionalmente están al menos
parcialmente halogenados. El dieno opcionalmente presente
generalmente contiene de 4 a 20 átomos de carbono y preferentemente
se selecciona entre: 1,3-butadieno, isopreno,
1,4-hexadieno, 1,4-ciclohexano,
5-etilideno-2-norborneno,
5-metileno-2-norborneno,
vinilnorborneno, o mezclas de los mismos. Entre éstos, los
siguientes son particularmente preferidos: copolímeros
etileno/propileno (EPR) o copolímeros etileno/propileno/dieno
(EPDM); poliisobuteno; caucho butil; cauchos halobutil, en
particular cauchos clorobutil o bromobutil; o mezclas de los
mismos.
Un polímero elastomérico dieno (f) o un polímero
elastomérico (g) funcionalizado mediante reacción con adecuados
agentes terminales o agentes de acoplamiento también pueden
utilizarse. En particular, los polímeros elastoméricos dieno
obtenidos mediante polimerización aniónica en presencia de un
iniciador organometálico (en particular un iniciador organolitio)
puede funcionalizarse mediante la reacción de los grupos
organometálicos residuales derivados del iniciador con adecuados
agentes terminales o agentes de acoplamiento tales como, por
ejemplo, iminas, carbodiiminas, alquitin halidas, benzofenonas
sustituidas, alcoxisilanos o ariloxisilanos (ver por ejemplo, la
Patente Europea EP 451 604, o patentes US 4 742 124 y US 4 550
142).
\newpage
Puede añadirse ventajosamente al menos un
relleno de refuerzo a la composición elastomérica según la presente
invención, en una cantidad generalmente de entre 0,1 phr a 120 phr,
preferentemente de 20 phr a 90 phr. El relleno de refuerzo puede
seleccionarse a partir de aquellos comúnmente utilizados para
productos fabricados reticulados, en particular para neumáticos,
tales como, por ejemplo, negro de carbón, sílice, alúmina,
aluminosilicatos, carbonato de calcio, caolín, o mezclas de los
mismos.
Los tipos de negro de carbón que pueden
utilizarse según la presente invención pueden seleccionarse entre
aquellos convencionalmente utilizados en la producción de neumático,
teniendo generalmente un área de superficie de no menos de 20
m^{2}/g (determinado mediante absorción CTAB como se describe en
el estándar ISO 6810).
El sílice que puede usarse según la presente
invención generalmente puede ser un sílice pirogénico o,
preferentemente, un sílice precipitado, con un área de superficie
BET (medida según el estándar ISO 5794/1) de entre 50 m^{2}/g a
500 m^{2}/g, preferentemente de 70 m^{2}/g a 200 m^{2}/g.
Cuando está presente un relleno de refuerzo que
comprende sílice, la composición elastomérica puede incorporar
ventajosamente al menos un agente de acoplamiento capaz de
interactuar con la sílice y de unirla al polímero elastomérico dieno
durante la vulcanización.
Los agentes de acoplamiento que se utilizan
preferentemente son aquellos basados en silano que pueden
identificarse, por ejemplo, mediante la siguiente fórmula
estructural (III):
(III)(R)_{3}Si-C_{n}H_{2n}-X
en la cual los grupos R, que pueden
ser idénticos o diferentes, se seleccionan de: grupos alquil, alcoxi
o ariloxi de átomos halógenos, bajo la condición de que al menos
uno de los grupos R es un grupo alcoxi o ariloxi; n es un entero
entre 1 y 6 inclusive; X es un grupo seleccionado entre: nitroso,
mercapto, amino, epóxido, vinil, imida, cloro,
-(S)_{m}C_{n}H_{2n}-Si-(R)_{3} en el cual m y n son enteros entre 1 y 6 inclusive y los grupos R se definen como con anterioridad.
-(S)_{m}C_{n}H_{2n}-Si-(R)_{3} en el cual m y n son enteros entre 1 y 6 inclusive y los grupos R se definen como con anterioridad.
Entre los agentes de acoplamiento que son
particularmente preferidos están
bis(3-trietoxisililpropil) tetrasulfuro y
bis(3-trietoxisililpropil)disulfuro.
Dichos agentes de acoplamiento pueden utilizarse como tales o como
una mezcla adecuada con un relleno inerte (por ejemplo negro de
carbón) para facilitar su incorporación a la composición
elastomérica.
La composición elastomérica según la presente
invención puede vulcanizarse según técnicas conocidas, en particular
con sistemas de vulcanización basados en azufre comúnmente
utilizados para polímeros elastoméricos dieno.
El agente vulcanizador más ventajosamente
utilizado es azufre, o moléculas conteniendo azufre (donantes de
azufre), con aceleradores y activadores conocidos para aquellos
entendidos en la técnica.
Los activadores que son particularmente
efectivos son compuestos de zinc, y en particular ZnO, ZnCO_{3},
sales de zinc de ácidos grasos saturados o insaturados que contengan
de 8 a 18 átomos de carbono, tales como, por ejemplo, estearato de
zinc, que preferentemente se forman in situ en la composición
elastomérica a partir de ZnO y ácido graso, y también BiO, PbO,
Pb_{3}O_{4}, PbO_{2}, o mezclas de los mismos.
Los aceleradores que son comúnmente utilizados
pueden seleccionarse entre: ditiocarbamatos, guanidina, tiourea,
tiazoles, sulfenamidas, tiuramos, aminas, xantatos, o mezclas de los
mismos.
La composición elastomérica según la presente
invención puede comprender otros aditivos comúnmente usados
seleccionados sobre la base de la aplicación específica para la cual
se desea la composición. Por ejemplo, se puede añadir lo siguiente a
la composición: antioxidantes, agentes de antienvejecimiento,
adhesivos, agentes antiozono, resinas de modificación, fibras (por
ejemplo pulpa de Kevlar®), o mezclas de los mismos.
El procedimiento de preparación de una
composición elastomérica reticulable según la presente invención se
puede realizar de manera continua o discontinua.
Cuando dicho procedimiento se realiza de manera
continua, la mezcla del polímero elastomérico de dieno (f) con el
aditivo reductor de la viscosidad elongacional y con los otros
componentes opcionalmente presentes se realiza, por ejemplo, en
mezcladores continuos tal como un mezclador
Ko-Kneader (Buss) o en extrusores de doble tornillo
cogiratorios o de giro contrario o en extrusores de un único
tornillo.
Cuando el procedimiento se realiza de manera
discontinua, la mezcla del polímero elastomérico de dieno (f) con el
aditivo reductor de la viscosidad elongacional y con los otros
componentes opcionalmente presentes se realiza, por ejemplo, usando
un mezclador interno abierto tal como una muela abierta, o un
mezclador interno del tipo de rotores tangenciales (Banbury) o con
rotores de bloqueo mutuo (Intermix).
Durante la mezcla, la temperatura se mantiene
por debajo de un valor predeterminado para evitar el reticulado
prematuro de la composición. Para este fin, la temperatura se
mantiene generalmente por debajo de 170ºC, preferiblemente por
debajo de 150ºC, incluso más preferiblemente por debajo de 120ºC. En
lo que respecta al tiempo de mezcla, este puede variar en un rango
amplio, dependiendo principalmente de la composición específica de
la mezcla, en la presencia de rellenos de refuerzo y en el tipo de
mezclador usado. En general, un tiempo de mezcla de más de 10
segundos, preferiblemente entre 30 segundos y 35 minutos es
suficiente para obtener una composición homogénea.
La presente invención se ilustrará ahora con
mayor detalle mediante un número de realizaciones ilustrativas con
referencia a la figura 1 adjunta, que es una vista en sección
transversal de una porción de un neumático fabricado según la
invención.
Con referencia a la figura 1, el neumático (101)
esencialmente comprende una estructura de carcasa (102) que tiene al
menos una primera tela de carcasa (103) formada en una configuración
substancialmente toroidal y acoplada, media sus bordes
circunferencialmente opuestos, a un par de estructuras anulares no
extensibles (104) comúnmente conocidas como "cables de talón",
las cuales, una vez que el neumático está terminado, se ubican en la
zona usualmente denominada como el talón. Los bordes laterales
opuestos de la antes mencionada tela de carcasa (103) están
acoplados con respectivos cables de talón (104). Alternativamente,
el acoplamiento entre la tela de carcasa (103) y los cables de talón
(104) puede lograrse mediante el plegado hacia atrás de los bordes
laterales opuestos de la tela de carcasa (103) alrededor de los
cables de talón (104), para formar los pliegues de carcasa antes
mencionados (no mostrados en la figura 1).
La tela de carcasa (103) consiste generalmente
en una pluralidad de cuerdas de refuerzo dispuestas paralelas unas
respecto a otras y al menos parcialmente revestidas con una capa de
material elastomérico. Estas cuerdas de refuerzo usualmente están
hechas de fibras textiles, por ejemplo, rayón, nylon o tereftalato
de polietileno, o de cables de acero que se enroscan juntos,
revestidos con una aleación de metal (por ejemplo, aleaciones de
cobre/zinc, zinc/manganeso o zinc/molibdeno/cobalto, y
similares).
La tela de carcasa (103) usualmente es de tipo
radial, es decir que incorpora cuerdas de refuerzo dispuestas en
dirección substancialmente perpendicular relativa a una dirección
circunferencial.
Una estructura de cintura (105) que comprende
una o más bandas de cintura (106a), (106b) y (107), se aplica a la
estructura de carcasa (102), en una posición circunferencialmente
externa. En la realización específica de la figura 1, la estructura
de cintura (105) comprende dos bandas de cintura (106a) y (106b),
que incorporan una pluralidad de cuerdas de refuerzo, típicamente
cuerdas metálicas, paralelas entre sí en cada banda y oblicuas
respecto a la banda adyacente, orientadas para formar un ángulo
predeterminado respecto a una dirección circunferencial. La
estructura de cintura (105) puede comprender opcionalmente al menos
una capa de refuerzo (107) a 0º, comúnmente conocida como una
"cintura de 0º", ubicada sobre la banda de cintura radialmente
más exterior (106b), que generalmente incorpora una pluralidad de
cuerdas de refuerzo, típicamente cuerdas textiles, dispuestas en un
ángulo de unos pocos grados respecto a una dirección
circunferencial, revestidas y soldadas juntas mediante un material
elastomérico.
Una banda de rodadura (108) se superpone
circunferencialmente a la estructura de cintura (105) y sobre ella,
después de una operación de moldeado llevada a cabo de forma
concomitante con el curado del neumático, se realizan ranuras
longitudinales y/o transversales (108) dispuestas para definir un
"modelo de banda de rodadura" deseado.
El neumático (100) también comprende un par de
flancos (109) aplicados lateralmente a los lados opuestos de la
estructura de carcasa (102). Una banda hecha de material
elastomérico (no mostrada en la figura 1) comúnmente conocida como
"mini-flanco" opcionalmente puede estar
presente en la zona de conexión entre los flancos (109) y la banda
de rodadura (108), que generalmente se obtiene mediante
co-extrusión con la banda de rodadura y que hace
posible mejorar la interacción mecánica entre la banda de rodadura
(108) y los flancos (109).
En el caso de neumáticos sin cámara, también
puede proporcionarse una capa de revestimiento adicional (no
mostrada en la figura 1) en una posición radialmente interna
respecto a la tela de carcasa (103), sobre la capa de revestimiento
(110) según la presente invención. Esta capa de revestimiento
adicional puede asegurar más la impermeabilidad a un fluido para el
hinchado del neumático cuando este neumático se instala sobre una
llanta y se hincha.
La presente invención se ilustrará además a
continuación mediante un número de ejemplos de preparación, que se
dan estrictamente con propósitos indicativos y sin ninguna
limitación de esta invención.
Ejemplos
1-3
Se prepararon las composiciones elastoméricas
dadas en la Tabla 1 (las cantidades de los diferentes compuestos se
expresan en phr) como sigue.
Todos los ingredientes, excepto el azufre y los
aceleradores, se mezclaron en un mezclador interno (modelo Pomini PL
1.6) durante aproximadamente 5 minutos (1º etapa). Tan pronto como
se alcanzó la temperatura de 145\pm5º, la composición elastomérica
se descargó. El azufre y los aceleradores se añadieron entonces y se
llevó a cabo el mezclado en un mezclador molino abierto equipado con
cilindros (2º etapa).
\newpage
Se midió la viscosidad de Mooney ML (1+4), según
el estándar ISO 289/1, sobre las composiciones reticuladas
obtenidas como se describió con anterioridad. Los resultados
obtenidos se dan en la Tabla 2.
Dichas composiciones elastoméricas se sometieron
también a un análisis reométrico MDR usando un reómetro MDR de
Monsanto, realizándose las pruebas a 170ºC durante 20 minutos, con
una frecuencia de oscilación de 1,66 Hz (100 oscilaciones por
minuto) y una amplitud de oscilación de \pm5ºC (propiedades de
curado). Se midieron las propiedades mecánicas estáticas según el
estándar ISO 37 así como la dureza en grados IRHD a 23ºC y a 100ºC
según el estándar ISO 48 sobre muestras de dichas composiciones
elastoméricas reticuladas a 170ºC durante 10 minutos. Los resultados
obtenidos se dan en la Tabla 2.
También en la Tabla 2 se dan las propiedades
mecánicas medidas utilizando un dispositivo dinámico Instron en el
modo tracción-compresión según los siguientes
procedimientos. Una pieza de prueba del material reticulado que
tiene una forma cilíndrica (longitud= 25 mm; diámetro= 14 mm)
compresión-precargada hasta un 10% de la deformación
longitudinal respecto a la longitud inicial y mantenida a la
temperatura prefijada (23ºC o 70ºC) para la duración total de la
prueba, se sometió a una tensión dinámica sinusoidal con una
amplitud de \pm3,33% respecto a la longitud bajo
pre-carga, con una frecuencia de 100Hz. Las
propiedades mecánicas dinámicas se han expresado en términos de
valores de módulos elásticos dinámicos (E') y tandelta (factor de
pérdida). Como se sabe, el valor tandelta se calcula como una
relación entre el módulo viscoso (E'') y el módulo elastico (E'),
determinándose ambos con las mediciones dinámicas anteriores.
También se dan en la Tabla 2 las viscosidades de
elongación medidas según el estándar ASTM D5099-93
como sigue.
Las composiciones obtenidas como se ha descrito
con anterioridad se sometieron a análisis geométrico capilar
utilizando un reómetro Göttfert de laboratorio tipo Rheograph 6000
equipado con tres capilares que tienen 1 mm de diámetro interno y
diferentes longitudes: 10 mm, 20 mm y 30 mm, respectivamente. Con
este propósito, las piezas de prueba de la composición con una forma
cilíndrica (longitud= 50 cm; diámetro= 6 mm) se obtuvieron mediante
extrusión utilizando un extrusor Bandera de laboratorio de tipo
Garvey que tiene una relación longitud/diámetro L/D = 10 y una
velocidad de doble tornillo de 80 rpm. El extrusor se estabilizó
térmicamente a 90ºC.
Las piezas de pruebas obtenidas, tres para cada
composición elastomérica, se empujaron mediante un pistón en los
tres capilares, funcionando a una temperatura de 120ºC, a una tasa
de cizalladura predeterminada (los valores de tasa de cizalladura
(s^{-1}) se dan en la Tabla 2); se midió la velocidad de
elongación y el promedio de las tres mediciones se da en la Tabla
2.
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(Tabla pasa a página
siguiente)
Ejemplos
4-6
Las composiciones elastoméricas dadas en la
Tabla 3 (las cantidades de los distintos componentes se expresan en
phr) se prepararon mezclando juntos el polímero elastomérico (NR),
el negro de carbón (N375) y la resina fenólica en un mezclador
tangencial interno durante aproximadamente 5 minutos, alcanzando una
temperatura final de aproximadamente 150ºC. A continuación, dichas
composiciones de descargaron del mezclador interno, se introdujeron
en un mezclador de molino abierto de laboratorio y se añadieron los
otros componentes (dados en la Tabla 3): la totalidad se mezcló
durante aproximadamente 3 minutos a 100ºC.
La viscosidad de Mooney ML(1+4), el
análisis geométrico MDR (propiedades de curado), las propiedades
mecánicas estáticas, así como las viscosidades de elongación, se
midieron actuando como se describe en los Ejemplos
1-3. Los resultados obtenidos se dan en la Tabla
4.
Las composiciones elastoméricas del Ejemplo 1
(sin aditivo reductor de la viscosidad de elongación) y del Ejemplo
2 (según la presente invención) se alimentaron en un extrusor de
tornillo único que tiene un diámetro nominal de tornillo de 70 mm y
una relación L/D de 8,4, operando a una temperatura de extrusión de
130ºC, a una tasa de cizalladura de 5000 s^{-1}. Se obtuvieron
bandas de 25 mm de ancho y 3 mm de grosor, que presentaban:
- bordes irregulares y superficie rugosa en el
caso del Ejemplo 1;
- bordes regulares y superficie lisa en el caso
del Ejemplo 2.
La banda obtenida utilizando la composición
elastomérica del Ejemplo 2 se utilizó para realizar un neumático
mediante un procedimiento según la presente invención.
Claims (57)
1. Procedimiento para producir un neumático, que
incluye:
- alimentar una composición elastomérica en un
extrusor;
- formar mediante extrusión dicha composición
elastomérica como un elemento alargado continuo;
- depositar dicho elemento alargado continuo
sobre un soporte en una pluralidad de vueltas para construir un
elemento estructural de un neumático;
donde la etapa de formación se lleva a cabo a
una tasa de cizalladura de al menos 1000s-1 y la
composición elastomérica comprende al menos un aditivo reductor de
la viscosidad de elongación en una cantidad de forma tal que la
viscosidad de elongación de dicha composición elastomérica, medida a
120ºC, a la tasa de cizalladura de la etapa de formación, es al
menos 10% inferior respecto a la viscosidad de elongación, medida en
las mismas condiciones, de la composición elastomérica carente de
dicho aditivo.
2. Procedimiento para producir un neumático
según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que
la viscosidad de elongación de la composición elastomérica, medida a
120ºC, a la tasa de cizalladura de la etapa de formación, es 15%
inferior respecto a la viscosidad de elongación, medida en las
mismas condiciones, de la composición elastomérica carente de dicho
aditivo.
3. Procedimiento para producir un neumático
según la reivindicación 1 o 2, caracterizado por el hecho de
que la viscosidad de elongación de la composición elastomérica,
medida a 120ºC, a la tasa de cizalladura de la etapa de formación,
no es inferior al 50% respecto a la viscosidad de elongación, medida
en las mismas condiciones, de la composición elastomérica carente de
dicho aditivo.
4. Procedimiento para producir un neumático
según cualquiera de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado por el hecho de que el soporte es un soporte
rotativo.
5. Procedimiento para producir un neumático
según cualquiera de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado por el hecho de que el soporte es un soporte
rígido.
6. Procedimiento para producir un neumático
según la reivindicación 5, caracterizado por el hecho de que
el soporte rígido tiene una forma toroidal.
7. Procedimiento para producir un neumático
según cualquiera de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado por el hecho de que el procedimiento se lleva a
cabo con una relación de estiramiento (K) mayor de 1.
8. Procedimiento para producir un neumático
según la reivindicación 7, caracterizado por el hecho de que
la relación de estiramiento (K) es mayor de 1,5.
9. Procedimiento para producir un neumático
según cualquiera de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado por el hecho de que la etapa de formación se
lleva a cabo con una tasa de cizalladura de entre 2000 s^{-1} y
8000 s^{-1}.
10. Procedimiento para producir un neumático
según la reivindicación 9, caracterizado por el hecho de que
la etapa de formación se lleva a cabo con una tasa de cizalladura de
entre 4000 s^{-1} y 6000 s^{-1}.
11. Procedimiento para producir un neumático
según cualquiera de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado por el hecho de que el aditivo reductor de la
viscosidad de elongación se selecciona entre:
(a) ésteres glicidil de un ácido carboxílico
\alpha-ramificado que contiene de 6 a 22 átomos de
carbono;
(b) ceras poliolefinas;
(c) copolímeros de etileno con al menos una
\alpha-olefina alifática, y opcionalmente un
polieno;
(d) polímeros termoplásticos que tienen una
cadena principal hidrocarburo a la cual se unen grupos
hidrofílicos;
(e) ésteres ácidos grasos derivados de al menos
un ácido graso saturado o insaturado que tiene de 8 a 24 átomos de
carbono y al menos un alcohol polihídrico que tiene de 2 a 6 átomos
de carbono.
12. Procedimiento para producir un neumático
según la reivindicación 11, caracterizado por el hecho de que
los ésteres glicidil (a) se seleccionan de aquellos que tienen la
siguiente fórmula general (I):
donde los grupos R, iguales o
diferentes entre sí, representan hidrógeno o grupos alifáticos
lineales o ramificados, con la provisión de que los grupos R tienen
un número total de átomos de carbono de 6 a
18.
13. Procedimiento para producir un neumático
según la reivindicación 11, caracterizado por el hecho de que
las ceras de poliolefinas (b) se seleccionan de homopolímeros de una
\alpha-olefina o copolímeros de al menos dos
\alpha-olefinas tales como, etileno, propileno,
1-buteno, 1-hexeno,
4-metil-1-penteno,
1-deceno, o mezclas de los mismos, que tienen una
viscosidad intrínseca (\eta), medida a 135ºC en decalín, de entre
0,03 dl/g a 1,0 dl/g.
14. Procedimiento para producir un neumático
según la reivindicación 13, caracterizado por el hecho de que
las ceras de poliolefinas (b) tienen un índice de distribución de
peso molecular (MWD) de menos de 5.
15. Procedimiento para producir un neumático
según la reivindicación 13 o 14, caracterizado por el hecho
de que las ceras de poliolefinas (b) tienen un número promedio de
peso molecular de menos de 4000.
16. Procedimiento para producir un neumático
según cualquiera de las reivindicaciones 13 a 15,
caracterizado por el hecho de que las ceras de poliolefinas
(b) tienen un punto de fusión (T_{m}) de menos de 140ºC.
17. Procedimiento para producir un neumático
según cualquiera de las reivindicaciones 13 a 16,
caracterizado por el hecho de que las ceras de poliolefinas
(b) tienen una viscosidad a 140ºC, medida según el estándar ASTM
D3236-88, de menos de 160 cps.
18. Procedimiento para producir un neumático
según cualquiera de las reivindicaciones 13 a 16,
caracterizado por el hecho de que las ceras de poliolefinas
(b) son cera de polietileno, o ceras de copolímero de etileno
\alpha-olefina.
19. Procedimiento para producir un neumático
según la reivindicación 11, caracterizado por el hecho de que
el copolímero de etileno (c) tiene un índice de distribución de peso
molecular (MWD) de menos de 5, y una entalpía de fusión
(\DeltaH_{m}) de no menos de 30 J/g.
20. Procedimiento para producir un neumático
según la reivindicación 19, caracterizado por el hecho de que
en el copolímero de etileno (c) la \alpha-olefina
alifática es una olefina de fórmula CH_{2}=CH-R,
en la cual R representa un grupo alquil lineal o ramificado que
contiene de 1 a 12 átomos de carbono.
21. Procedimiento para producir un neumático
según la reivindicación 20, caracterizado por el hecho de que
la \alpha-olefina alifática se selecciona de
propileno, 1-buteno, isobutileno,
1-penteno,
4-metil-1-penteno,
1-hexeno, 1-octeno,
1-odeceno, o mezclas de los mismos.
22. Procedimiento para producir un neumático
según la reivindicación 21, caracterizado por el hecho de que
la \alpha-olefina alifática es
1-octeno.
23. Procedimiento para producir un neumático
según cualquiera de las reivindicaciones 19 a 22,
caracterizado por el hecho de que el polieno es un dieno,
trieno o tetraeno conjugado o no conjugado.
24. Procedimiento para producir un neumático
según la reivindicación 23, caracterizado por el hecho de que
el polieno es un dieno.
25. Procedimiento para producir un neumático
según cualquiera de las reivindicaciones 19 a 24,
caracterizado por el hecho de que el copolímero de etileno
(c) tiene una densidad de entre 0,86 g/cm^{3} y 0,93
g/cm^{3}.
26. Procedimiento para producir un neumático
según cualquiera de las reivindicaciones 19 a 25,
caracterizado por el hecho de que el copolímero de etileno
(c) tiene un Índice de Flujo de Fusión (MFI), medido según el
estándar ASTM D1230-00, de entre 0,1 g/10 min y 35
g/10 min.
27. Procedimiento para producir un neumático
según cualquiera de las reivindicaciones 19 a 26,
caracterizado por el hecho de que el copolímero de etileno
(c) tiene un punto de fusión de no menos de 30ºC.
28. Procedimiento para producir un neumático
según la reivindicación 11, caracterizado por el hecho de que
en los polímeros hidrofílicos (d) los grupos hidrofílicos se
seleccionan de:
- grupos hidroxil -OH;
- grupos carboxílicos -COOH, posiblemente al
menos parcialmente en forma de sal;
- grupos éster -COOR (R= alquil o
hidroxialquil);
- grupos amida -CONH_{2};
- grupos sulfónicos -SO_{3}H, posiblemente al
menos parcialmente en forma de sal.
29. Procedimiento para producir un neumático
según la reivindicación 28, caracterizado por el hecho de que
los polímeros hidrofílicos (d) son capaces de absorber al menos 0,1%
en peso de agua basado en el peso del polímero, después de una
exposición de 24 horas en un ambiente que tiene una humedad relativa
del 50% a una temperatura de 24ºC (medida según estándar ASTM
D570).
30. Procedimiento para producir un neumático
según la reivindicación 28 o 29, caracterizado por el hecho
de que los polímeros hidrofílicos (d) tienen una temperatura de
fusión inferior a 230ºC.
31. Procedimiento para producir un neumático
según cualquiera de las reivindicaciones 28 a 30,
caracterizado por el hecho de que los polímeros hidrofílicos
(d) se seleccionan de: ácido poliacrílico, ácido polimetarcrílico,
polihidroxialquilacrilato, polialquilacrilato, poliacrilamida,
copolímeros acrilamida/ácido acrílico, polivinilalcohol,
polivinilacetato, copolímeros vinilalcohol/vinilacetato, copolímeros
etileno/ vinilacetato, copolímeros etileno/vinilalcohol,
terpolímeros etileno/vinilacohol/vinilacetato, ácido
polivinil-sulfónico, sulfonato de poliestireno, o
mezclas de los mismos.
32. Procedimiento para producir un neumático
según cualquiera de las reivindicaciones 28 a 31,
caracterizado por el hecho de que los polímeros hidrofílicos
(d) comprenden unidades repetitivas que tienen la siguiente fórmula
(II):
(II)---
CH_{2} ---
\melm{\delm{\para}{OH}}{C}{}---
con una distribución aleatoria o en
bloque a lo largo de la
cadena.
33. Procedimiento para producir un neumático
según cualquiera de las reivindicaciones 28 a 32,
caracterizado por el hecho de que los polímeros hidrofílicos
(d) se seleccionan de:
(i) polímeros vinilalcohol, obtenidos mediante
hidrólisis de polivinilacetato, con un grado de hidrólisis
comprendido entre 50 mol% y 100 mol%, preferentemente entre 70 mol%
y 90 mol%;
(ii) copolímeros etileno/vinilalcohol que tienen
un contenido de unidades de etileno generalmente comprendido entre
20 mol% y 60 mol%, preferentemente entre 25 mol% y 50 mol%.
34. Procedimiento para producir un neumático
según la reivindicación 11, caracterizado por el hecho de que
en los ésteres de ácidos grasos (e), los ácidos grasos saturados se
seleccionan de: ácido cáprico, ácido láurico, ácido mirístico, ácido
palmítico, ácido esteárico, ácido
12-hidroxiesteárico, ácido behénico, o mezclas de
los mismos.
35. Procedimiento para producir un neumático
según la reivindicación 11, caracterizado por el hecho de que
el ácido graso saturado es ácido esteárico.
36. Procedimiento para producir un neumático
según la reivindicación 11, caracterizado por el hecho de que
en los ésteres de ácidos grasos (e), ácido graso insaturado puede
seleccionarse de: ácido undecilénico, ácido oléico, ácido erúcico,
ácido sórbico, ácido linoléico, ácido linolénico, ácido
araquidónico, ácido propiólico, ácido estearólico, o mezclas de los
mismos.
37. Procedimiento para producir un neumático
según cualquiera de las reivindicaciones 34 a 36,
caracterizado por el hecho de que en los ésteres de ácidos
grasos (e), el alcohol polihídrico puede seleccionarse de: etilen
glicol, dietilen glicol, trietilen glicol, propilen glicol,
dipropilen glicol, butanediol, pentanediol, hexanediol, glicerina,
diglicerina, triglicerina, pentaeritritol, sorbitán, sorbitol,
manitol, o mezclas de los mismos.
38. Procedimiento para producir un neumático
según la reivindicación 37, caracterizado por el hecho de que
el alcohol polihídrico es glicerina.
39. Procedimiento para producir un neumático
según cualquiera de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado por el hecho de que el aditivo reductor de la
viscosidad de elongación está presente en la composición
elastomérica en una cantidad de entre 0,1 phr a 10 phr.
40. Procedimiento para producir un neumático
según la reivindicación 39, caracterizado por el hecho de que
el aditivo reductor de la viscosidad de elongación está presente en
la composición elastomérica en una cantidad de entre 2 phr a 5
phr.
41. Procedimiento para producir un neumático
según cualquiera de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado por el hecho de que la composición elastomérica
comprende al menos un polímero elastomérico dieno (f).
42. Procedimiento para producir un neumático
según la reivindicación 41, caracterizado por el hecho de que
el polímero elastomérico dieno (f) tiene una temperatura de
transición a vidrio (T_{g}) inferior a 20ºC.
43. Procedimiento para producir un neumático
según la reivindicación 42, caracterizado por el hecho de que
el polímero elastomérico dieno (f) puede seleccionarse, por ejemplo,
entre: cis-1,4-poliisopreno,
3,4-poliisopreno, polibutadieno, opcionalmente
copolímeros halogenados isopreno/isobuteno, copolímeros
1,3-butadieno/acrilonitrilo, copolímeros
estireno/1,3-butadieno, copolímeros
estireno/isopreno/1,3-butadieno, copolímeros
estireno/1,3-butadieno/acrilonitrilo, o mezclas de
los mismos.
44. Procedimiento para producir un neumático
según cualquiera de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado por el hecho de que la composición elastomérica
comprende al menos un polímero elastomérico de una o más
monoolefinas con un comonómero olefínico o derivados del mismo
(g).
45. Procedimiento para producir un neumático
según la reivindicación 44, caracterizado por el hecho de que
el polímero elastomérico (g) se selecciona de: copolímeros
etileno/propileno (EPR) o copolímeros etileno/propileno/dieno
(EPDM); poliisobuteno; caucho butil; cauchos halobutil, o mezclas de
los mismos.
46. Procedimiento para producir un neumático
según cualquiera de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado por el hecho de al menos un relleno de refuerzo
está presente, en una cantidad de entre 0,1 phr y 120 phr, en la
composición elastomérica.
47. Procedimiento para producir un neumático
según la reivindicación 46, caracterizado por el hecho de que
el relleno de refuerzo es negro de carbón.
48. Procedimiento para producir un neumático
según la reivindicación 46, caracterizado por el hecho de que
el relleno de refuerzo es sílice.
49. Procedimiento para producir un neumático
según la reivindicación 48, caracterizado por el hecho de que
está presente al menos un agente de acoplamiento.
50. Procedimiento para reducir la viscosidad de
elongación de una composición elastomérica que comprende añadir a
dicha composición elastomérica al menos un aditivo reductor de la
viscosidad de elongación en una cantidad tal que la viscosidad de
elongación de dicha composición elastomérica, medida a 120ºC, a una
tasa de cizalladura de 1000 s^{-1}, es al menos 10% inferior
respecto a la viscosidad de elongación, medida en las mismas
condiciones, de la composición elastomérica carente de dicho
aditivo.
51. Procedimiento para reducir la viscosidad de
elongación de una composición elastomérica según la reivindicación
50, caracterizado por el hecho de que la viscosidad de
elongación de la composición elastomérica, medida a 120ºC, a una
tasa de cizalladura de 1000 s^{-1}, es 15% inferior respecto a la
viscosidad de elongación, medida en las mismas condiciones, de la
composición elastomérica carente de dicho aditivo.
52. Procedimiento para reducir la viscosidad de
elongación de una composición elastomérica según la reivindicación
50 o 51, caracterizado por el hecho de que la viscosidad de
elongación de la composición elastomérica, medida a 120ºC, a una
tasa de cizalladura de 1000 s^{-1}, no es inferior al 50% respecto
a la viscosidad de elongación, medida en las mismas condiciones, de
la composición elastomérica carente de dicho aditivo.
53. Procedimiento para reducir la viscosidad de
elongación de una composición elastomérica según cualquiera de las
reivindicaciones 50 a 52, caracterizado por el hecho de que
el aditivo reductor de la viscosidad de elongación se define según
cualquiera de las reivindicaciones 11 a 40.
54. Procedimiento para reducir la viscosidad de
elongación de una composición elastomérica según cualquiera de las
reivindicaciones 50 a 53, caracterizado por el hecho de que
la composición elastomérica comprende al menos un polímero
elastomérico dieno (f) que se define según cualquiera de las
reivindicaciones 41 a 43.
55. Procedimiento para reducir la viscosidad de
elongación de una composición elastomérica según cualquiera de las
reivindicaciones 50 a 54, caracterizado por el hecho de que
la composición elastomérica comprende al menos un polímero
elastomérico de una o más monoolefinas con un comonómero olefínico o
derivados del mismo (g) que se define según la reivindicación
45.
56. Procedimiento para reducir la viscosidad de
elongación de una composición elastomérica según cualquiera de las
reivindicaciones 50 a 55, caracterizado por el hecho de que
la composición elastomérica comprende al menos un relleno de
refuerzo, en una cantidad entre 0,1 phr y 120 phr.
57. Procedimiento para reducir la viscosidad de
elongación de una composición elastomérica según la reivindicación
56, caracterizado por el hecho de que el relleno de refuerzo
se define según cualquiera de las reivindicaciones 47 a 49.
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