ES2313303T3 - Sistema plastificante para una composicion de caucho. - Google Patents

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Jean-Michel Favrot
Philippe Labrunie
Garance Lopitaux
Jean-Gabriel Royet
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Abstract

Composición de caucho a base de al menos un elastómero diénico, una carga de refuerzo, un sistema plastificante y un sistema de reticulación, caracterizado porque dicho sistema plastificante comprende (pce = partes en peso por cien de elastómero): - entre 5 y 35 pce de un aceite MES o TDAE; - entre 5 y 35 pce de una resina de polilimoneno.

Description

Sistema plastificante para una composición de caucho.
La presente invención se refiere a las composiciones de caucho destinadas fundamentalmente a la fabricación de neumáticos o de productos semi-terminados para neumáticos, la misma se relaciona más particularmente con los sistemas plastificantes utilizables para la plastificación de tales composiciones.
Las composiciones de caucho para neumáticos comprenden de manera conocida agentes plastificantes utilizados para la preparación o síntesis de ciertos elastómeros diénicos, para mejorar la capacidad de procesamiento de dichas composiciones en estado crudo así como algunas de sus propiedades de uso en estado cocido como por ejemplo, en el caso de bandas de rodamiento de neumáticos, su adherencia al suelo mojado o también su resistencia a la abrasión y a los pinchazos.
Desde hace mucho tiempo, son esencialmente los aceites derivados del petróleo y fuertemente aromáticos, conocidos con el nombre de aceites DAE (por "Distillate Aromatic Extracts"), losque han sido utilizados para cumplir esta función de agente plastificante. Muchos fabricantes de neumáticos, por razones medioambientales, prevén actualmente remplazar progresivamente estos aceites DAE por aceites de sustitución del tipo "no aromáticos", en particular por aceites llamados MES (por "Medium Extracted Solvates") o TDAE ("Treated Distillate Aromatic Extracts") que se caracterizan por un índice muy bajo de poliaromáticos (alrededor de 20 a 50 veces menos).
Los solicitantes han constatado que el reemplazo, en composiciones de caucho para neumático, de los aceites aromáticos DAE por estos aceites MES o TDAE se traducía de manera inesperada en una disminución de la resistencia a la abrasión y a los pinchazos de dichas composiciones, esta disminución pudiendo ser incluso redhibitoria para ciertas aplicaciones, fundamentalmente frente al problema de desconchado de las bandas de rodamiento de neumáticos.
El "desconchado" (en inglés "chipping" o "scaling") es un mecanismo de deterioro superficial conocido que corresponde a desgarraduras laminares superficiales - en forma de conchas - de la "goma" (o composición de caucho) constitutiva de las bandas de rodamiento, bajo ciertas condiciones agresivas de rodamiento. Este problema es encontrado fundamentalmente en neumáticos para vehículos que circulan fuera de carreteras o del tipo usado en construcción o ingeniería civil, que tienen que rodar en diferentes tipos de terrenos, para ciertos terrenos duros y relativamente agresivos; este ha sido descrito por ejemplo, así como algunas soluciones para remediarlo, en los documentos de patente EP-A-0 030 579 y FR-A-2 080 661 (o GB-A-1 343 487).
Siguiendo sus investigaciones, los solicitantes han descubierto que el reemplazo de una parte de estos aceites MES o TDAE por otro agente plastificante específico permitía no solo resolver el problema antes mencionado, sino, lo que es aún más sorprendente, mejorar también la resistencia a la abrasión y a los pinchazos de las composiciones de caucho que utilizan aceites convencionales aromáticos a título de agente plastificante.
En consecuencia, un primer objeto de la invención se refiere a una composición de caucho a base de al menos un elastómero diénico, una carga de refuerzo, un sistema plastificante y un sistema de reticulación, caracterizado porque dicho sistema plastificante comprende (pce = partes en peso por cien partes de elastómero):
-
entre 5 y 35 pce de un aceite MES o TDAE;
-
entre 5 y 35 pce de una resina de polilimoneno.
La invención tiene igualmente por objeto un procedimiento para preparar una composición de caucho con una resistencia mejorada a la abrasión y a los pinchazos, esta composición siendo a base de un elastómero diénico, de una carga de refuerzo, de un sistema plastificante y de un sistema de reticulación, dicho procedimiento comprendiendo las etapas siguientes:
\bullet
incorporar a un elastómero diénico, durante una primera etapa llamada "no productiva", al menos una carga de refuerzo y un sistema plastificante, mezclando termomecánicamente el conjunto, una o varias veces, hasta alcanzar una temperatura máxima comprendida entre 110ºC y 190ºC;
\bullet
enfriar el conjunto a una temperatura inferior a 100ºC;
\bullet
incorporar a continuación, durante una segunda etapa llamada "productiva", el sistema de reticulación;
\bullet
mezclar el conjunto hasta una temperatura máxima inferior a 110ºC,
y estando caracterizado porque dicho sistema plastificante comprende:
-
entre 5 y 35 pce de un aceite MES o TDAE;
-
entre 5 y 35 pce de una resina de polilimoneno.
La invención se refiere igualmente, en sí misma, a un sistema plastificante utilizable para la plastificación de una composición de caucho diénico, dicho sistema comprendiendo en combinación un aceite MES o TDAE y una resina de polilimoneno, así como la utilización de un sistema de este tipo para la plastificación de una composición de caucho diénico.
La invención tiene igualmente por objeto la utilización de una composición de acuerdo con la invención para la fabricación de un artículo terminado o de un producto semi-terminado de caucho destinado a cualquier sistema de contacto con el suelo del vehículo automotriz, tales como neumático, soporte interno de seguridad para neumático, rueda, resorte de caucho, articulación elastomérica, otro elemento de suspensión y anti-vibratorio.
La invención tiene particularmente por objeto la utilización de una composición de acuerdo con la invención para la fabricación de neumáticos o de productos semi-terminados de caucho destinados a estos neumáticos, estos productos semi-terminados siendo de preferencia seleccionados del grupo constituido por las bandas de rodamiento, las capas de armadura de corona, los flancos, las capas de armadura de carcasa, los cojinetes, los protectores, las subcapas, los bloques de caucho y otras gomas internas, fundamentalmente las gomas de desacoplamiento, destinadas a garantizar la unión o la interfase entre las zonas anteriormente citadas de los neumáticos.
La invención tiene más particularmente por objeto la utilización de una composición de acuerdo con la invención para la fabricación de una banda de rodamiento de neumático que presenta una resistencia mejorada a los pinchazos y al desconchado.
La invención tiene igualmente por objeto los propios artículos terminados y productos semi-terminados de caucho, en particular los neumáticos y productos semi-terminados para neumáticos, cuando estos comprenden una composición elastomérica conforme a la invención. Los neumáticos conformes a la invención están fundamentalmente destinados a vehículos de turismo como a vehículos de dos ruedas (moto, bicicleta), vehículos industriales seleccionados entre camionetas, "pesos-pesados" -es decir, metro, autobús, máquinas de transporte por carretera (camiones, tractores, remolques), vehículos que transitan fuera de carretera-, máquinas agrícolas o de ingeniería civil, aviones, otros vehículos de transporte o de mantenimiento.
La invención así como sus ventajas serán fácilmente comprendidas a la luz de la descripción y de los ejemplos de realización que aparecen más adelante.
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I. Mediciones y pruebas utilizadas
Las composiciones de caucho de acuerdo con la invención están caracterizadas, antes y después de la cocción, como es indicado a continuación.
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I-1. Plasticidad Mooney
Se utiliza un consistómetro oscilante tal como es descrito en la norma francesa NF T 43-005 (1991). La medición de plasticidad Mooney se hace de acuerdo con el principio siguiente: la composición en el estado crudo (es decir, antes de la cocción) es molida en un cámara cilíndrica calentada a 100ºC. Después de un minuto de precalentamiento, el rotor gira en el seno de la probeta a dos giros por minuto y se mide el par útil para mantener este movimiento después de 4 minutos de rotación. La plasticidad Mooney (ML 1+4) es expresada en "unidad Mooney" (UM, con 1 UM = 0.83 N.m).
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I-2. Tiempo de vulcanización
Las mediciones son efectuadas a 130ºC, conforme a la norma francesa NF T 43-005 (1991). La evolución del índice consistométrico en función del tiempo permite determinar el tiempo de vulcanización de las composiciones de caucho, estimado conforme a la norma citada anteriormente mediante el parámetro T5 (caso de un rotor grande), expresado en minutos, y definido como el tiempo necesario para obtener un aumento del índice consistométrico (expresado en UM) de 5 unidades por encima del valor mínimo medido para este índice.
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I-3. Dureza Shore A
La dureza Shore A de las composiciones después de la cocción es estimada conforme a la norma ASTMD 2240-86.
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I-4. Resistencia a los pinchazos y al desconchado
La resistencia a los pinchazos y al desconchado de las composiciones de caucho es evaluada a través de una prueba de rodamiento de neumáticos cuyas bandas de rodamiento están constituidas por dichas composiciones.
La prueba es realizada a velocidad de rodamiento moderada (inferior a 60 Km/h), en dos circuitos sucesivos:
-
un primer rodamiento en un circuito de tierra rocosa batida (rocas de gran granulometría), destinado a fragilizar la banda de rodamiento, en forma de pinchazos y otras agresiones superficiales de los panes de goma constitutivos de su modelado;
-
un segundo rodamiento en un circuito asfaltado ampliamente curvo, destinado a "revelar" el desconchado, después de la desgarradura de pedazos de caucho (en forma de conchas), según los planos fragilizados.
Después de la prueba de rodamiento, el estado de las bandas de rodamiento es evaluado por una parte visualmente (fotografías) mediante la atribución de una puntuación (según una escala de gravedad de 1 a 10), y por otra parte mediante la medición de la pérdida de peso. La resistencia al desconchado es finalmente estimada por una puntuación global relativa (base 100 en un producto de referencia).
II. Condiciones de realización de la invención
La composición de caucho de acuerdo con la invención, utilizable fundamentalmente para la fabricación de un neumático o de una banda de rodamiento de neumático, es a base de al menos un elastómero diénico, una carga de refuerzo, un sistema de reticulación y un sistema plastificante específico.
Por la expresión composición "a base de", es necesario entender una composición que comprende la mezcla y/o el producto de reacción de los diferentes constituyentes utilizados, algunos de esos constituyentes de base siendo susceptibles de, o destinados a, reaccionar entre sí, al menos en parte, durante diferentes fases de fabricación de la composición, en particular durante su reticulación o vulcanización.
En la presente descripción, salvo indicación expresa diferente, todos los porcentajes (%) indicados son % en masa.
II-1. Elastómero diénico
Por elastómero o caucho "diénico", debe ser comprendido de manera conocida un (entiéndase uno o varios) elastómero resultante al menos en parte (es decir, un homopolímero o un copolímero) de monómeros dienos (monómeros portadores de dos enlaces dobles carbono-carbono, conjugados o no).
Estos elastómeros diénicos pueden ser clasificados en dos categorías: "esencialmente no saturados" o "esencialmente saturados". Se entiende en general por "esencialmente no saturado", un elastómero diénico resultante al menos en parte de monómeros dienos conjugados, que tienen un índice de motivos o unidades de origen diénico (dienos conjugados) que es superior a 15% (% en moles); es así que elastómeros diénicos tales como los cauchos de butilo o los copolímeros de dienos y de alfa-olefinas tipo EPDM no entran en la definición anterior y pueden ser fundamentalmente calificados de elastómeros diénicos "esencialmente saturados" (índice de motivos de origen diénico débil o muy débil, siempre inferior a 15%). En la categoría de los elastómeros diénicos "esencialmente no saturados", se entiende en particular por elastómero diénico "fuertemente no saturado" un elastómero diénico con un índice de motivos de origen diénico (dienos conjugados) que es superior a 50%.
Estando dadas estas definiciones, se entiende más particularmente por elastómero diénico susceptible de ser realizado en las composiciones conformes a la invención:
(a)
\;
-
cualquier homopolímero obtenido por polimerización de un monómero dieno conjugado teniendo de 4 a 12 átomos de carbono;
(b)
\;
-
cualquier copolímero obtenido por copolimerización de uno o varios dienos conjugados entre sí o con uno o varios compuestos de vinilo aromático que tienen de 8 a 20 átomos de carbono;
(c)
\;
-
un copolímero ternario obtenido por copolimerización de etileno, de una \alpha-olefina teniendo 3 a 6 átomos de carbono con un monómero dieno no conjugado teniendo de 6 a 12 átomos de carbono, como por ejemplo los elastómeros obtenidos a partir de etileno, de propileno con un monómero dieno no conjugado del tipo citado anteriormente tal como fundamentalmente el hexadieno-1,4, el etilideno norborneno, el diciclopentadieno;
(d)
\;
-
un copolímero de isobuteno y de isopreno (caucho butilo), así como las versiones halogenadas, en particular cloradas o bromadas, de este tipo de copolímero.
Aunque esta se aplica a cualquier tipo de elastómero diénico, el especialista en neumático comprenderá que la presente invención es de preferencia realizada con elastómeros diénicos esencialmente no saturados, en particular del tipo (a) o (b) que aparece anteriormente.
A título de dienos conjugados convienen fundamentalmente el butadieno-1,3, el 2-metil-1,3-butadieno, los 2,3-di(alquilo en C_{1}-C_{5})-1,3-butadienos tales como por ejemplo el 2,3-dimetil-1,3-butadieno, el 2,3-dietil-1,3-butadieno, el 2-metil-3-etil-1,3-butadieno, el 2-metil-3-isopropil-1,3-butadieno, un aril-1,3-butadieno, el 1,3-pentadieno, el 2,4-hexadieno. A título de compuestos vinilo-aromáticos convienen por ejemplo el estireno, el orto-, meta-, para-metilestireno, la mezcla comercial "vinilo-tolueno", el para-terciobutilestireno, los metoxiestirenos, los cloroestirenos, el vinilmesitileno, el divinilbenceno, el vinilnaftaleno.
Los copolímeros pueden contener entre 99% y 20% en peso de unidades diénicas y entre 1% y 80% en peso de unidades vinilo-aromáticas. Los elastómeros pueden tener cualquier microestructura que esté en función de las condiciones de polimerización utilizadas, fundamentalmente de la presencia o no de un agente modificante y/o aleatorio y de las cantidades de agente modificante y/o aleatorio empleados. Los elastómeros pueden ser por ejemplo en bloques, estadísticos, secuenciados, microsecuenciados, y ser preparados en dispersión o en solución; pueden ser acoplados y/o marcados en forma de estrella o también funcionalizados con un agente de acoplamiento y/o de formación de estrella o de funcionalización.
Convienen los polibutadienos y en particular aquellos que tienen un contenido de unidades -1,2 comprendido entre 4% y 80% o aquellos que tienen un contenido de cis-1,4 superior a 80%, los poliisoprenos, los copolímeros de butadieno-estireno y en particular aquellos que tienen un contenido de estireno comprendido entre 5% y 50% en peso y más particularmente entre 20% y 40%, un contenido de enlaces -1,2 de la parte butadiénica comprendido entre 4% y 65%, un contenido de enlaces trans-1,4 comprendido entre 20% y 80%, los copolímeros de butadieno-isopreno y fundamentalmente aquellos que tienen un contenido de isopreno comprendido entre 5% y 90% en peso y una temperatura de transición vítrea (Tg, medida de acuerdo con ASTM D3418) de -40ºC a -80ºC, los copolímeros isopreno-estireno y fundamentalmente aquellos que tienen un contenido de estireno comprendido entre 5% y 50% en peso y una Tg comprendida entre -25ºC y -50ºC. En el caso de los copolímeros de butadieno-estrireno-isopreno convienen fundamentalmente aquellos que tienen un contenido de estireno comprendido entre 5% y 50% en peso y más particularmente comprendido entre 10% y 40%, un contenido de isopreno comprendido entre 15% y 60% en peso y más particularmente entre 20% y 50%, un contenido de butadieno comprendido entre 5% y 50% en peso y más particularmente comprendido entre 20% y 40%, un contenido de unidades -1,2 de la parte butadiénica comprendido entre 4% y 85%, un contenido de unidades trans-1,4 de la parte butadiénica comprendido entre 6% y 80%, un contenido de unidades -1,2 más -3,4 de la parte isoprénica comprendido entre 5% y 70% y un contenido de unidades trans-1,4 de la parte isoprénica comprendido entre 10% y 50%, y más generalmente cualquier copolímero butadieno-estireno-isopreno con una Tg comprendida entre -20ºC y -70ºC.
En resumen, el elastómero diénico de la composición conforme a la invención es seleccionado preferiblemente del grupo de los elastómeros diénicos fuertemente no saturados constituido por los polibutadienos (en abreviatura "BR"), los poliisoprenos (IR), el caucho natural (NR), los copolímeros de butadieno, los copolímeros de isopreno y las mezclas de esos elastómeros. Tales copolímeros son seleccionados más preferiblemente del grupo constituido por los copolímeros de butadieno-estireno (SBR), los copolímeros de isopreno-butadieno (BIR), los copolímeros de isopreno-estireno (SIR) y los copolímeros de isopreno-butadieno-estireno (SBIR).
De acuerdo con un modo de realización particular, el elastómero diénico es mayoritariamente (es decir por más de 50 pce) un SBR, trátese de un SBR preparado en emulsión ("E-SBR") o de un SBR preparado en solución ("S-SBR"), o una fusión (mezcla) SBR/BR, SBR/NR (o SBR/IR), o también BR/NR (o BR/IR). En el caso de un elastómero SBR, se utiliza fundamentalmente un SBR que tiene un contenido de estireno comprendido entre 20% y 30% en peso, un contenido de enlaces vinílicos de la parte butadiénica comprendido entre 15% y 65%, un contenido de enlaces trans-1,4 comprendido entre 15% y 75% y una Tg comprendida entre -20ºC y -55ºC; un SBR de este tipo puede ser ventajosamente utilizado en mezcla con un BR que posea preferiblemente más de 90% de enlaces cis-1,4.
De acuerdo con otro modo de realización particular, el elastómero diénico es mayoritariamente (por más de 50 pce) un elastómero isoprénico. Es el caso en particular cuando las composiciones de la invención son destinadas a constituir, en los neumáticos, las matrices de caucho de algunas bandas de rodamiento (por ejemplo para vehículos industriales), capas de armadura de corona (por ejemplo capas de trabajo, capas de protección o capas de aseguramiento), capas de armadura de carcasa, de flancos, de cojinetes, de protectores, de subcapas, de bloques de caucho y otras gomas internas que aseguran la interfase entre las zonas anteriormente citadas de los neumáticos.
Por "elastómero isoprénico", se entiende de manera conocida un homopolímero o un copolímero de isopreno, en otros términos un elastómero diénico seleccionado del grupo constituido por el caucho natural (NR), los poliisoprenos de síntesis (IR), los diferentes copolímeros de isopreno y las mezclas de estos elastómeros. Entre los copolímeros de isopreno, se citará en particular los copolímeros de isobuteno-isopreno (caucho butilo-IIR), de isopreno-estireno (SIR), de isopreno-butadieno (BIR) o de isopreno-butadieno-estireno (SBIR). Este elastómero isoprénico es de preferencia de caucho natural o un poliisopreno cis-1,4 de síntesis; entre esos poliisoprenos de síntesis, son utilizados de preferencia poliisoprenos con un índice (% molar) de enlaces cis-1,4 superior a 90%, más preferiblemente aún
superior a 98%.
De acuerdo con otro modo de realización particular, fundamentalmente cuando esta está destinada a un flanco de neumático, a una goma interior hermética de neumático sin cámara (u otro elemento impermeable al aire), la composición conforme a la invención puede contener al menos un elastómero diénico esencialmente saturado, en particular al menos un copolímero EPDM o un caucho butilo (eventualmente clorado o bromado), ya sean esos copolímeros utilizados solos o mezclados con elastómeros diénicos fuertemente no saturados tales como los citados anteriormente, fundamentalmente NR o IR, BR o SBR.
\newpage
De acuerdo con otro modo preferido de realización de la invención, la composición de caucho comprende una mezcla de un (uno o varios) elastómero diénico llamado "de alta Tg" que presenta una Tg comprendida entre -65ºC y -10ºC y de un (uno o varios) elastómero diénico llamado "de baja Tg" comprendida entre -110ºC y -80ºC, más preferiblemente entre -105ºC y -90ºC. El elastómero "de alta Tg" es seleccionado de preferencia del grupo constituido por los S-SBR, los E-SBR, el caucho natural, los poliisoprenos de síntesis (que presentan un índice de encadenamientos cis-1,4 de preferencia superior a 95%), los BIR, los SIR, los SBIR, y las mezclas de estos elastómeros. El elastómero de "baja Tg" comprende de preferencia unidades butadieno de acuerdo con un índice al menos igual a 70%; el mismo consiste de preferencia en un polibutadieno (BR) que presenta un índice de encadenamientos cis-1,4 superior a 90%.
De acuerdo con un modo particular de realización de la invención, la composición de caucho comprende por ejemplo de 40 a 100 pce, en particular de 50 a 100 pce, de un elastómero de alta Tg en mezcla con 0 a 60 pce, en particular de 0 a 50 pce, de un elastómero de baja Tg; de acuerdo con otro modo de realización, este comprende por ejemplo 100 pce de uno o varios copolímeros de estireno y de butadieno preparados en solución.
De acuerdo con otro modo particular de realización, la composición de caucho comprende al menos, a título de elastómero de alta Tg, un S-SBR que presenta una Tg entre -50ºC y -15ºC o al menos un E-SBR que presenta una Tg comprendida entre -65ºC y -30ºC.
De acuerdo con otro modo particular de realización de la invención, el elastómero diénico de la composición de acuerdo con la invención comprende una mezcla de un BR (como elastómero de baja Tg) que presenta un índice de encadenamientos cis-1,4 superior a 90%, con un S-SBR o un E-SBR (como elastómero de alta Tg).
Las composiciones de la invención pueden contener un solo elastómero diénico o una mezcla de varios elastómeros diénicos, el o los elastómeros diénicos pudiendo ser utilizados en asociación con cualquier tipo de elastómero sintético distinto al diénico, incluso con polímeros diferentes a los elastómeros, por ejemplo polímeros termoplásticos.
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II-2. Carga de refuerzo
Se puede utilizar cualquier tipo de carga de refuerzo conocida por sus capacidades para reforzar una composición de caucho utilizable para la fabricación de neumáticos, por ejemplo una carga orgánica como el negro de carbono, o también una carga inorgánica de refuerzo tal como la de sílice a la cual está asociado un agente de acoplamiento.
Como negros de carbono conviene cualquier de los negros de carbono, fundamentalmente los negros del tipo HAF, ISAF, SAF convencionalmente utilizados en los neumáticos (negros llamados de grado neumático). Entre estos últimos, citaremos particularmente a los negros de carbono de refuerzo de las series 100, 200 ó 300 (grados ASTM), como por ejemplo los negros N115, N134, N234, N326, N330, N339, N347, N375, o también, según las aplicaciones previstas, los negros de series más elevadas (por ejemplo N660, N683, N772).
Por "carga inorgánica de refuerzo", debe entenderse en este caso, de manera conocida, cualquier carga inorgánica o mineral, cualesquiera que sean su color y su origen (natural o de síntesis), también llamado carga "blanca", carga "clara" o también carga "no negra" ("non-black filler") a diferencia del negro de carbono, capaz de reforzarse ella misma, sin otro medio que un agente de acoplamiento intermedio, una composición de caucho destinada a la fabricación de neumáticos, en otros términos apta para reemplazar, en su función de refuerzo, a un negro de carbono convencional de grado neumático; una carga de este tipo se caracteriza generalmente, de manera conocida, por la presencia de grupos hidroxilo (-OH) en su superficie.
El estado físico bajo el cual se presenta la carga inorgánica de refuerzo es indiferente, ya sea en forma de polvo, en microperlas, en granulados, bolas o cualquier otra forma densificada apropiada. Por supuesto, por carga inorgánica de refuerzo se entiende igualmente mezclas de diferentes cargas inorgánicas de refuerzo, en particular cargas de sílice y/o de aluminio altamente dispersables tales como las descritas a continuación.
Como cargas inorgánicas de refuerzo convienen fundamentalmente cargas minerales del tipo sílice, en particular de sílice (SiO_{2}), o del tipo de aluminio, en particular de aluminio (Al_{2}O_{3}). La sílice utilizada puede ser cualquier sílice de refuerzo conocida por el especialista, fundamentalmente cualquier sílice precipitada o pirogenada que presenta una superficie BET así como una superficie específica CTAB ambas inferiores a 450 m^{2}/g, preferiblemente de 30 a 400 m^{2}/g. Como sílices precipitadas altamente dispersables (llamadas "HD"), se citan por ejemplo las sílices Ultrasil 7000 y Ultrasil 7005 de la sociedad Degussa, las sílices Zeosil 1165MP, 1135MP y 1115MP de la sociedad Rhodia, la sílice Hi-Sil EZ150G de la sociedad PPG, las sílices Zeopol 8715, 8745 y 8755 de la Sociedad Huber, las sílices tales como las descritas en la solicitud WO 03/016387. Como ejemplos de aluminios de refuerzo, se pueden citar los aluminios "Baikalox" "A125" o "CR125" de la sociedad Baikowski, "APA-100RDX" de Condea, "Aluminoxid C" de Degussa o "AKP-G015" de Sumitomo Chemicals.
A título de otros ejemplos de carga inorgánica susceptible de ser utilizada en las composiciones de caucho de la invención pueden ser también citados (óxido-)hidróxidos de aluminio, aluminosilicatos, óxidos de titanio, carburos o nitruros de silicio, todos del tipo de refuerzo tales como los descritos en las solicitudes WO 99/28376, WO 00/73372, WO 02/053634, WO 2004/003067, WO 2004/056915.
El especialista comprenderá que como carga equivalente a la carga inorgánica de refuerzo antes mencionada, pudiera ser utilizada una carga de refuerzo de otra naturaleza, fundamentalmente orgánica, ya que esta carga de refuerzo sería recubierta de una capa inorgánica tal como la sílice, o bien contendría en su superficie sitios funcionales, fundamentalmente hidroxilos, que necesiten la utilización de un agente de acoplamiento para establecer la conexión entre la carga y el elastómero.
Cuando las composiciones de la invención están destinadas a bandas de rodamiento de neumático con débil resistencia al rodamiento, la carga inorgánica de refuerzo utilizada, en particular si se trata de sílice, tiene preferiblemente una superficie BET comprendida entre 60 y 250 m^{2}/g, por ejemplo comprendida entre 80 y 230 m^{2}/g.
De manera preferida, el índice de carga de refuerzo total (negro de carbono y/o carga inorgánica de refuerzo) está comprendido entre 20 y 200 pce, más preferiblemente entre 30 y 150 pce (partes en peso por 100 partes de elastómero), lo óptimo siendo de manera conocida diferente según las aplicaciones particulares previstas: el nivel de refuerzo esperado en un neumático de bicicleta, por ejemplo, es seguramente bastante inferior al exigido para un neumático apto para rodar a grandes velocidades de manera sostenida, por ejemplo un neumático de motocicleta, un neumático para vehículo de turismo o para vehículo utilitario tal como Pesos pesado.
Para acoplar la carga inorgánica de refuerzo con el elastómero diénico, se utiliza un agente de acoplamiento (o agente de acoplamiento) al menos bifuncional destinado a garantizar una conexión suficiente, de naturaleza química y/o física, entre la carga inorgánica (superficie de sus partículas) y el elastómero diénico, en particular órgano-silanos o poliórgano-siloxanos bifuncionales.
Se utilizan fundamentalmente silanos polisulfurados, llamados "simétricos" o "asimétricos" de acuerdo con su estructura particular, tales como las descritas por ejemplo en las solicitudes WO03/002648 y WO03/002649.
Convienen en particular, sin que la definición que aparece a continuación sea limitativa, silanos polisulfurados llamados "simétricos" que responden a la fórmula general (I) siguiente:
(I)Z - A - S_{n} - A - Z,
en la cual:
-
\vtcortauna n es un número entero de 2 a 8 (de preferencia de 2 a 5);
-
\vtcortauna A es un radical hidrocarbonado divalente (de preferencia grupos alquileno en C_{1}-C_{18} o grupos arileno en C_{6}-C_{12,} más particularmente alquilenos en C_{1}-C_{10}, fundamentalmente en C_{1}-C_{4}, en particular el propileno);
-
\vtcortauna Z responde a una de las fórmulas que aparecen a continuación:
1
en las cuales:
-
\vtcortauna los radicales R^{1}, sustituidos o no sustituidos, idénticos o diferentes entre sí, representan un grupo alquilo en C_{1}-C_{18}, cicloalquilo en C_{5}-C_{18} o arilo en C_{6}-C_{18} (preferiblemente grupos alquilo en C_{1}-C_{6}, ciclohexilo o fenilo, fundamentalmente grupos alquilo de C_{1}-C_{4}, más particularmente el metilo y/o el etilo).
-
\vtcortauna los radicales R^{2}, sustituidos o no sustituidos, idénticos o diferentes entre sí, representan un grupo hidroxilo, alcoxilo de C_{1}-C_{18} o cicloalcoxilo de C_{5}-C_{18} (de preferencia un grupo seleccionado entre hidroxilo, alcoxilos en C_{1}-C_{8} y cicloalcoxilos en C_{5}-C_{8}, más preferiblemente también un grupo seleccionado entre hidroxilo y alcoxilos en C_{1}-C_{4}, en particular entre hidroxilo, metoxilo y etoxilo).
En el caso de una mezcla de alcoxisilanos polisulfurados que respondan a la fórmula (I) antes mencionada, fundamentalmente mezclas usuales disponibles comercialmente, el valor medio de las "n" es un número fraccionario preferiblemente comprendido entre 2 y 5, más preferiblemente próximo a 4. Pero la invención puede ser también ventajosamente implementada por ejemplo con alcoxisilanos disulfurados (n = 2).
Como ejemplos de silanos polisulfurados, citaremos más particularmente los polisulfuros (fundamentalmente disulfuros, trisulfuros o tetrasulfuros) de bis-(alcoxil(C_{1}-C_{4})-alquil(C_{1}-C_{4})silil-alquil(C_{1}-C_{4}), como por ejemplo los polisulfuros de bis(3-trimetoxisililpropil) o de bis(3-trietoxisililpropil). Entre estos compuestos, se utiliza en particular el tetrasulfuro de bis(3-trietoxisililpropil), en abreviatura TESPT, de fórmula [C_{2}H_{5}O)_{3}Si(CH_{2})_{3}S_{2}]_{2} o el disulfuro de bis-(trietoxisililpropilo), abreviado TESPD, de fórmula [(C_{2}H_{5}O)_{3}Si(CH_{2})_{3}S]_{2.} Se citarán igualmente como ejemplos preferenciales los polisulfuros (fundamentalmente disulfuros, trisulfuros o tetrasulfuros) de bis-(monoalcoxil(C_{1}-C_{4})-dialquil(C_{1}-C_{4})sililpropil), más particularmente el tetrasulfuro o disulfuro de bis-monoetoxidimetilsililpropil tales como los descritos en la solicitud de patente WO 02/083782.
A título de agente de acoplamiento diferente al alcoxisilano polisulfurado, se citará fundamentalmente los POS (poliórgano-siloxanos) bifuncionales o también los polisulfuros de hidroxilano (R^{2} = OH en la fórmula I que aparece anteriormente) tales como los descritos en las solicitudes de patente WO 02/30939 y WO 02/31041.
En las composiciones de caucho conformes con la invención, el contenido del agente de acoplamiento está preferiblemente comprendido entre 2 y 15 pce, más preferiblemente entre 4 y 12 pce (por ejemplo entre 3 y 8 pce). Pero en general es deseable utilizar de ello lo menos posible. Con respecto al peso de carga inorgánica de refuerzo, el índice de agente de acoplamiento representa típicamente entre 0,5 y 15% en peso con respecto a la cantidad de carga inorgánica de refuerzo. En el caso por ejemplo de bandas de rodamiento de neumáticos para vehículos de turismo, el agente de acoplamiento es utilizado con un índice preferiblemente inferior a 12%, incluso inferior a 10% en peso con respecto a esta cantidad de carga inorgánica de refuerzo.
El agente de acoplamiento podría ser previamente injertado en el elastómero diénico o en la carga inorgánica de refuerzo. Se prefiere, no obstante, fundamentalmente por razones de mejor aplicación de las composiciones en estado crudo, utilizar el agente de acoplamiento ya sea injertado en la carga inorgánica de refuerzo, o en estado libre (es decir, no injertado).
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II-3. Sistema plastificante
Las composiciones de caucho de la invención tienen como característica esencial utilizar un sistema plastificante que comprende al menos:
-
entre 5 y 35 pce de un aceite MES o TDAE
-
entre 5 y 35 pce de una resina de polilimoneno.
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Los aceites MES y TDAE son bien conocidos por el especialista, se remitirá por ejemplo a la publicación reciente KGK (Kautschuk Gummi Kunststoffe) 52, Jahrgang, No. 12/99, p.p. 799-805, titulada "Safe Process Oils for Tires with Low Enviromental Impact". Solicitudes de patentes que describen el empleo de tales aceites, en sustitución de aceites aromáticos convencionales, son por ejemplo EP-A-1 179 560 (o US 2002/0045697) o EP-A-1270 657.
El polilimoneno es por definición un homopolímero del limoneno o metil-1 isopropenil-4 ciclohexeno. Este se presenta como es conocido en forma de tres isómeros posibles: El L-limoneno (enantiómero levógiro), el D-limoneno (enantiómero dextrógiro), o bien el dipenteno, racémico de los enantiómeros dextrógiro y levógiro.
Las resinas de polilimoneno (se recuerda que el apelativo "resina" está reservado por definición a un compuesto sólido) son conocidas esencialmente por su aplicación como adhesivos en la industria alimentaria.
El índice de resina de polilimoneno debe comprender entre 5 y 35 pce. Por debajo del mínimo indicado, el efecto técnico previsto es insuficiente mientras que más allá de 35 pce, el poder adhesivo de las composiciones en estado crudo, en las herramientas de mezcla, se convierte en redhibitorio desde el punto de vista industrial. Por esta razón, el índice de resina de polilimoneno está preferiblemente comprendido en 5 y 25, más preferiblemente entre
5 y 20 pce.
El del aceite MES o TDAE está de preferencia comprendido entre 10 y 30 pce, más preferiblemente comprendido entre 10 y 25 pce, mientras que el índice de sistema plastificante total de la invención que contiene el aceite MES y/o TDAE y la resina de polilimoneno, está comprendido según un modo preferencial entre 15 y 45 pce, más preferiblemente entre 20 y 40 pce.
La resina de polilimoneno utilizada presenta al menos una (más preferiblemente el conjunto) de las características preferenciales siguientes:
-
una Tg superior a 40ºC (más particularmente superior a 50ºC);
-
una masa molecular media en número (Mn) comprendida entre 400 y 2000 g/mol;
-
un índice de polimolecularidad (Ip) inferior a 2 (relación: Ip = Mw/Mn con Mw masa molecular media en peso).
\newpage
También preferiblemente, la resina de polilimoneno presenta al menos una (más preferiblemente el conjunto) de las características preferenciales siguientes:
-
una Tg comprendida entre 50ºC y 120ºC (más particularmente entre 60ºC y 100ºC);
-
una masa molecular Mn comprendida entre 500 y 1000 g/mol;
-
un índice de polimolecularidad inferior a 1,8.
La temperatura de transición vítrea Tg es medida como se conoce mediante DSC (Differential Scanning Calorimetry), según la norma ASTM D3418 (1999). La macroestructura (Mw y Mn) del polilimoneno es determinada por cromatografía de exclusión estérica a la temperatura de 35ºC (solvente tetrahidrofurano según el índice de 1 ml/min; concentración 1 g/l; calibración en masa de poliestireno; detector constituido por un refractómetro diferencial).
Las resinas de polilimoneno están disponibles comercialmente, por ejemplo vendidas:
-
por la sociedad DRT bajo la denominación "Dercolyte L120" (Mn=625 g/mol; Mw = 1010 g/mol; Ip = 1,6; Tg = 72ºC);
-
por la sociedad ARIZONA bajo la denominación "Silvagum TR7125C" (Mn = 630 g/mol; Mw = 950 g/mol; Ip = 1,5; Tg = 70ºC).
Estas igualmente pueden ser preparadas de acuerdo con los procedimientos conocidos, como por ejemplo: Se pesa en una caja de guantes, bajo atmósfera inerte, 0,42 g de AlCl_{3} que se coloca en una botella "Steinie" bajo nitrógeno. Se introduce entonces en esta botella 50 ml de tolueno anhidro, después 50 ml de D-limoneno puro (enantiómero dextrógiro) después se coloca la botella bajo agitación en un baño termostático a 25ºC, durante 4 horas. Se detiene la reacción con 3 ml de acetilacetona, y se recupera la resina por coagulación en el metanol después de añadir 0,4 pce de antioxidante fenólico ("Etyl702"). Después del secado en estufa, se obtiene una resina amarilla, pálida y translúcida (rendimiento promedio de 67%), exclusivamente constituida por unidades de limoneno (Mn = 585 g/mol; Mw = 866 g/mol; Ip = 1,5; Tg = 68ºC).
De acuerdo con un modo preferencial de realización de la invención, fundamentalmente cuando la composición de la invención está destinada a una banda de rodamiento de neumático, el sistema plastificante de la invención comprende además entre 5 y 35 pce (preferiblemente entre 10 y 30 pce) de un triéster de ácido graso no saturado (C_{12}-C_{22}) de glicerol, en particular un trioleato de glicerol (derivado del ácido oleico y del glicerol), presente por ejemplo en forma de un aceite vegetal de girasol o de colza. Un triéster de este tipo permite minimizar, en dicha banda de rodamiento, por una parte la exudación en rodamiento por compresión del sistema plastificante total y, por otra parte, la migración de dicho plastificante hacia mezclas adyacentes en la banda de rodamiento. Ello se traduce en una compactación y un endurecimiento igualmente minimizados para la banda de rodamiento y, por consiguiente, en una conservación en el tiempo de las características de adherencia. En un caso de este tipo, preferiblemente, el ácido graso (o el conjunto de los ácidos grasos si están presentes varios) contiene ácido oleico según una fracción másica al menos igual a 60%.
Además se ha constatado que el empleo de dicho triéster de ácido graso no saturado (C_{12}-C_{22}) de glicerol, muy particularmente para un índice preferencial comprendido entre 10 y 20 pce, permitió no solo mejorar la adherencia de la banda de rodamiento sino también, de manera inesperada, aumentar también su resistencia al desconchado. Este modo de realización preferencial está particularmente adaptado, a modo de ejemplos, a las bandas de rodamiento para neumáticos de turismo o agrícolas, fundamentalmente para neumáticos de turismo de "invierno" destinados a carreteras llenas de nieve o de escarcha.
Cuando el sistema plastificante de la invención contiene un triéster de ácido graso de glicerol de esta naturaleza como complemento del aceite MES o TDAE y de la resina de polilimoneno, el índice global de sistema plastificante en la composición de caucho de la invención está preferiblemente comprendido entre 20 y 70 pce, más preferiblemente comprendido entre 30 y 60 pce.
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II-4. Aditivos diversos
Las composiciones de caucho conformes con la invención contienen igualmente todo o parte de los aditivos usuales habitualmente empleados en las composiciones de elastómeros destinadas a la fabricación de neumáticos, fundamentalmente de bandas de rodamiento, como por ejemplo pigmentos, agentes de protección tales como cera anti-ozono, antigeneradores de ozono químicos, antioxidantes, agentes anti-fatiga, resinas de refuerzo, aceptores (por ejemplo resina fenólica novolaca) o donantes de metileno (por ejemplo HMT o H3M) tales como los descritos por ejemplo en la solicitud WO 02/10269, un sistema de reticulación a base ya sea de azufre, de donantes de azufre y/o de peróxido y/o de bismaleimidas, aceleradores de vulcanización, activadores de vulcanización.
Estas composiciones pueden igualmente contener, como complemento de los agentes de acoplamiento, activadores de acoplamiento, agentes de recubrimiento de las cargas inorgánicas o más generalmente agentes de ayuda a la aplicación susceptibles como se conoce, gracias a un mejoramiento de la dispersión de la carga en la matriz de caucho y a una disminución de la viscosidad de las composiciones, de mejorar su capacidad de aplicación en estado crudo, estos agentes siendo por ejemplo silanos hidrolizables tales como alquilalcoxisilanos, polioles, poliéteres, aminas primarias, secundarias y terciarias, poliórgano-siloxanos hidroxilados o hidrolizables.
II-5. Preparación de las composiciones de caucho
Las composiciones son fabricadas en mezcladores apropiados, utilizando dos fases de preparación sucesivas bien conocidas por el especialista: una primera fase de trabajo o mezcla termomecánica (fase llamada "no productiva") a alta temperatura, hasta una temperatura máxima comprendida entre 110ºC y 190ºC, de preferencia entre 130ºC y 180ºC, seguida de una segunda fase de trabajo mecánico (fase llamada "productiva") hasta una temperatura más baja, típicamente inferior a 110ºC, por ejemplo entre 40ºC y 100ºC, fase de terminado durante la cual es incorporado el sistema de reticulación.
El procedimiento conforme a la invención para preparar una composición de caucho que presenta una resistencia mejorada a la abrasión y a las mezclas, comprende las etapas siguientes:
\bullet
incorporar a un elastómero diénico, durante una primera etapa (llamada "no productiva"), al menos una carga de refuerzo y un sistema plastificante, mezclando termomecánicamente el todo, una o varias veces, hasta alcanzar una temperatura máxima comprendida entre 110ºC y 190ºC;
\bullet
enfriar el conjunto a una temperatura inferior a 100ºC;
\bullet
incorporar además, durante una segunda etapa (llamada "productiva") el sistema de reticulación;
\bullet
mezclar todo hasta alcanzar una temperatura máxima inferior a 110ºC,
y está caracterizado porque dicho sistema plastificante comprende:
-
entre 5 y 35 pce de un aceite MES o TDAE;
-
entre 5 y 35 pce de una resina de polilimoneno.
A modo de ejemplo, la fase no productiva es realizada en una sola etapa termomecánica durante la cual se introduce, en un mezclador apropiado tal como un mezclador interno usual, en un primer momento todos los constituyentes de base necesarios (elastómero diénico, carga de refuerzo y agente de acoplamiento si fuera necesario, sistema de plastificación), posteriormente en un segundo momento, por ejemplo después de uno a dos minutos de mezcla, los demás aditivos, eventuales agentes de recubrimiento o de aplicación complementarios, con excepción del sistema de reticulación. La duración total de la mezcla, en esta fase no productiva, está preferiblemente comprendida entre 1 y 15 minutos.
Después del enfriado de la mezcla así obtenida, se incorpora entonces en un mezclador externo tal como un mezclador de cilindros, mantenido a baja temperatura (por ejemplo entre 40ºC y 100ºC), el sistema de reticulación. El conjunto es entonces mezclado (fase productiva) durante algunos minutos, por ejemplo entre 2 y 15 minutos.
El sistema de reticulación es preferiblemente un sistema de vulcanización a base de azufre y de un acelerador. Se puede utilizar cualquier compuesto susceptible de actuar como acelerador de vulcanización de los elastómeros diénicos en presencia de azufre, en particular aquellos seleccionados del grupo constituido por disulfuro de 2-mercaptobenzotiacilo (en abreviatura "MBTS"), N-ciclohexil-2-benzotiacilo sulfenamida (en abreviatura "CBS"), N,N-diciclohexil-2-benzotiacilo sulfenamida (en abreviatura "DCBS"), N-ter-butil-2-benzotiacilo sulfenamida (en abreviatura "TBBS"), N-ter-butil-2-benzotiacilo sulfenamida (en abreviatura "TBSI") y las mezclas de estos compuestos. De preferencia, se utiliza un acelerador primario del tipo sulfenamida.
A este sistema de vulcanización pueden añadirse, incorporados durante la primera fase no productiva y/o durante la fase productiva, diversos aceleradores secundarios o activadores de vulcanización conocidos tales como óxido de zinc, ácido esteárico, derivados guanídicos (en particular difenilguanidina), etc. En el caso de una utilización de la composición de la invención en banda de rodamiento de neumático, el índice de azufre está por ejemplo comprendido entre 0,5 y 3,0 pce, el del acelerador primario entre 0,5 y 5,0 pce.
La composición final obtenida puede entonces ser calandrada, por ejemplo en forma de una hoja, de una placa o también extruida, por ejemplo para formar un perfil de caucho utilizado para la fabricación de un producto semi-terminado para neumático, tal como bandas de rodamiento, capas u otras bandas, subcapas, diversos bloques de caucho, reforzados o no con refuerzos textiles o metálicos, destinados a formar una parte de la estructura del neumático.
La vulcanización (o cocción) puede entonces ser realizada de manera conocida a una temperatura generalmente comprendida entre 130ºC y 200ºC, preferiblemente bajo presión, durante un tiempo suficiente que puede variar por ejemplo entre 5 y 90 minutos en función fundamentalmente de la temperatura de cocción, del sistema de vulcanización adoptado y de la cinética de vulcanización de la composición considerada.
La invención se refiere a las composiciones de caucho anteriormente descritas tanto en el estado llamado "crudo" (o sea antes de la cocción) como en el estado llamado "cocido" o vulcanizado (o sea después de la vulcanización).
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III. Ejemplos de realización de la invención III-1. Preparación de las composiciones
Para las pruebas que aparecen a continuación se procede de la manera siguiente: se introduce en un mezclador interno con paletas usuales del tipo "Banburry", lleno al 70% y cuya temperatura inicial de cuba es de aproximadamente 60ºC, el elastómero diénico (o la mezcla de elastómeros diénicos, en su defecto), el sistema de plastificación (o su complemento si una parte es ya incorporada al elastómero diénico como aceite de extensión), la carga de refuerzo (más un agente de acoplamiento, incluso un agente de recubrimiento en el caso de una carga inorgánica de refuerzo como la sílice) posteriormente, después de uno o dos minutos de mezcla, los otros diversos ingredientes con excepción del sistema de vulcanización.
Se realiza entonces un trabajo termomecánico (fase no productiva) en una etapa (duración total de la mezcla igual a aproximadamente 5 minutos), hasta alcanzar una temperatura máxima de "caída" de aproximadamente 160ºC. Se recupera la mezcla obtenida, se enfría y después se añade el sistema de vulcanización en un mezclador externo (homo-terminador) a 40ºC, mezclando el conjunto (fase productiva) durante 3 a 4 minutos con esta herramienta de cilindros.
Las composiciones obtenidas son entonces calandradas en forma de placas (espesor de 2 a 3 mm) o de hojas finas de caucho para la medición de sus propiedades, o extruidas para formar perfiles utilizables directamente, después de dividir y/o ensamblar con las dimensiones deseadas, como banda de rodamiento de neumático.
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III-2. Pruebas de caracterización - Resultados
Prueba 1
Esta prueba tiene como objetivo demostrar la resistencia mejorada al desconchado de una composición de acuerdo con la invención que constituye una banda de rodamiento de neumático para vehículo de turismo.
Esta composición de acuerdo con la invención (denotada C-3) es comparada con otras dos composiciones testigos (denotados C-1 y C-2), las tres composiciones probadas siendo idénticas a las diferencias que aparecen a continuación:
-
\;
C-1:
testigo según la técnica anterior con aceite aromático (referencia);
-
\;
C-2:
testigo con aceite MES solamente;
-
\;
C-3:
composición con sistema plastificante de acuerdo con la invención (combinación de aceite MES y resina de polilimoneno).
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Las tablas 1 y 2 presentan la formulación de las diferentes composiciones (tabla 1- índice de los diferentes productos expresados en pce), sus propiedades usuales antes y después de la cocción.
Las composiciones C-1 y C-2 han sido formuladas con iso-volumen de aceite plastificante, lo que explica un índice ligeramente más bajo de aceite MES (densidad menor) para la composición C-2. En la composición C-3 de acuerdo con la invención, 2/3 aproximadamente del aceite MES han sido remplazados por la resina de polilimoneno (20 pce), en comparación con la composición C-2.
La resina de polilimoneno utilizada posee todas las características preferenciales siguientes:
-
una Tg entre 60º y 100ºC;
-
una masa molecular Mw comprendida entre 500 y 1000 g/mol;
-
un índice de polimolecularidad inferior a 1,8.
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Al leer la tabla 2, se nota que las propiedades usuales de las composiciones, antes y después de la cocción, son sensiblemente idénticas: valores iguales de plasticidad Mooney, tiempo de vulcanización y duración Shore.
Pero es la prueba de resistencia al desconchado la que demuestra todo el interés de la composición de acuerdo con la invención con respecto a las composiciones testigos.
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Las composiciones C-1, C-2 y C-3 han sido utilizadas como bandas de rodamiento de neumáticos de turismo con carcasa radial, de dimensión 195/65 R15 (índice de velocidad H), convencionalmente fabricadas y en todos los aspectos idénticas salvo la composición de caucho constitutivo de la banda de rodamiento. Estos neumáticos son denotados respectivamente P-1, P-2 y P-3, los mismos han sido montados en un vehículo de turismo para ser sometidos a prueba de resistencia descrita en el párrafo 1-4 anterior. Las condiciones particulares de la prueba son las siguientes: vehículo Citroën modelo "C5" (presión delantera y trasera: 2,2 bars); neumáticos probados montados en la parte delantera del vehículo; temperatura ambiente 25ºC.
Los resultados de la prueba de resistencia al desconchado son informados en la tabla 3, en unidades relativas, la base 100 siendo retenida para el neumático testigo P-1 cuya banda de rodamiento comprende el aceite aromático convencional.
Se nota primeramente que el reemplazo del aceite aromático por el aceite MES (neumáticos P-2 comparados con neumáticos P-1) se traduce en una caída sensible, por demás inesperada, del 15% de la resistencia al desconchado, lo que resulta totalmente notable y puede ser considerado como redhibitorio para algunos usos de los neumáticos.
Sin embargo, el reemplazo de una parte del aceite MES por la resina de polilimoneno se traduce, de manera sorpresiva, en una subida espectacular de la producción (+40% para los neumáticos P-3 en comparación con los neumáticos P-2), la resistencia observada en los neumáticos P-3 de la invención siendo incluso superior en un 15% a la de los neumáticos P-1 que constituyen la referencia de partida.
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Prueba 2
La prueba 1 anterior ha sido reproducida remplazando, como carga de refuerzo, la sílice HD por el negro de carbono.
Las composiciones correspondientes, denotadas C-4, C-5 y C-6, han sido utilizadas como bandas de rodamiento de neumáticos (respectivamente, denotados P-4, P-5 y P-6) idénticos a los anteriores, y sometidos a la misma prueba de rodamiento.
Las tablas 4 y 5 presentan la formulación de las diferentes composiciones (tabla 5 - índice de los diferentes productos expresados en pce), propiedades antes y después de la cocción. En la composición C-6 solo conforme a la invención, 1/3 aproximadamente de aceite MES ha sido remplazado por la resina de polilimoneno (8 pce), en comparación con la composición C-5.
Los resultados de la prueba de resistencia al desconchado son informados en la tabla 6, en unidades relativas, la base 100 siendo retenida para los neumáticos P-4 que contienen en su banda de rodamiento el aceite aromático convencional.
Estos resultados confirman bien los de la prueba 1 anterior (tabla 3), a saber que la mejor resistencia es obtenida cuando una parte del aceite MES es remplazada por la resina de polilimoneno (neumáticos P-6), incluso si la amplitud de los efectos aparece ligeramente menos pronunciada que para las composiciones anteriores reforzadas con una carga inorgánica.
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(Tabla pasa a página siguiente)
TABLA 1
2
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TABLA 2
3
TABLA 3
4
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TABLA 4
5
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TABLA 5
6
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TABLA 6
7

Claims (53)

1. Composición de caucho a base de al menos un elastómero diénico, una carga de refuerzo, un sistema plastificante y un sistema de reticulación, caracterizado porque dicho sistema plastificante comprende (pce = partes en peso por cien de elastómero):
-
entre 5 y 35 pce de un aceite MES o TDAE;
-
entre 5 y 35 pce de una resina de polilimoneno.
2. Composición de acuerdo con la reivindicación 1, el índice de resina de polilimoneno estando comprendido entre 5 y 25 pce.
3. Composición de acuerdo con la reivindicación 2, el índice de resina estando comprendido entre 5 y 20 pce.
4. Composición de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, la temperatura de transición vítrea (Tg) de la resina de polilimoneno siendo superior a 40ºC.
5. Composición de acuerdo con la reivindicación 4, la Tg siendo superior a 50ºC.
6. Composición de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, la masa molecular media en número (Mn) de la resina de polilimoneno estando comprendida entre 400 y 2000 g/mol.
7. Composición de acuerdo con la reivindicación 6, Mn estando comprendida entre 500 y 1000 g/mol.
8. Composición de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, el índice de aceite MES o TDAE estando comprendido entre 10 y 30 pce.
9. Composición de acuerdo con la reivindicación 8, el índice de aceite MES o TDAE estando comprendido entre 10 y 25 pce.
10. Composición de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, el índice de sistema plastificante total estando comprendido entre 15 y 45 pce.
11. Composición de acuerdo con la reivindicación 10, estando el índice de sistema plastificante total comprendido entre 20 y 40 pce.
12. Composición de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, el sistema plastificante conteniendo además un triéster de ácido graso no saturado (C_{12}-C_{22}) de glicerol.
13. Composición de acuerdo con la reivindicación 12, el triéster siendo un trioleato de glicerol.
14. Composición de acuerdo con la reivindicación 13, el trioleato de glicerol estando presente en forma de un aceite vegetal de girasol o de colza.
15. Composición de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 12 a 14, el índice de triéster estando comprendido entre 5 y 35 pce.
16. Composición de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 12 a 15, el índice de sistema plastificante total estando comprendido entre 20 y 70 pce.
17. Composición de acuerdo con la reivindicación 16, el índice de sistema plastificante total estando comprendido entre 30 y 60 pce.
18. Composición de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 17, el elastómero diénico siendo seleccionado del grupo constituido por los polibutadienos, el caucho natural, los poliisoprenos de síntesis, los copolímeros de butadieno, los copolímeros de isopreno y las mezclas de esos elastómeros.
19. Composición de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 18, el índice de carga de refuerzo estando comprendido entre 20 y 200 pce.
20. Composición de acuerdo con la reivindicación 19, la carga de refuerzo estando comprendida entre 30 y 150 pce.
21. Composición de acuerdo con las reivindicaciones 19 ó 20, la carga de refuerzo comprendiendo mayoritariamente una carga inorgánica.
22. Composición de acuerdo con la reivindicación 21, la carga de refuerzo inorgánica siendo de sílice.
23. Composición de acuerdo con las reivindicaciones 19 ó 20, la carga de refuerzo comprendiendo mayoritariamente una carga orgánica.
24. Composición de acuerdo con la reivindicación 23, la carga orgánica de refuerzo siendo de negro de carbono.
25. Procedimiento para preparar una composición de caucho que presenta una resistencia mejorada a la abrasión y a los pinchazos, esta composición siendo a base de un elastómero diénico, de una carga de refuerzo, de un sistema plastificante y de un sistema de reticulación, dicho procedimiento comprendiendo las etapas siguientes:
\bullet
incorporar a un elastómero diénico, durante una primera etapa llamada "no productiva", al menos una carga de refuerzo y un sistema plastificante, mezclando termomecánicamente el conjunto, en una o varias veces, hasta alcanzar una temperatura máxima comprendida entre 110ºC y 190ºC;
\bullet
enfriar el conjunto a una temperatura inferior a 100ºC;
\bullet
incorporar entonces, durante una segunda etapa llamada "productiva", el sistema de reticulación;
\bullet
mezclar el conjunto hasta alcanzar una temperatura máxima inferior a 110ºC,
y estando caracterizado porque dicho sistema plastificante contiene:
-
entre 5 y 35 pce de un aceite MES o TDAE;
-
entre 5 y 35 pce de una resina de polilimoneno.
26. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 25, estando el índice de resina de polilimoneno comprendido entre 5 y 25 pce.
27. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 26, el índice de resina de polilimoneno estando comprendido entre 5 y 20 pce.
28. Procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 25 a 27, la temperatura de transición vítrea (Tg) de la resina de polilimoneno siendo superior a 40ºC.
29. Procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 25 a 28, la masa molecular media en cantidad (Mn) de la resina de polilimoneno estando comprendida entre 400 y 2000 g/mol.
30. Procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 25 a 29, el índice de aceite MES o TDAE estando comprendido entre 10 y 30 pce.
31. Procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 25 a 30, el índice de sistema plastificante total estando comprendido entre 15 y 45 pce.
32. Procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 25 a 31, el sistema plastificante conteniendo además un triéster de ácido graso no saturado (C_{12}-C_{22}) de glicerol.
33. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 32, el triéster siendo un trioleato de glicerol.
34. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 33, el trioleato de glicerol estando presente en forma de un aceite vegetal de girasol o de colza.
35. Procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 32 a 34, el índice de triéster estando comprendido entre 5 y 35 pce.
36. Procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 32 a 35, el índice de sistema plastificante total estando comprendido entre 20 y 70 pce.
37. Procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 25 a 36, el elastómero diénico siendo seleccionado del grupo constituido por los polibutadienos, el caucho natural, los poliisoprenos de síntesis, los copolímeros de butadieno, los copolímeros de isopreno y las mezclas de esos elastómeros.
38. Procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 25 a 37, el índice de carga de refuerzo estando comprendido entre 20 y 200 pce.
\newpage
39. Utilización de una composición de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 24, para la fabricación de un artículo terminado o de un producto semi-terminado destinado a un sistema de contacto con el suelo del vehículo automotriz.
40. Utilización de acuerdo con la reivindicación 39, el artículo terminado siendo un neumático.
41. Utilización de acuerdo con la reivindicación 39, el producto semi-terminado siendo una banda de rodamiento de neumático.
42. Utilización de una composición de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 12 a 17, para la fabricación de una banda de rodamiento de neumático de invierno.
43. Artículo terminado destinado a un sistema de contacto con el suelo del vehículo automotriz, que comprende una composición de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 24.
44. Artículo terminado de acuerdo con la reivindicación 43, que consiste en un neumático.
45. Neumático de invierno que comprende una composición de caucho de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 12 a 17.
46. Producto semi-terminado destinado a un sistema de contacto con el suelo del vehículo automotriz, que comprende una composición de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 24.
47. Producto semi-terminado de acuerdo con la reivindicación 46, que consiste en una banda de rodamiento de neumático.
48. Banda de rodamiento de neumático de invierno que contiene una composición de caucho de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 12 a 17.
49. Sistema plastificante utilizable para la plastificación de una composición de caucho diénico, caracterizado porque comprende un aceite MES o TDAE y una resina de polilimoneno.
50. Sistema plastificante de acuerdo con la reivindicación 49, caracterizado porque comprende además un triéster de ácido graso no saturado (C_{12}-C_{22}) de glicerol.
51. Sistema plastificante de acuerdo con la reivindicación 50, el triéster siendo un trioleato de glicerol.
52. Sistema plastificante de acuerdo con la reivindicación 51, el trioleato de glicerol estando presente en forma de un aceite vegetal de girasol o de colza.
53. Utilización de un sistema plastificante de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 49 a 52, para la plastificación de una composición de caucho diénico.
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