ES2340581T3 - Composicion de caucho para banda de rodadura y neumatico. - Google Patents
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Abstract
Una composición de caucho para una banda de rodadura caracterizada por combinar (a) 5-40 partes en masa de un agente ablandador que incluye un aceite en el que se controla una cantidad de extracción con dimetilsulfóxido (DMSO) mediante proceso IP346 menor que 3% en masa y (b) 5-40 partes en masa de un polímero líquido que posee un peso molecular promedio de viscosidad de 45.000-100.000 en base a 100 partes en masa de un componente de caucho, en la que el aceite es al menos un aceite de proceso seleccionado del grupo que consiste en T-DAE y MES, y donde el agente ablandador (a) además contiene un aceite nafténico hidrogenado.
Description
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Composición de caucho para banda de rodadura y
neumático.
La presente invención se refiere a una
composición de caucho para una banda de rodadura y a un neumático,
y más particularmente a una composición de caucho para una banda de
rodadura que combina un caucho líquido específico y un aceite en el
que una cantidad de extracción con dimetilsulfóxido (DMSO) es menor
que 3% en masa, y un neumático que utiliza la misma.
Hasta ahora, se ha utilizado un aceite aromático
superior (aceite aromático) como agente ablandador para una
composición de caucho y un aceite diluyente para un caucho sintético
en composiciones de caucho para neumáticos desde el punto de vista
de la provisión de característica de alta pérdida (característica de
pérdida por alta histéresis) y afinidad con el caucho.
Recientemente, se han utilizado aceites de
proceso en los que la cantidad de extracción con DMSO es menor que
3% en masa, que se denominan Extractos aromáticos destilados
tratados (T-DAE) y Solvatos Ligeros Extraídos (MES)
y se obtienen tratando el aceite aromático superior fabricado a
partir de petróleo como material de partida (por ejemplo véase
JP-A-11-302459,
página 2).
Sin embargo, las composiciones de caucho que
utilizan un aceite tal como T-DAE o MES poseen
propiedades de baja fractura y resistencia al desgaste en
comparación con el caso que utiliza el aceite aromático superior
convencional, y también la dependencia a la temperatura de las
características viscoelásticas en la composición de caucho tienden
a desplazarse hacia el lado de baja temperatura porque el punto de
ablandamiento y viscosidad del mismo caucho son bajos. Por ello,
éstos tienen un problema que la propiedad de deslizamiento en
mojado y la estabilidad de dirección del neumático disminuyen.
También, se considera para mejorar las propiedades de fractura y la
resistencia al desgaste la mezcla con un copolímero de
acrilonitrilo-butadieno-estireno.
En este caso, sin embargo, existe el problema de que el deterioro de
baja acumulación térmica se agranda si se intenta controlar la
reducción del módulo de elasticidad.
También se solicita prestar atención a la
divulgación del documento US-4840988A.
En la situación anterior, es objeto de la
invención proporcionar una composición de caucho para una banda de
rodadura mejorando considerablemente las propiedades de fractura y
resistencia al desgaste mientras se controla al mismo tiempo la
reducción del módulo de elasticidad sin reducir la baja acumulación
térmica mediante el uso de un aceite que posee una cantidad de
extracción con DMSO menor que 3% en masa en comparación con el caso
en que se combina el aceite aromático superior convencional.
Los inventores han realizado varios estudios
para resolver los problemas anteriores y descubrieron que es
efectivo reemplazar una parte del aceite que posee la cantidad de
extracción con DMSO no mayor que 3% con un polímero líquido, y como
resultado, se ha logrado la invención.
Es decir, la invención proporciona una
composición de caucho para una banda de rodadura caracterizada por
la combinación de (a) 5-40 partes en masa de un
agente ablandador que incluye un aceite en el que se controla una
cantidad de extracción con dimetilsulfóxido (DMSO) mediante proceso
IP346 menor que 3% en masa y (b) 5-40 partes en
masa de un polímero líquido que posee un peso molecular promedio de
viscosidad de 45.000-100.000 sobre la base de 100
partes en masa de un componente de caucho.
Además, la invención proporciona un neumático
que utiliza la composición de caucho anterior.
El componente de caucho utilizado en la
invención puede ser uno cualquiera entre caucho natural y caucho
sintético. Como caucho sintético se mencionan, por ejemplo, caucho
copolímero de estireno-butadieno (SBR), caucho de
butadieno (BR), caucho de isopreno (IR), caucho de butilo (IIR),
caucho copolímero de acrilonitrilo-butadieno (NBR),
caucho de etileno-propileno (EPM, EPDM) y mezclas de
los mismos. Entre ellos, es preferible el caucho de copolímero de
estireno-butadieno producido mediante un
procedimiento de polimerización en emulsión considerando el
equilibrio de varios desempeños en la banda de rodadura del
neumático.
En la composición de caucho conforme a la
invención, se requiere que se combine un agente ablandador (a)
incluyendo el aceite en el que se controla la cantidad de
extracción con DMSO mediante proceso IP346 (componente PCA
(compuesto policíclico aromático)) menor que 3% en masa sobre la
base de 100 partes en masa del componente de caucho. Como aceite
que posee la cantidad de extracción con DMSO menor que 3% en masa se
utilizan T-DAE (antes mencionado) y/o MES (antes
mencionado).
En el agente ablandador (a), se requiere
combinar un aceite nafténico hidrogenado. El aceite nafténico
hidrogenado puede obtenerse sometiendo previamente el aceite
nafténico a una purificación por hidrogenación a través de una
técnica de purificación por hidrogenación a alta temperatura y alta
presión. También, el aceite nafténico hidrogenado preferiblemente
posee un contenido de hidrocarburo nafténico (%C_{N}) menor que 30
según lo medido conforme a ASTM D2140 (es decir a través de un
análisis de anillo como nombre común).
El aceite nafténico hidrogenado preferiblemente
se añade en una cantidad de 20-70% en masa por
cantidad de aceite que posee la cantidad de extracción con DMSO
menor que 3% en masa. Dicho aceite nafténico hidrogenado está
disponible como producto comercial tal como SNH8, SNH46, SNH220, y
SNH440 (nombre comercial) fabricado por Sankyo Yuka Kogyo Co.,
Ltd.
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Además, el agente ablandador (a) puede contener
asfalto. Como asfalto, es preferible que un componente asfalteno
sea no mayor que 5% en masa considerando la afinidad con el caucho
sintético utilizado y el efecto como agente ablandador. Además, el
componente asfalteno se cuantifica a partir de un análisis de
composición medido conforme al proceso JPI (Proceso de la Sociedad
de Petróleo de Japón). Dicho asfalto es particularmente
preferiblemente asfalto nafténico convencional y también es
preferible que la viscosidad dinámica a 120ºC no sea mayor que 300
mm^{2}/segundo.
La cantidad de asfalto combinado está
preferiblemente dentro del intervalo de 95/5-5/95
como relación de masa de aceite nafténico hidrogenado y asfalto.
Cuando la cantidad de asfalto excede el 95% en masa, la afinidad
con el caucho sintético utilizado se vuelve un problema y el efecto
puede disminuir.
El procedimiento de mezclado de asfalto no es
particularmente limitado. El asfalto puede mezclarse previamente
con aceite nafténico hidrogenado, o puede utilizarse un agente
ablandador preparado proporcionando un componente principal de
asfalto en el aceite nafténico hidrogenado en una relación adecuada
en una etapa de purificación del aceite nafténico hidrogenado
convencional. Desde el punto de vista de la facilidad de la
preparación del agente ablandador y por razones económicas, sin
embargo, es preferible adoptar un procedimiento de preparación
donde el asfalto se disuelve en el aceite nafténico hidrogenado (que
incluye el aceite expansor y el aceite de la composición).
En la composición de caucho conforme a la
invención, se requiere que un agente ablandador (a) se combine en
una cantidad de 5 a 40 partes en masa sobre la base de 100 partes en
masa del componente de caucho como cantidad total de (1) aceite que
posee una cantidad de extracción con DMSO menor que 3% en masa, (2)
aceite nafténico hidrogenado y (3) asfalto. Cuando la cantidad está
fuera del intervalo anterior, es difícil obtener desempeños
excelentes tales como propiedades de factura y resistencia al
desgaste.
En la composición de caucho conforme a la
invención, se requiere combinar un polímero líquido (b) que posee
un peso molecular promedio de viscosidad
45.000-100.000 junto con el agente ablandador (a).
Cuando el peso molecular promedio de viscosidad es menor que
45.000, las propiedades de fractura son pobres, mientras que cuando
excede los 100.000, la dureza se vuelve alta y la propiedad de
agarre se reduce. Desde este punto de vista, el peso molecular
promedio de viscosidad es preferiblemente
55.000-85.000.
Se mencionan como clase de polímero líquido, por
ejemplo, un polímero basado en polidieno tal como copolímero
líquido de estireno-butadieno o polibutadieno
líquido; un polímero poliolefinico tal como poliisobutileno; y un
polímero modificado que posee un grupo funcional tal como grupo OH o
grupo COOH en el polímero. Entre ellos, el copolímero líquido de
estireno-butadieno y su polímero modificado son
particularmente preferibles dado que el efecto de mejorar la
resistencia a la rotura y la resistencia al desgaste es grande.
Se requiere que la cantidad del polímero líquido
combinado en la invención esté en un intervalo de
5-40 partes en masa sobre la base de 100 partes en
masa del componente de caucho. Además, la relación de masa de
combinación respecto del agente ablandador es preferiblemente
5/95-95/5.
En la composición de caucho conforme a la
invención, se puede utilizar negro de carbón, sílice e hidróxido de
aluminio como agente de relleno de refuerzo. Como negro de carbón
se mencionan, por ejemplo, FEF, SRF, HAF, ISAF y SAF. Entre ellos,
son particularmente preferibles HAF, ISAF y SAF que poseen una
excelente resistencia al desgaste.
Además de los componentes anteriores, la
composición de caucho conforme a la invención puede combinarse
adecuadamente con varios aditivos usualmente utilizados en la
industria del caucho tales como blanco de zinc, ácido esteárico,
agente de acoplamiento silano, acelerador de vulcanización y
antioxidante.
La composición de caucho conforme a la invención
posee excelente resistencia a la rotura y resistencia al desgaste y
puede controlar la reducción del módulo de elasticidad en
comparación con el caso que utiliza el aceite aromático habitual.
Por ello, dicha composición de caucho puede utilizarse
preferiblemente como composición de caucho para una banda de
rodadura de un neumático.
Además, como gas llenado dentro del neumático
puede utilizarse aire normal o aire que posee una presión parcial
de oxígeno cambiada, y un gas inerte tal como nitrógeno.
La invención se explicará en detalle con
referencia a los ejemplos y ejemplos comparativos.
Se prepara una muestra de prueba de una hoja de
caucho vulcanizada (150 mm x 150 mm x 2 mm) utilizando un cuchillo
de JIS Núm. 3 conforme a JIS K6301-1995. La
resistencia a la rotura de la muestra de prueba se mide a 25ºC por
medio de una máquina de ensayo de tracción y está representada por
un índice. Cuanto mayor es el valor del índice, mejores son las
propiedades de fractura.
Este se mide utilizando un espectrómetro
(fabricado por Toyo Seiki Co., Ltd.) a temperatura ambiente en
condiciones de tensión dinámica de 1% y frecuencia de 15 Hz. Cuanto
mayor es el valor del índice, mejor es el resultado.
Se mide una cantidad desgastada en una relación
de deslizamiento de 60% mediante una máquina de ensayo de abrasión
del tipo Lambourn y se representa un valor recíproco del mismo
mediante un índice. Cuanto mayor es el valor del índice, mejor es
el resultado.
Ejemplos 1-3,
Ejemplo Comparativo 1,
2
Se prepara una composición de caucho combinando
50 partes en masa en total de varios agentes ablandadores y
polímero líquido sobre la base de 100 partes en masa de un
componente de caucho que consiste en SBR polimerizado en emulsión y
BR y moliendo con varios aditivos conforme a una fórmula de
combinación mostrada en la Tabla 1 y después se miden las
propiedades de fractura, módulo de elasticidad (E') y resistencia al
desgaste de un caucho vulcanizado fabricado a partir de la
composición de caucho. Los resultados medidos se muestran en la
Tabla 1.
Tal como se observa de los resultados
anteriores, las composiciones de los Ejemplos 1-3 de
la invención mejoran considerablemente la resistencia a la tracción
y resistencia al desgaste y controlan la reducción del módulo de
elasticidad en comparación con los Ejemplo Comparativos 1 y 2.
Particularmente, se reconocen los efectos
notables en el Ejemplo 1 donde una relación de masa de combinación
de polímero líquido y agente ablandador (cantidad total de aceite A
y aceite B) está dentro del intervalo de
5/95-95/5.
Según lo mencionado más arriba, conforme a la
invención, el aceite que posee una cantidad de extracción con DMSO
menor que 3% en masa y el polímero líquido especificado se combinan
con la composición de caucho, por lo que se puede proporcionar una
composición de caucho para una banda de rodadura mejorando
considerablemente la resistencia a la tracción y resistencia al
desgaste y controlando la reducción del módulo de elasticidad en
comparación con la composición de caucho convencional que utiliza el
aceite aromático y un neumático que utiliza lo mismo.
Claims (6)
1. Una composición de caucho para una banda de
rodadura caracterizada por combinar (a) 5-40
partes en masa de un agente ablandador que incluye un aceite en el
que se controla una cantidad de extracción con dimetilsulfóxido
(DMSO) mediante proceso IP346 menor que 3% en masa y (b)
5-40 partes en masa de un polímero líquido que posee
un peso molecular promedio de viscosidad de
45.000-100.000 en base a 100 partes en masa de un
componente de caucho,
en la que el aceite es al menos un aceite de
proceso seleccionado del grupo que consiste en T-DAE
y MES, y donde el agente ablandador (a) además contiene un aceite
nafténico hidrogenado.
2. Una composición de caucho para una banda de
rodadura según lo reivindicado en la reivindicación 1, en la que el
peso molecular promedio de viscosidad del polímero líquido es
55.000-85.000.
3. Una composición de caucho para una banda de
rodadura según lo reivindicado en la reivindicación 1 o 2, en la
que el polímero líquido es un copolímero líquido de
estireno-butadieno.
4. Una composición de caucho para una banda de
rodadura según lo reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones
1 a 3, en la que el aceite nafténico hidrogenado se obtiene
hidrogenando un aceite nafténico en el que un contenido de
hidrocarburo nafténico (%C_{N}) medido de acuerdo con ASTM D2140
no es menor que 30.
5. Una composición de caucho para una banda de
rodadura según lo reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones
1 a 4, en la que el agente ablandador (a) además contiene asfalto
que posee una viscosidad dinámica a 120ºC no mayor que 300
mm^{2}/segundo y un contenido de asfalteno no mayor que 5% en masa
en una relación de masa de aceite nafténico hidrogenado/asfalto de
95/5-5/95.
6. Un neumático caracterizado por
utilizar una composición de caucho según lo reivindicado en
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5 en una banda de rodadura
del mismo.
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