ES2969444T3 - Neumático de goma maciza - Google Patents
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Abstract
La invención se refiere a un neumático de caucho macizo. El neumático de caucho macizo según la invención presenta en al menos un componente de 1 a 200 phr de al menos un negro de humo de pirólisis. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Neumático de goma maciza
La invención se refiere a un neumático de goma maciza
Los neumáticos de goma maciza son conocidos por el estado de la técnica. En este caso, en contrapartida a ruedas neumáticas, al menos una mezcla de caucho se realiza de tal manera que se puede aplicar sobre un soporte, como una llanta o un cuerpo base con rodamientos de bolas, sin un espacio de aire previsto.
Los neumáticos de goma maciza se emplean en especial en vehículos como carretillas elevadoras, que están previstas para el transporte de cargas. Los neumáticos de goma maciza están diseñados generalmente para un funcionamiento a bajas velocidades de desplazamiento y se emplean sobre todo en tramos relativamente cortos. Un neumático de goma maciza presenta habitualmente una unión a suelo, que entra en contacto con una llanta o un cuerpo base con rodamientos de bolas, sobre los que se puede montar el neumático.
La unión a suelo presenta una mezcla de caucho generalmente dura. generalmente, en la unión a suelo están vulcanizados varios estratos de soporte de resistencia resistentes a la tracción circunferenciales en la dirección de circulación, en su mayoría núcleos de cordón de acero. Radialmente por encima de la unión a suelo está dispuesta frecuentemente una capa amortiguadora constituida por una mezcla de caucho blanda, radialmente por encima de la capa amortiguadora está dispuesta la parte de banda de rodadura que está constituida por una mezcla de caucho típica para bandas de rodadura y puede estar provista de un perfilado en sus zonas que entran en contacto con la superficie en la rodadura.
En el documento DE 102007055036 A1 se describe una posible estructura de un neumático de goma maciza.
El documento WO 2016/016869 A1 se refiere a mezclas de caucho que comprenden, entre otros, hollín de pirólisis.
El documento WO 2014/163478 A1 se refiere a mezclas de caucho para neumáticos de goma maciza, conteniendo las mezclas, entre otros, hollín.
Los neumáticos de goma maciza ofrecen buenas propiedades de estabilidad y deben ofrecer un determinado confort de conducción, ya que los vehículos no disponen de un chasis suspendido ni amortiguado. Los costes de producción del neumático son igualmente altos debido al elevado empleo de material y debido a la vulcanización, que requiere mucho tiempo, de la pieza bruta para neumático en la prensa térmica para dar el neumático listo para conducción.
En las mezclas de caucho de los neumáticos de goma maciza del estado de la técnica está contenido un hollín industrial como material de relleno principal para asegurar la resistencia necesaria respecto a los requisitos en neumáticos de goma maciza. No obstante, los hollines industriales presentan una proporción elevada de hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAK). Los hidrocarburos aromáticos policíclicos son nocivos para la salud. En la especificación GS - especificación según § 21 sección 1 N° 3 ProdSG - se categorizan, por ejemplo, los niveles máximos de PAK a cumplir para materiales de superficies de contacto/agarre y accionamiento.
La presente invención toma como base la tarea de poner a disposición un neumático de goma maciza que, en comparación con el estado de la técnica, sea menos nocivo para la salud, o bien cuyos componentes presenten la menor cantidad posible e incluso no presenten sustancias que contienen PAK.
Según la invención, la tarea se soluciona presentando el neumático de goma maciza en al menos un componente 1 a 200 phr de al menos un hollín de pirólisis.
Sorprendentemente, en neumáticos de goma maciza se pueden emplear hollines industriales "convencionales" en lugar de hollín de pirólisis, sin que se reduzcan las propiedades, en especial el comportamiento de resistencia de rodadura del neumático de goma maciza.
En este caso, el dato phr (parts per hundred parts of rubber by weight) empleado en este documento es el dato cuantitativo para recetas de mezcla habitual en la industria del caucho. En este caso, la dosificación de las partes en peso de las sustancias individuales se refiere siempre a 100 partes en peso de la masa total de todos los cauchos presentes en la mezcla.
El hollín de pirólisis es conocido por el especialista. Este se describe, a modo de ejemplo, en "Rubber Chemistry and Technology", Vol. 85, N° 3, páginas 408 a 449 (2012), en especial en las páginas 438 y 440 y 442, mediante descomposición térmica de materiales orgánicos a 550 hasta 800 °C bajo exclusión de oxígeno o por medio de pirólisis en vacío a temperaturas relativamente reducidas en el intervalo de 500 °C.
En el ámbito de la presente invención, en el caso de los materiales orgánicos se trata preferentemente de neumáticos usados y/o residuos de producción vulcanizados de la producción de neumáticos y/o mangueras vulcanizadas, es decir, productos de residuo formados que se deben eliminar. Por lo tanto, la pirólisis y la obtención a partir de estos de hollín de pirólisis, que se debe añadir de nuevo a mezclas de neumático según la invención, representa un proceso de reciclaje.
Tal hollín de pirólisis se diferencia de hollines conocidos, como hollines industriales, en especial los hollines ASTM como N660, entre otras cosas, en el contenido en ceniza más elevado y simultáneamente un contenido más reducido en hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAK), como se puede extraer, por ejemplo, de la página de inicio de la firma BlackBear Carbon BV, http://www.blackbearcarbon.com/rfp-international/.
Por consiguiente, una ventaja esencial de la presente invención es que el hollín de pirólisis es una alternativa a hollines industriales respetuosa con la salud y el medio ambiente.
El hollín de pirólisis se produce preferentemente por medio de pirólisis a partir de neumáticos usados y/o residuos de producción vulcanizados a partir de la producción de neumáticos y/o mangueras vulcanizadas.
De modo especialmente preferente, el hollín de pirólisis se produce a partir de neumáticos usados y/o mangueras, de modo muy especialmente preferente a partir de neumáticos usados.
En el caso de residuos de producción vulcanizados a partir de la producción de neumáticos se puede tratar de todas las mezclas de caucho vulcanizadas concebibles para neumáticos para vehículo, que incluyen las mezclas de caucho en unión con soportes de resistencia.
En el ámbito de la presente invención, bajo la expresión "hollín de pirólisis, que se produjo por medio de pirólisis a partir de neumáticos usados y/o residuos de producción vulcanizados de la producción de neumáticos y/o mangueras vulcanizadas" se entiende todos los hollines de pirólisis a partir de neumáticos usados y/o residuos de producción vulcanizados de la producción de neumáticos y/o mangueras vulcanizadas conocidos por el especialista, siendo preferentes las formas de realización enumeradas.
Un hollín de pirólisis apropiado se puede adquirir, a modo de ejemplo, en la firma BBC bajo el nombre comercial BBC500 o en la firma Pyrolyx AG bajo el nombre comercial CB e 603.
En el ámbito de la presente invención, bajo el concepto "hollines industriales" se entienden los hollines conocidos para mezclas de neumático que no sean hollines de pirólisis, que presentan habitualmente un contenido en ceniza de menos de 1 % en peso y son, en especial, los denominados hollín de horno, hollín de gas u hollín de llama, según Rompp-Online-Lexikon © 2016 Editorial Georg Thieme KG (a partir del 08.01.2016).
El hollín de pirólisis contenido según la invención presenta un contenido en ceniza de 5 a 30 % en peso, de modo especialmente preferente 10 a 30 % en peso, de modo muy especialmente preferente 10 a 20 % en peso. Según una forma preferente de realización de la invención, el contenido en ceniza asciende a 15 hasta 20 % en peso.
El contenido en ceniza se refiere solo al hollín de pirólisis y se determina por medio de análisis termogravimétrico (TGA) según la norma ASTM D1506 del hollín de pirólisis.
Con tal contenido en ceniza se soluciona en especial la tarea de no reducir las propiedades como, en especial, el comportamiento de resistencia de rodadura del neumático de goma maciza según la invención y proporcionar simultáneamente una alternativa respetuosa con el medio ambiente y la salud.
El hollín de pirólisis contenido según la invención presenta además preferentemente un contenido en azufre mayor que 1 % en peso, de modo especialmente preferente mayor que 2 % en peso, de modo muy especialmente preferente 2 a 6 % en peso, a su vez de modo muy especialmente preferente 2 a 4 % en peso, y a su vez de modo muy especialmente preferente 2,2 a 4 % en peso.
Con tal contenido en azufre se soluciona en especial la tarea de no reducir las propiedades como, en especial, el comportamiento de resistencia de rodadura del neumático de goma maciza según la invención y proporcionar simultáneamente una alternativa respetuosa con el medio ambiente y la salud.
El contenido en ceniza se refiere solo al hollín de pirólisis y se determina por medio la norma ASTM D4239 del hollín de pirólisis.
El hollín de pirólisis contenido según la invención presenta además preferentemente un contenido en carbono de 64 a 87 % en peso, de modo especialmente preferente 74 a 87 % en peso, de modo muy especialmente preferente 78 a 87 % en peso.
Para el especialista es conocido que las proporciones ponderales de hollín de pirólisis se componen de ceniza contenida, azufre y predominantemente (> 50 % en peso) de carbono.
El hollín de pirólisis contenido según la invención presenta preferentemente un índice de adsorción de yodo según la norma ASTM D 1510 de 100 a 130 g/kg y un índice DBP según la norma ASTM D 2414 de 50 a 100 ml/100 g, de modo especialmente preferente 75 a 95 ml/100 g.
En el caso de los neumáticos de goma maciza según la invención se trata de cualquiera del tipo de neumáticos de goma maciza conocidos por el especialista. Por lo tanto, en el ámbito de la presente invención se entiende por neumáticos de goma maciza cualquier neumático que presente al menos una mezcla de caucho que se pueda aplicar sobre un soporte, como una llanta o un cuerpo base con rodamientos de bolas sin un espacio de aire previsto. Por lo tanto, el neumático de goma maciza según la invención se puede aplicar sobre una llanta, mediante lo cual se forma una rueda o un rodillo sin rodamientos de bolas. Por consiguiente, otro objeto de la presente invención es una rueda o un rodillo que comprenda una llanta y el neumático de goma maciza según la invención.
El neumático de goma maciza según la invención también se puede aplicar sobre un cuerpo base con rodamientos de bolas, mediante lo cual se forma un rodillo con rodamientos de bolas.
Por consiguiente, otro objeto de la presente invención es una rueda o un rodillo que comprenda un cuerpo base con rodamientos de bolas y el neumático de goma maciza según la invención.
La aplicación del neumático de goma maciza sobre una llanta o un cuerpo base con rodamientos de bolas se puede efectuar de cualquier modo conocido por el especialista como, en especial, mediante vulcanizado o prensado o enclavamiento.
En este caso, la llanta o el cuerpo base con rodamientos de bolas pueden estar realizados de cualquier modo conocido por el especialista, siendo también concebible una llanta asimétrica. La llanta puede presentar al menos una ranura, en la que se atrapa, o bien se encaja el talón de neumático ("neumático de presión").
Los neumáticos de goma maciza se emplean en especial en ruedas o rodillos en vehículos de transporte sobre el suelo como carretillas elevadoras o aplicaciones de carga pesada como carros de porte de maletas en el aeropuerto, que están previstos para el transporte de cargas. Además, existen aplicaciones en las que los neumáticos de goma maciza son relevantes para el accionamiento y, por lo tanto, deben cumplir ciertos requisitos respecto a abrasión y propiedades de agarre.
El neumático de goma maciza según la invención comprende al menos una banda de rodadura. Según una forma de realización de la invención, esta puede estar configurada de tal manera que se pueda vulcanizar directamente sobre una llanta, en este caso el neumático de goma maciza puede estar constituido por la banda de rodadura.
El neumático de goma maciza según la invención también puede estar configurado de tal manera que se pueda aplicar directamente sobre un cuerpo base con rodamientos de bolas y, por lo tanto, puede ser un neumático de goma maciza para un rodillo.
Según otra forma de realización de la invención, el neumático de goma maciza puede comprender otras capas, o bien otros componentes, en especial soportes de resistencia, que se explican en las siguientes ejecuciones, pero no están limitadas a estos. El neumático de goma maciza puede presentar opcionalmente paredes laterales, pero esto no es obligatoriamente necesario. Este presenta preferentemente paredes laterales.
Para el caso de que el neumático de goma maciza presente paredes laterales, su anchura axial se sitúa preferentemente, en cada caso (por lado), como máximo en 15 % de toda la anchura axial del neumático de goma maciza.
Se debe entender por "banda de rodadura" una mezcla de caucho que está dispuesta en dirección de circulación del neumático de tal manera que entra en contacto con la superficie en al menos un punto en la anchura axial del neumático.
La banda de rodadura de neumáticos de goma maciza debe cumplir los requisitos respecto a la abrasión de la mezcla de caucho.
Según una forma preferente de realización de la invención, el neumático de goma maciza presenta a tal efecto 1 a 40 phr, de modo especialmente preferente 1 a 20 phr de al menos un hollín de pirólisis en la mezcla de caucho de la banda de rodadura. En este caso, es especialmente preferente que la mezcla de caucho de la banda de rodadura contenga como máximo 5 phr, de modo especialmente preferente como máximo 3 phr, de modo muy especialmente preferente como máximo 1 phr de hollín (hollines) industrial(es), y preferentemente 1 a 200 phr, de modo especialmente preferente 30 a 200 phr de al menos un ácido silícico.
Por lo tanto, la proporción de hollín (hollines) industrial(es) contenidos es preferentemente muy reducida. Este límite superior máximo tiene la ventaja de que la proporción de PAK en la mezcla de caucho es lo más reducida posible. No obstante, debido a la producción, simultáneamente no se puede excluir que lleguen a la mezcla cantidades reducidas de hollines industriales, por ejemplo a través de la pared interior del mezclador en el que se mezcla la mezcla de caucho.
Según una forma especialmente preferente de realización de la invención, la cantidad de hollín (hollines) industrial(es) se sitúa en 0 a 1 phr, de modo muy especialmente preferente 0 a 0,1 phr, a su vez preferentemente de manera ideal 0 phr. Por lo tanto, la mezcla de caucho de la banda de rodadura del neumático de goma maciza está exenta de hollines industriales.
Como material de relleno reforzante están contenidos de modo especialmente preferente 30 a 200 phr de al menos un ácido silícico en la banda de rodadura como se indica anteriormente, para proporcionar una resistencia a la abrasión suficiente con buenas propiedades de resistencia de rodadura. De modo muy especialmente preferente, la cantidad de ácido silícico se sitúa en 30 a 150 phr, a su vez preferentemente 30 a 100 phr y según un perfeccionamiento especialmente ventajoso de la invención 30 a 70 phr.
En especial con una cantidad de ácido silícico de 40 a 60 phr y una cantidad de hollín de pirólisis de 1 a 10 phr y una cantidad de hollín industrial de 0 a 0,1 phr en la banda de rodadura, el neumático de goma maciza presenta una resistencia de rodadura especialmente reducida, un buen comportamiento de abrasión, así como en especial una mezcla de caucho respetuosa con la salud y el medio ambiente.
Según una forma preferente de realización de la invención, el neumático de goma maciza según la invención comprende soportes de resistencia. En el ámbito de la presente invención, se entiende por soportes de resistencia formaciones metálicas o basadas en plástico, que conceden resistencia adicional a un neumático. En el ámbito de la presente invención están incluidas todas las formas y tipos de soportes de resistencia concebibles. Los soportes de resistencia metálicos se fabrican frecuentemente a partir de acero y están dispuestos casi siempre en forma de estratos de soporte de resistencia resistentes a la tracción circunferenciales en dirección de circulación. Según una realización, en el caso de los soportes de resistencia se puede tratar de núcleos de cordón de acero. Además, el soporte de resistencia metálico puede estar realizado en forma de un vendaje de fondo de acero.
Según configuración de los soportes de resistencia resulta, en caso dado, otro perfil de aplicaciones del neumático de goma maciza.
En el caso de soportes de resistencia basados en plástico, a modo de ejemplo se puede tratar de formaciones basadas en nylon (PA 6.6.), que se emplean, a modo de ejemplo, en rodillos.
Según una forma de realización preferente, el neumático de goma maciza según la invención comprende al menos una unión a suelo que comprende al menos una mezcla de caucho y soportes de resistencia. En este caso, el neumático de goma maciza según la invención contiene en la mezcla de caucho de al menos un componente 1 a 200 phr de al menos un hollín de pirólisis.
La unión a suelo está dispuesta igualmente en dirección de circulación, pudiendo variar su anchura axial en dirección radial según tipo de neumático y predeterminándose, entre otras cosas, por la geometría de la llanta o la geometría del cuerpo base de la respectiva rueda o del rodillo. De modo preferente, la unión a suelo discurre esencialmente en paralelo a la banda de rodadura y en este caso está dispuesta interiormente en sentido radial y se fija en la rueda o el rodillo, como la llanta o el cuerpo base con rodamientos de bolas, de modo conocido por el especialista.
El neumático de goma maciza según la invención presenta 1 a 200 phr de al menos un hollín de pirólisis al menos en la banda de rodadura y/o al menos en una mezcla de caucho de la unión a suelo y/o al menos otro componente.
Según un perfeccionamiento de la invención ventajoso, el neumático de goma maciza según la invención contiene en al menos una mezcla de caucho de la unión a suelo 20 a 200 phr, de modo especialmente preferente 20 a 100 phr, de modo muy especialmente preferente 30 a 100 phr, a su vez preferentemente 30 a 70 phr de al menos un hollín de pirólisis. En este caso se sustituye la mayor cantidad posible de hollín industrial contenido en el estado de la técnica por hollín de pirólisis bajo propiedades constantes. En este caso es especialmente preferente que la al menos una mezcla de caucho de la unión a suelo contenga como máximo hasta 60 phr, a su vez preferentemente como máximo hasta 50 phr de la menos un hollín industrial.
En otra forma de realización, el hollín industrial se puede sustituir también por ácido silícico, de modo que la al menos una mezcla de caucho de la unión a suelo contiene entonces 20 a 200 phr, de modo especialmente preferente 20 a 100 phr, de modo muy especialmente preferente 30 a 100 phr, a su vez preferentemente 30 a 70 phr, de al menos un hollín de pirólisis en combinación con 10 a 200 phr de al menos un ácido silícico.
La unión a suelo comprende al menos una mezcla de caucho y soportes de resistencia. En este caso, los soportes de resistencia pueden estar engomados con una mezcla de caucho separada, o bien también estar insertados en la mezcla de caucho que forma la parte restante de la unión a suelo. En el caso de al menos una mezcla de caucho de la unión a suelo, por lo tanto, se puede tratar también de la mezcla de engomado de los soportes de resistencia.
Para el caso de que los soportes de resistencia estén engomados con una mezcla de caucho separada, "la parte restante de la unión a suelo" significa la(s) mezcla(s) de caucho que están en contacto con los soportes de resistencia engomados y/o la llanta y/o la capa más exterior radialmente. Por lo tanto, en principio también es concebible que la unión a suelo presente al menos dos mezclas de caucho, independientemente de que los soportes de resistencia estén engomados con una mezcla separada.
Los soportes de resistencia pueden ser cualquier soporte de resistencia conocido por el especialista para neumáticos de goma maciza, véanse a tal efecto las anteriores explicaciones.
Según una realización de la invención especialmente ventajosa, el neumático de goma maciza presenta en cada caso 1 a 200 phr de al menos un hollín de pirólisis y preferentemente, en especial incluyendo todas las realizaciones citadas anteriormente, respecto a las cantidades de hollín de pirólisis y otros materiales de relleno (ácido silícico, hollines industriales), tanto en la banda de rodadura como en al menos una mezcla de caucho de la unión a suelo.
El neumático de goma maciza según la invención puede presentar una capa amortiguadora entre la unión a suelo y la banda de rodadura, como se describe, por ejemplo, en el documento DE 102007055036 A1. La capa amortiguadora está prevista circunferencialmente de modo preferente y se extiende de modo preferente en toda la anchura axial del neumático de goma maciza o al menos hasta las paredes laterales, si el neumático de goma maciza está configurado con paredes laterales.
Para el caso de que el neumático de goma maciza presente paredes laterales, su anchura axial se sitúa preferentemente, en cada caso (por lado), como máximo en 15 % de toda la anchura axial del neumático de goma maciza.
No obstante, el neumático de goma maciza según la invención también puede no presentar tal capa amortiguadora, de modo que se aplica directamente sobre la unión a suelo en una realización concebible según la invención.
Según una forma de realización ventajosa, el neumático de goma maciza según la invención presenta una capa amortiguadora entre la unión a suelo y la banda de rodadura. La capa amortiguadora está sujeta a elevados requisitos de resistencia de rodadura.
Según un perfeccionamiento de la invención especialmente ventajoso, esta capa amortiguadora contiene 10 a 200 phr, de modo especialmente preferente 30 a 200 phr, de modo muy especialmente preferente 30 a 150 phr, a su vez de modo muy especialmente preferente 40 a 100 phr de al menos un hollín de pirólisis.
En este caso, la mezcla de caucho de la capa amortiguadora contiene como máximo 5 phr, de modo especialmente preferente como máximo 3 phr, de modo muy especialmente preferente como máximo 1 phr de hollín (hollines) industrial(es), y 30 a 200 phr, de modo especialmente preferente 30 a 150 phr, a su vez de modo especialmente preferente 40 a 100 phr de al menos un hollín de pirólisis. Por lo tanto, la proporción de hollín (hollines) industrial(es) contenidos es preferentemente muy reducida también en la capa amortiguadora. Este límite superior máximo tiene la ventaja de que la proporción de PAK en la mezcla de caucho es lo más reducida posible. No obstante, debido a la producción, simultáneamente no se puede excluir que lleguen a la mezcla cantidades reducidas de hollines industriales, por ejemplo a través de la pared interior del mezclador en el que se mezcla la mezcla de caucho.
Según una forma especialmente preferente de realización de la invención, la cantidad de hollín (hollines) industrial(es) se sitúa en 0 a 1 phr, de modo muy especialmente preferente 0 a 0,1 phr, a su vez preferentemente de manera ideal 0 phr. Por lo tanto, la al menos una mezcla de caucho de la capa amortiguadora del neumático de goma maciza está exenta de hollines industriales.
Según una realización de la invención especialmente ventajosa, el neumático de goma maciza presenta en cada caso 1 a 200 phr de al menos un hollín de pirólisis y preferentemente, en especial incluyendo todas las realizaciones citadas anteriormente, respecto a las cantidades de hollín de pirólisis y otros materiales de relleno (ácido silícico, hollines industriales), tanto en la banda de rodadura como en al menos una mezcla de caucho de la unión a suelo, así como en la capa amortiguadora.
Por lo tanto, el neumático de goma maciza según la invención, en la realización con banda de rodadura, capa amortiguadora y unión a suelo, contiene al menos un hollín de pirólisis y la menor cantidad posible de hollín industrial (véase cantidades anteriormente) en todos los componentes citados.
En comparación con el estado de la técnica, tal neumático de goma maciza muestra un mismo comportamiento de resistencia de rodadura y además está configurado de manera respetuosa con el medio ambiente y la salud, en especial contiene cantidades lo más reducidas posible de componentes que contienen PAK.
No obstante, también es concebible que el neumático de goma maciza presente 1 a 200 phr de hollín de pirólisis, incluyendo todas las cantidades preferentes citadas anteriormente, etc., solo en la capa amortiguadora.
A continuación se explican más detalladamente los componentes de las mezclas de caucho de los componentes del neumático de goma maciza. Si no se indica lo contrario, las explicaciones se consideran para la banda de rodadura, la unión a suelo y la capa amortiguadora.
El al menos un hollín de pirólisis se explicó ya anteriormente, siendo también concebible una mezcla de diferentes hollines de pirólisis. Las cantidades indicadas se refieren siempre a la cantidad total de hollines de pirólisis contenidos.
En el caso del ácido silícico se trata de los tipos de ácido silícico conocidos por el especialista, que son apropiados como material de relleno para mezclas de caucho para neumáticos. Sin embargo, es especialmente preferente emplear un ácido silícico precipitado finamente distribuido, que presenta una superficie de nitrógeno (superficie BET) (según la norma DIN ISO 9277 y DIN 66132) de 35 a 400 m2/g, preferentemente de 35 a 350 m2/g, de modo especialmente preferente de 100 a 320 m2/g y de modo muy especialmente preferente de 120 a 235 m2/g, y una superficie CTAB (según la norma ASTM D 3765) de 30 a 400 m2/g, preferentemente de 50 a 330 m2/g, de modo especialmente preferente de 100 a 300 m2/g y de modo muy especialmente preferente de 110 a 230 m2/g. Tales ácidos silícicos conducen, por ejemplo en mezclas de caucho para bandas de rodadura de neumáticos, a propiedades físicas de los vulcanizados especialmente buenas. Además, en este caso pueden resultar ventajas en el procesamiento de la mezcla mediante una reducción del tiempo de mezclado con propiedades de producto constantes, que conducen a una productividad mejorada. Por consiguiente, como ácidos silícicos se pueden emplear, por ejemplo, tanto aquellos de tipo Ultrasil® VN3 (nombre comercial) de la firma Evonik como ácidos silícicos altamente dispersables, los denominados ácidos silícicos HD (por ejemplo Zeosil® 1165 MP de la firma Solvay).
Como hollín industrial, si se presentan aún en la mezcla o las mezclas, entran en consideración todos los tipos de hollín conocidos por la persona experta.
En una forma de realización, el hollín tiene un índice de yodo, según la norma ASTM D 1510, que también se denomina índice de adsorción de yodo, entre 30 g/kg y 250 g/kg, preferentemente 30 a 180 g/kg, de modo especialmente preferente 40 a 180 g/kg, y de modo muy especialmente preferente 40 a 130 g/kg, y un índice DBP según la norma ASTM D 2414 de 30 a 200 ml/100 g, preferentemente 70 a 200 ml/100 g, de modo especialmente preferente 80 a 200 ml/100 g.
El índice DBP según la norma ASTM D 2414 determina el volumen de absorción específico de un hollín o de un material de relleno claro por medio de ftalato de dibutilo.
Como materiales de relleno adicionales pueden estar presentes todos los materiales de relleno concebibles en la industria del caucho, como por ejemplo alumosilicatos, caolín, creta, almidón, óxido de magnesio, dióxido de titanio o geles de caucho, así como fibras (como por ejemplo fibras de aramida, fibras de vidrio, fibras de carbono, fibras de celulosa).
Otros materiales de relleno, en caso dado reforzantes, son, por ejemplo, nanotubos de carbono (carbon nanotubes (CNT), incluyendo CNTs discretos, las denominadas hollow carbon fibers (HCF) y CNT modificados que contienen uno o varios grupos funcionales, como grupos hidroxi, carboxi y carbonilo), grafito y grafenos y los denominados "carbon-silica dual-phase filler".
En el ámbito de la presente invención, oxido de zinc no pertenece a los materiales de relleno.
Los demás componentes de las mezclas de caucho comprenden preferentemente al menos un caucho diénico.
Se denominan cauchos diénicos cauchos que se producen mediante polimerización o copolimerización de dienos y/o cicloalquenos y, por consiguiente, presentan dobles enlaces C=C en la cadena principal o en los grupos laterales.
El al menos un caucho diénico se selecciona preferentemente a partir del grupo constituido por poliisopreno sintético (IR) y poliisopreno natural (NR) y caucho de estireno-butadieno (SBR) y polibutadieno (BR).
En el caso del poliisopreno natural y/o sintético de todas las formas de realización se puede tratar tanto de cis-1,4-poliisopreno como de 3,4-poliisopreno. Sin embargo, es preferente el empleo de cis-1,4-poliisoprenos con una proporción cis 1,4 > 90 % en peso. Por una parte, tal poliisopreno se puede obtener mediante polimerización estereoespecífica en disolución con catalizadores de Ziegler-Natta o bajo empleo de alquileno de litio finamente distribuido. Por otra parte, en el caso de caucho natural (NR) se trata de tal cis-1,4-poliisopreno, siendo la proporción cis-1,4 en el caucho natural mayor que 99 % en peso.
Además, también es concebible una mezcla de uno o varios poliisoprenos naturales con uno o varios poliisopreno(s) sintéticos.
Si en la mezcla de caucho está contenido al menos un caucho de butadieno (= BR, polibutadieno), se puede tratar de todos los tipos conocidos por el especialista. A éstos corresponden, entre otros, los tipos denominados alto-cis y bajocis, denominándose tipo alto-cis polibutadieno con una proporción cis mayor o igual a 90 % en peso, y tipo bajo-cis polibutadieno con una proporción cis menor que 90 % en peso. Un polibutadieno bajo-cis es, por ejemplo, Li-BR (caucho de butadieno catalizado con litio) con una proporción cis de 20 a 50 en peso.-%. Con un<B r>alto-cis se obtienen propiedades de abrasión especialmente buenas, así como una baja histéresis de la mezcla de caucho.
El polibutadieno o los polibutadienos empleado(s) puede/n estar modificado(s) en grupos terminales con modificaciones y funcionalizaciones y/o funcionalizado(s) a lo largo de las cadenas poliméricas. En el caso de la modificación se puede tratar de aquella con grupos hidroxi y/o grupos etoxi y/o grupos epoxi y/o grupos siloxano y/o grupos amino y/o aminosiloxano y/o grupos carboxi y/o grupos ftalocianina y/o grupos silano-sulfuro. No obstante, también entran en consideración otras modificaciones conocidas por la persona experta, también denominadas funcionalizaciones. Pueden ser componente de tales funcionalizaciones los átomos metálicos.
En el caso de que esté contenido al menos un caucho de estireno-butadieno (copolímero de estireno-butadieno) en la mezcla de caucho, se puede tratar tanto de caucho de estireno-butadieno polimerizado en disolución (SSBR) como de caucho de estireno-butadieno polimerizado en emulsión (ESBR), pudiéndose emplear también una mezcla de al menos un SSBR y al menos un ESBR. Los términos “caucho de estireno-butadieno” y “copolímero de estirenobutadieno” se emplean como sinónimos en el ámbito de la presente invención. El copolímero de estireno-butadieno empleado puede estar modificado en grupos terminales con las modificaciones y funcionalizaciones citadas en el caso de polibutadieno y/o funcionalizado a lo largo de las cadenas poliméricas.
En el ámbito de la presente solicitud, el caucho de estireno-butadieno (copolímero de estireno-butadieno) del grupo de los cauchos diénicos adicionales es un caucho de estireno-butadieno conocido en el estado de la técnica.
En el caso del caucho diénico se trata de modo especialmente preferente de poliisopreno natural y/o sintético. Un neumático de goma maciza con al menos un poliisopreno natural y/o sintético en la banda de rodadura y/o la capa amortiguadora y/o la unión a suelo presenta preferentemente buenas propiedades respecto a resistencia al desgarro, rigidez (no demasiado deformable) y precisamente en especial en la unión a suelo para asegurar la conexión positiva a la llanta, abrasión resistencia de rodadura, con una procesabilidad simultáneamente muy buena.
Para la mejora de la elaborabilidad y para la integración de ácido silícico y otros materiales de relleno, presentes en caso dado, en el caucho diénico, se pueden emplear agentes de copulación de silano en mezclas de caucho. En este caso se pueden emplear uno o varios agentes de copulación de silano en combinación entre sí. Por lo tanto, la mezcla de caucho puede contener una mezcla de diferentes silanos. Los reactivos de copulación de silano reaccionan con los grupos silanol superficiales del ácido silícico u otros grupos polares durante el mezclado del caucho, o bien de la mezcla de caucho (in situ) o ya antes de la adición del material de relleno al caucho en el sentido de un tratamiento previo (modificación previa). En este caso, como agentes de copulación de silano se pueden emplear todos los agentes de copulación de silano conocidos por el especialista para el empleo en mezclas de caucho. Tales agentes de copulación de silano conocidos por el estado de la técnica son organosilanos bifuncionales, que poseen en el átomo de silicio al menos un grupo alcoxi, cicloalcoxi o fenoxi como grupo saliente y presentan como otra funcionalidad un grupo que puede reaccionar químicamente con los dobles enlaces del polímero tras disociación. En el caso del grupo citado en último lugar se puede tratar, por ejemplo, de los siguientes grupos químicos:
-SCN, -SH, -NH2 o -Sx- (con x = 2 a 8).
De este modo, como agentes de copulación de silano se pueden emplear, por ejemplo, 3-mercaptopropiltrietoxisilano, 3-tiocianatopropiltrimetoxisilano o 3,3’-bis(trietoxisililpropil)polisulfuros con 2 a 8 átomos de azufre, como por ejemplo 3,3’-bis(trietoxisililpropil)tetrasulfuro (TESPT), el correspondiente disulfuro (TESPD) o también mezclas de los sulfuros con 1 a 8 átomos de carbono con diferentes contenidos en los diversos sulfuros. En este caso, TESPT se puede añadir también como mezcla con hollín industrial (nombre comercial X50S de la firma Evonik).
Preferentemente se emplea una mezcla de silanos que contiene 40 a 100 % en peso de disulfuros, de modo especialmente preferente 55 a 85 % en peso de disulfuros y de modo muy especialmente preferente 60 a 80 % en peso de disulfuros.
También se pueden emplear mercaptosilanos bloqueados, como son conocidos, por ejemplo, por el documento WO 99/09036, como agente de copulación de silano. También se pueden emplear silanos, como se describen en el documento WO 2008/083241 A1, el documento WO 2008/083242 A1, el documento WO 2008/083243 A1 y el documento WO 2008/083244 A1. Por ejemplo, son empleables silanos que se distribuyen bajo el nombre NXT en diferentes variantes por la firma Momentive, USA, o aquellos que se distribuyen bajo el nombre VP Si 363® por la firma Evonik Industries.
Por lo demás, la mezcla de caucho puede contener aditivos habituales en partes en peso habituales. Entre estos aditivos cuentan:
a) agentes antienvejecimiento, como por ejemplo, N-fenil-N'-(1,3-dimetilbutil)-p-fenilendiamina (6PPD), N,N'-difenil-p-fenilendiamina (DPPD), N,N'-ditolil-p-fenilendiamina (DTPD), N-isopropil-N’-fenil-p-fenilendiamina (IPPD), 2,2,4-trimetil-1,2-dihidroquinolina (TMQ), N,N'- bis-(1,4- dimetilpentil)-p-fenilendiamina (77PD), b) activadores, como por ejemplo óxido de zinc y ácidos grasos (por ejemplo ácido esteárico),
c) ceras,
d) resinas, en especial resinas adhesivas,
e) adyuvantes de masticación, como por ejemplo 2,2'-dibenzamidodifenildisulfuro (DBD) y
f) adyuvantes de elaboración, como por ejemplo sales de ácido graso, como por ejemplo jabones de zinc, y ésteres de ácidos grasos y sus derivados,
g) plastificantes, como en especial plastificantes de aceite mineral aromáticos, nafténicos o parafínicos, como por ejemplo MES (mild extraction solvate) o RAE (Residual Aromatic Extract) o TDAE (treated distillate aromatic extract) o aceites Rubber-to-Liquid (RTL) o aceites Biomass-to-Liquid (BTL) preferentemente con un contenido en compuestos aromáticos policíclicos de menos de 3 % en peso según el método IP 346 o aceite de colza o cauchos facticios.
En especial la al menos una mezcla de caucho de la unión a suelo puede contener aún un sistema adhesivo para la adherencia a soportes de resistencia preferentemente metálicos, de modo preferente un sistema de cordón de acero a base de sales de cobalto orgánicas y resinas de refuerzo y más de 2,5 phr de azufre.
Las sales de cobalto orgánicas se emplean habitualmente en cantidades de 0,2 a 2 phr. Como sales de cobalto se pueden emplear, por ejemplo estearato, borato, borato-alcanoato, naftenato, rodinato, octoato, adipato de cobalto, etc. Como resinas de refuerzo se pueden emplear resinas de resorcina-formaldehído, a modo de ejemplo resinas de resorcina-hexametoximetilmelamina (HMMM) o resinas de resorcina-hexametilentetraamina (HEXA) o resinas fenólicas modificadas, a modo de ejemplo tipos de Alnovol®. También se pueden utilizar los condensados previos de las resinas de resorcina.
La proporción cuantitativa de la cantidad total de otros aditivos asciende a 3 hasta 150 phr, preferentemente 3 a 100 phr y de modo especialmente preferente 5 a 80 phr.
En la proporción cuantitativa total de los demás aditivos se encuentran aún 0,1 a 10 phr, preferentemente 0,2 a 8 phr, de modo especialmente preferente 0,2 a 4 phr de óxido de zinc (ZnO).
En este caso se puede tratar de todos los tipos de óxido de zinc conocidos por el especialista, como por ejemplo granulado o polvo de ZnO. En este caso, el óxido de zinc empleado convencionalmente presenta en general una superficie BET de menos de 10 m2/g. No obstante, también se puede emplear un denominado nano-óxido de zinc con una superficie BET de 10 a 60 m2/g. Es habitual añadir óxido de zinc como activador, generalmente en combinación con ácidos grasos (por ejemplo ácido esteárico) a una mezcla de caucho para la reticulación con azufre con aceleradores de vulcanización. El azufre se activa entonces para la vulcanización mediante complejación.
La vulcanización se realiza preferentemente en presencia de azufre yo donadores de azufre y con ayuda de aceleradores de vulcanización, pudiendo actuar algunos aceleradores de vulcanización simultáneamente como donadores de azufre. El azufre u otros donadores de azufre, así como uno o varios aceleradores, se añaden a la mezcla de caucho en el último paso de mezcla. En este caso, el acelerador se selecciona a partir del grupo constituido por aceleradores de tiazol y/o aceleradores de mercapto y/o aceleradores de sulfenamida y/o aceleradores de tiocarbamato y/o aceleradores de tiuram y/o aceleradores de tiofosfato y/o aceleradores de tiourea y/o aceleradores de xantogenato y/o aceleradores de guanidina.
Es preferente el empleo de un acelerador de sulfenamida, que se selecciona a partir del grupo constituido por N-ciclohexil-2-benzotiazolsulfenamida (CBS) y/o N,N-diciclohexilbenzotiazol-2-sulfenamida (DCBS) y/o benzotiazil-2-sulfenomorfolida (MBS) y/o N-terc-butil-2-benzotiazilsulfenamida (TBBS).
En este caso se pueden emplear como sustancia donadora de azufre todas las sustancias donadoras de azufre conocidas por el especialista. Si la mezcla de caucho contiene una sustancia donadora de azufre, esta se selecciona preferentemente a partir del grupo que contiene, por ejemplo, tiuramdisulfuros, como por ejemplo tetrabenciltiuramdisulfuro (TBzTD) y/o tetrametiltiuramdisulfuro (TMTD) y/o tetraetiltiuramdisulfuro (TETD) y/o tiuramtetrasulfuros, como por ejemplo dipentametilentiuramtetrasulfuro (DPTT) y/o ditiofosfatos, como por ejemplo
DipDis (bis-(diisopropil)tiofosforildisulfuro) y/o bis(O,O-2-etilhexiltiofosforil)polisulfuro (por ejemplo Rhenocure SDT 50®, Rheinchemie GmbH) y/o diclorilditiofosfato de zinc (por ejemplo Rhenocure ZDT/S®, Rheinchemie GmbH) y/o alquilditiofosfato de zinc y/o 1,6-bis(N,N-dibenciltiocarbamoilditio)hexano y/o diarilpolisulfuros y/o dialquilpolisulfuros.
La producción de las mezclas de caucho del neumático de goma maciza según la invención que contienen hollín de pirólisis y la producción del neumático de goma maciza se efectúan de modo conocido por el especialista, incorporándose en especial el hollín de pirólisis como hollín industrial. Como hollín de pirólisis apropiado se puede emplear, a modo de ejemplo, el hollín de pirólisis conocido bajo el nombre comercial CB e 603 y disponible en la firma Pyrolyx AG.
A continuación se explicará la invención por medio de ejemplos. La Fig. 1 muestra una sección transversal de una forma ejemplar y preferente de realización del neumático de goma maciza según la invención.
Este presenta una banda de rodadura 1 a partir de al menos una mezcla de caucho, que está dispuesta en el exterior radialmente en la dirección de circulación y entra en contacto con la superficie. En la Fig. 1 se representa una unión a suelo 3, que comprende una mezcla de caucho 4 y soportes de resistencia 5. Los soportes de resistencia 5 son preferentemente núcleos de cordón de acero. En la realización según la Fig. 1, los soportes de resistencia 5 están revestidos con una mezcla de engomado 6. El neumático de goma maciza en la Fig. 1 presenta una capa amortiguadora 2 a partir de una mezcla de caucho.
En la Fig. 1 se representa además una pared lateral 7 a partir de una mezcla de caucho, que limita la capa amortiguadora 2 en anchura axial, pudiéndose tratar de la misma mezcla que la de la banda de rodadura 1 en el caso de la mezcla de caucho de la pared lateral 7.
El neumático en la Fig. 1 está aplicado sobre una llanta 8. Por consiguiente, la Fig. 1 muestra igualmente un ejemplo de una rueda según la invención.
El neumático de goma maciza mostrado en la Fig. 1 presenta preferentemente y a modo de ejemplo en cada caso 1 a 200 phr de hollín de pirólisis tanto en la mezcla de banda de rodadura 1 como en la mezcla de caucho de la capa amortiguadora 2, así como en la mezcla de caucho 4 de la unión a suelo 3.
A modo de ejemplo, la mezcla de caucho de la banda de rodadura 1 contiene
100 phr de caucho natural, 4 phr de hollín de pirólisis, 0 phr de hollín industrial, 50 phr de ácido silícico, así como aditivos habituales, como agentes antienvejecimiento, óxido de zinc, ácido esteárico, agentes de copulación de silano y adyuvantes de proceso, así como un sistema de vulcanización de azufre a partir de azufre y acelerador de sulfenamida en cantidades habituales.
Por consiguiente, la mezcla de caucho de la banda de rodadura 1 no presenta hollín industrial y, con ello, está exenta de PAK, con propiedades de abrasión, agarre y resistencia de rodadura simultáneamente muy buenas.
A modo de ejemplo, la mezcla de caucho de la capa amortiguadora 2 contiene
50 phr de caucho natural, 50 phr de poliisopreno sintético, 50 phr de hollín de pirólisis, 0 phr de ácido silícico, así como aditivos habituales, como agentes antienvejecimiento, óxido de zinc, ácido esteárico, así como un sistema de vulcanización de azufre a partir de azufre y acelerador de sulfenamida en cantidades habituales.
Por consiguiente, la mezcla de caucho de la capa amortiguadora 2 no presenta hollín industrial y, con ello, está exenta de PAK, con propiedades de resistencia de rodadura simultáneamente muy buenas.
A modo de ejemplo, la mezcla de caucho 4 de la unión a suelo 3 contiene 100 phr de caucho natural, 50 phr de hollín de pirólisis en combinación con 45 phr de hollín industrial N 339 (en lugar de 95 phr de hollín industrial), así como aditivos habituales, como agentes antienvejecimiento, óxido de zinc, ácido esteárico y adyuvantes de proceso, así como un sistema de vulcanización de azufre a partir de azufre y acelerador de sulfenamida en cantidades habituales. Se ha mostrado que una gran parte del hollín industrial contenido hasta el momento se puede sustituir por hollín de pirólisis sin que se reduzcan las propiedades del neumático de goma maciza.
La mezcla de caucho 4 de la unión a suelo 3 presenta relativamente poco hollín industrial y, por lo tanto, la menor cantidad posible de PAK, con propiedades de resistencia de rodadura simultáneamente muy buenas.
Por lo tanto, el neumático de goma maciza descrito de manera ejemplar presenta hollín de pirólisis en lugar de hollín industrial en todas los componentes de gran volumen y, con ello, es relativamente respetuoso con el medio ambiente y la salud debido a los bajos contenidos en PAK.
Lista de símbolos de referencia
1 Banda de rodadura
2 Capa amortiguadora
3 Unión a suelo
4 Mezcla de caucho de la unión a suelo
5 Soportes de resistencia de la unión a suelo
6 Mezcla de engomado de los soportes de resistencia
7 Pared lateral
8 Llanta
9 Dirección radial
10 Dirección axial
Claims (11)
1. Neumático de goma maciza, caracterizado por que presenta en al menos un componente 1 a 200 phr de al menos un hollín de pirólisis, comprendiendo el neumático de goma maciza al menos una banda de rodadura, y presentando el hollín de pirólisis un contenido en ceniza de 5 a 30 % en peso.
2. Neumático de goma maciza según la reivindicación 1, caracterizado por que el hollín de pirólisis presenta un contenido en azufre de más de 1 % en peso.
3. Neumático de goma maciza según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que contiene 1 a 40 phr de al menos un hollín de pirólisis en la mezcla de caucho de la banda de rodadura.
4. Neumático de goma maciza según la reivindicación 3, caracterizado por que la mezcla de caucho de la banda de rodadura contiene como máximo 5 phr de hollín (hollines) industrial(es) y 1 a 200 phr de al menos un ácido silícico.
5. Neumático de goma maciza según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que presenta una unión a suelo que comprende al menos una mezcla de caucho y soportes de resistencia y contiene en al menos una mezcla de caucho de la unión a suelo 20 a 200 phr de al menos un hollín de pirólisis.
6. Neumático de goma maciza según la reivindicación 5, caracterizado por que la al menos una mezcla de caucho de la unión a suelo contiene como máximo hasta 60 phr de al menos un hollín industrial.
7. Neumático de goma maciza según una de las reivindicaciones 5 o 6, caracterizado por que presenta una capa amortiguadora entre la unión a suelo y la banda de rodadura y esta contiene 10 a 200 phr de al menos un hollín de pirólisis.
8. Neumático de goma maciza según la reivindicación 7, caracterizado por que la mezcla de caucho de la capa amortiguadora contiene como máximo 5 phr de hollín (hollines) industrial(es) y 30 a 200 phr de al menos un hollín de pirólisis.
9. Neumático de goma maciza según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que presenta, tanto en la banda de rodadura como en al menos una mezcla de caucho de la unión a suelo, respectivamente 1 a 200 phr de al menos un hollín de pirólisis.
10. Rueda, caracterizada por que comprende una llanta y un neumático de goma maciza según una de las reivindicaciones 1 a 9.
11. Rueda, caracterizada por que comprende una llanta o un cuerpo base con rodamientos de bolas y u neumático de goma maciza según una de las reivindicaciones 1 a 9.
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