ITRM20120646A1 - Metodo per la preparazione di mescole in gomma per pneumatici - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE
“METODO PER LA PREPARAZIONE DI MESCOLE IN GOMMA PER
PNEUMATICIâ€
La presente invenzione à ̈ relativa ad un metodo per la preparazione di mescole in gomma per pneumatici.
Da tempo à ̈ noto l’utilizzo della silice come carica rinforzante nelle mescole per battistrada. La silice viene utilizzata in sostituzione parziale o totale del nero di carbonio. La scelta di utilizzo della silice à ̈ dettata dai vantaggi in termini di resistenza al rotolamento e di tenuta sul bagnato che questa comporta.
La silice viene utilizzata in combinazione con dei leganti silanici, i quali legandosi ai gruppi silanolici inibiscono la formazione di legami idrogeno tra particelle di silice ed, al tempo stesso, legano chimicamente la silice alla base polimerica.
Una classe molto interessante di leganti silanici à ̈ quella dei trialcossimercaptoalchil-silani, soprattutto in virtù dei vantaggi che questi offrono in termini di resistenza al rotolamento e di riduzione della emissione di sostanze volatili.
In particolare, il composto di formula I Ã ̈ quello che offre i maggiori vantaggi.
SH(CH2)3SiR<1>R<2>
2(I)
in cui:
R<1>à ̈ –OCH2CH3, e
R<2>à ̈ –O(CH2CH2O)5(CH2)12CH3
L’utilizzo di questa classe di leganti silanici, nonostante comporti i vantaggi sopra riportati, tuttavia provoca un aumento della viscosità della mescola con conseguenti problemi in termini di processabilità .
Generalmente, per ovviare ai problemi di processabilità si ricorre all’utilizzo in mescola di oli plasticizzanti. Una tale soluzione tuttavia comporta nuove problematiche dovute ad un peggioramento delle caratteristiche fisiche della mescola, come ad esempio la resistenza all’usura.
Era quindi sentita l’esigenza di realizzare un metodo per la preparazione di mescole in gomma per pneumatici che permettesse l’utilizzo di leganti silanici della classe dei trialcossimercaptoalchil-silani senza per questo incorrere in problemi di processabilità e/o in problemi di peggioramento delle caratteristiche fisiche della mescola stessa.
Oggetto della presente invenzione à ̈ un metodo per la preparazione di mescole in gomma per pneumatici, comprendente una prima fase di miscelazione in cui vengono miscelati tra loro almeno una base polimerica a catena insatura reticolabile, silice e un legante silanico compreso nella classe degli alcossimercaptoalchil-silani; e una fase finale di miscelazione in cui alla mescola in preparazione viene aggiunto e miscelato un sistema di vulcanizzazione comprendente almeno zolfo e agenti acceleranti; il detto metodo essendo caratterizzato dal fatto che in detta prima fase di miscelazione viene miscelato con la base polimerica un composto nucleofilo e dell’ossido di zinco dal fatto di comprendere una seconda fase di miscelazione interposta tra detta prima fase di miscelazione e detta fase finale di miscelazione ed in cui alla mescola proveniente da detta prima fase di miscelazione viene aggiunto e miscelato un legante silanico della classe degli organosilani polisolfuri.
Preferibilmente, detta seconda fase di miscelazione à ̈ interrotta dopo un tempo di miscelazione compreso tra 200 e 300 sec. e ad una temperatura della mescola inferiore a 150°C.
Preferibilmente, detto legante silanico compreso nella classe degli alcossimercaptoalchil-silani costituisce dal 10 al 60% in parti del totale di legante silanico utilizzato.
Preferibilmente, la quantità totale di legante silanico utilizzato à ̈ compresa tra 3 e 20 phr.
Preferibilmente, l’agente legante silanico à ̈ un trialcossimercaptoalchil-silano e più preferibilmente à ̈ un composto di formula I
SH(CH2)lSiR<1>R<2>
2(I)
in cui:
l à ̈ un numero intero compreso tra 1 e 6
R<1>à ̈ –O(CH2)gCH3,
R<2>à ̈ –O(CH2CH2O)m(CH2)nCH3,
g à ̈ un numero intero compreso tra 0 e 5
m à ̈ un numero intero compreso tra 2 e 8, e
n à ̈ un numero intero compreso tra 3 e 20
Preferibilmente, l à ̈ 3, g à ̈ 1, m à ̈ 5 e n à ̈ 12.
Preferibilmente, il composto nucleofilo à ̈ usato in mescola in una quantità compresa tra 0,2 e 2,0 phr.
Preferibilmente, l’ossido di zinco nella prima fase di miscelazione à ̈ usato in una quantità compresa tra 0,5 e 3,0 phr.
Preferibilmente, detto composto nucleofilo à ̈ scelto tra gli acceleranti di vulcanizzazione.
Preferibilmente, il composto nucleofilo à ̈ compreso nel gruppo composto da ammine, disulfidi, guanidine e loro derivati, tiourea e suoi derivati, tiazoli, tiourami, sulfenammidi e loro derivati, ditiocarbamati, ditiofosfati, xantati, Chinoline, Fenilendiammine e loro derivati, Fenoli e loro derivati e loro miscele; più preferibilmente il composto nucleofilo à ̈ compreso nel gruppo composto da benzotiazil-cicloesil-sulfenammide (CBS), N-terz-butil-2-benzotiazilsulfenammide (TBBS), 2-mercaptobenzotiazolo (MBT), sali di zinco del 2-mercaptobenzotiazolo (ZMBT), benzotiazil-2dicicloesil sulfenammide (DCBS), difenilguanidina (DPG), Trifenilguanidina (TPG), difenil tiourea (DPTU), benzotiazol disolfuro (MBTS), esametilentetrammina (HMT), tetrabenziltiouramdisolfuro (TBzTD) e loro miscele.
Un ulteriore oggetto della presente invenzione à ̈ una mescola realizzata con il metodo di cui sopra.
Ancora un ulteriore oggetto della presente invenzione à ̈ un pneumatico in cui almeno una sua parte sia realizzata con una mescola ottenuta dal metodo di cui sopra.
Di seguito sono riportati degli esempi a scopo esplicativo e non limitativo per una migliore comprensione della presente invenzione.
ESEMPI
Sono state realizzate cinque mescole (A-E), una delle quali (A) Ã ̈ stata realizzata secondo i dettami della presente invenzione, mentre le altre quattro (B-E) costituiscono esempi di mescole di confronto.
Come sarà più chiaro nel seguito, gli esempi di confronto si distinguono dall’esempio secondo la presente invenzione o per la sola presenza del legante silanico appartenente alla classe dei trialcossimercaptoalchilsilani, o per la assenza del composto nucleofilo nella prima fase di miscelazione, o per una differente tempistica della seconda fase di miscelazione.
Per una corretta valutazione di confronto, tutti gli esempi comprendono la stessa quantità totale di agente legante silanico.
Come sarà di seguito descritto, ognuna delle mescole à ̈ stata successivamente sottoposta a test per la valutazione delle caratteristiche relative alla viscosità , alla resistenza al rotolamento e alla resistenza all’abrasione. Le mescole descritte negli esempi sono state ottenute con la procedura sotto riportata:
- preparazione delle mescole -(1a fase di miscelazione)
In un miscelatore con rotori tangenziali e di volume interno compreso tra 230 e 270 litri sono stati caricati prima dell'inizio della miscelazione la base polimerica reticolabile, una parte di silice, il legante silanico appartenente alla classe dei trialcossimercaptoalchilsilani, l’ossido di zinco e, a seconda degli esempi, il composto nucleofilo, raggiungendo un fattore di riempimento compreso tra 66-72%.
Il miscelatore à ̈ stato azionato ad una velocità compresa tra 40-80 giri/minuto, e la miscela formatasi à ̈ stata scaricata una volta raggiunta una temperatura compresa tra 140-160°C.
(2a fase di miscelazione)
Alla miscela ottenuta dalla precedente fase à ̈ stata aggiunta una altra parte di silice e, a seconda degli esempi, un legante silanico della classe degli organosilani polisolfuri.
Il miscelatore viene azionato ad una velocità differente a seconda degli esempi. Infatti, negli esempi relativi alle mescole di confronto B-D la temperatura della mescola raggiunge un valore di circa 150°C in un tempo compreso tra 90 e 120 sec. di miscelazione, mentre nell’esempio relativo alla mescola dell’invenzione e nell’esempio relativo alla mescola di confronto E la miscelazione à ̈ stata interrotta dopo un tempo di miscelazione pari a 210 sec. con una temperatura della mescola pari a 140°C
(3a fase di miscelazione)
Alla miscela ottenuta dalla precedente fase à ̈ stato aggiunto il sistema di vulcanizzazione raggiungendo un fattore di riempimento compreso tra 63-67%.
Il miscelatore à ̈ stato azionato ad una velocità compresa tra 20-40 giri/minuto, e la miscela formatasi à ̈ stata scaricata una volta raggiunta una temperatura compresa tra 100-110°C.
In Tabella I sono riportate le composizioni in phr delle cinque mescole ottenute secondo i dettami della presente invenzione.
TABELLA I
A B C D E
1a fase di miscelazione
S-SBR 45,0
E-SBR 55,0
ZnO 1,5
SILICE 60,0
SI363 3,00 9,00 3,00 3,00 9,00
MBTS 0,5 -- -- 0,5 0,5
2a fase di miscelazione
SILICE 20
SI69 6,0 -- 6,0 6,0 --
fase finale di miscelazione
ZnO 1
Zolfo 2
acceleranti 2
S-SBR e E-SBR hanno un peso molecolare medio compreso<3>rispettivamente tra 800-1500x10 e tra 500-900x10<3>; in particolare S-SBR ha un contenuto di stirene compreso tra 10 al 45% e un contenuto di vinile compreso tra 20 e 70%, mentre E-SBR ha un contenuto di stirene compreso tra 20 al 45%.
La silice utilizzata à ̈ commercializzata con il nome ULTRASIL VN3 GR dalla società EVONIK e presenta un area superficiale 175 m<2>/g.
SI363 Ã ̈ il nome commerciale di un legante silanico compreso nella classe dei trialcossimercaptoalchil-silani e di formula SH(CH2)3Si(OCH2CH3)(O(CH2CH2O)5(CH2)12CH3)2
MBTS Ã ̈ il benzotiazol disolfuro
SI69 Ã ̈ il nome commerciale di un legante silanico compreso nella classe degli organosilani polisolfuri e di (CH3CH2O)3Si(CH2)3S4(CH2)3Si(OCH2CH3)3
Come sopra anticipato, le mescole A-E sono state sottoposte ad una serie di test per poterne valutare le proprietà relative alla viscosità , alla resistenza al rotolamento e alla resistenza all’usura.
In particolare, la viscosità à ̈ stata misurata in accordo con la norma ASTM D6080, la resistenza al rotolamento à ̈ stata misurata in accordo con la norma ASTM D5992, la resistenza all’abrasione à ̈ stata misurata in accordo con la norma DIN 53516.
Come à ̈ noto ad un tecnico del ramo i valori di tanÎ ́ a 60°C sono strettamente correlati alla proprietà di resistenza al rotolamento. In particolare, minore à ̈ il valore di tanÎ ́ a 60°C migliore risulta la resistenza al rotolamento.
Per una più immediata evidenza dei vantaggi apportati dalle mescole della presente invenzione, i valori ottenuti dai test sono stati indicizzati sulla base dei risultati ottenuti dalla mescola di confronto B.
In tabella II sono riportati i valori ottenuti dai test di cui sopra relativamente alle quattro mescole A-E realizzate secondo la presente invenzione.
TABELLA II
A B C D E
Viscosità 65 100 80 75 90
tanÎ ́ 60°C 102 100 120 105 100
Resistenza 135 100 115 125 100
all’abrasione
Dai dati di Tabella II appare evidente come la mescola A ottenuta con il metodo della presente invenzione riesca ad ottenere complessivamente i risultati migliori. Va evidenziato, infatti, che la mescola A presenta rispetto alle mescole di confronto valori di gran lunga migliori in termini sia di viscosità sia di resistenza all’abrasione, riuscendo al contempo a migliorare anche la resistenza al rotolamento.
In particolare, da un confronto con l’esempio relativo alla mescola C, si evince come la sola presenza del legante silanico compreso nella classe degli organosilani polisolfuri nella seconda fase di miscelazione non à ̈ sufficiente ad ottenere i vantaggi cercati; da un confronto con l’esempio della mescola D si evince come la presenza del composto nucleofilo nella prima fase di miscelazione unitamente alla presenza del legante silanico compreso nella classe degli organosilani polisolfuri nella seconda fase di miscelazione non à ̈ sufficiente ad ottenere i vantaggi cercati; da un confronto con l’esempio della mescola E si evince come la presenza del composto nucleofilo nella prima fase di miscelazione unitamente ad una seconda fase di miscelazione che rispetta i tempi e le temperature del metodo dell’invenzione non à ̈ sufficiente ad ottenere i vantaggi cercati.
La Richiedente ha sorprendentemente trovato che le condizioni come rivendicate nella rivendicazione 1 riescono a dare gli inaspettati risultati riportati in Tabella II.
Claims (14)
- RIVENDICAZIONI 1. Metodo per la preparazione di mescole in gomma per pneumatici, comprendente una prima fase di miscelazione in cui vengono miscelati tra loro almeno una base polimerica a catena insatura reticolabile, silice e un legante silanico compreso nella classe degli alcossimercaptoalchil-silani; e una fase finale di miscelazione in cui alla mescola in preparazione viene aggiunto e miscelato un sistema di vulcanizzazione comprendente almeno zolfo e agenti acceleranti; il detto metodo essendo caratterizzato dal fatto che in detta prima fase di miscelazione viene miscelato alla base polimerica un composto nucleofilo e ossido di zinco e dal fatto di comprendere una seconda fase di miscelazione interposta tra detta prima fase di miscelazione e detta fase finale di miscelazione ed in cui alla mescola proveniente da detta prima fase di miscelazione viene aggiunto e miscelato un legante silanico della classe degli organosilani polisolfuri.
- 2. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta seconda fase di miscelazione à ̈ interrotta dopo un tempo di miscelazione compreso tra 200 e 300 sec. e ad una temperatura della mescola inferiore a 150°C.
- 3. Metodo secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che detto legante silanico compreso nella classe dei alcossimercaptoalchil-silani costituisce dal 10 al 60% in parti del totale di legante silanico utilizzato.
- 4. Metodo secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la quantità totale di legante silanico utilizzato à ̈ compresa tra 3 e 20 phr.
- 5. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che l’agente legante silanico à ̈ un trialcossimercaptoalchil-silano.
- 6. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che l’agente legante silanico à ̈ un composto di formula I SH(CH2)lSiR<1>R<2> 2(I) in cui: l à ̈ un numero intero compreso tra 1 e 6 R<1>à ̈ –O(CH2)gCH3, R<2>à ̈ –O(CH2CH2O)m(CH2)nCH3, g à ̈ un numero intero compreso tra 0 e 5 m à ̈ un numero intero compreso tra 2 e 8, e n à ̈ un numero intero compreso tra 3 e 20
- 7. Metodo secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che l à ̈ 3, g à ̈ 1, m à ̈ 5 e n à ̈ 12.
- 8. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il composto nucleofilo à ̈ usato in mescola in una quantità compresa tra 0,2 e 2 phr.
- 9. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che l’ossido di zinco nella prima fase di miscelazione à ̈ usato in una quantità compresa tra 0,5 e 3 phr.
- 10. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto composto nucleofilo à ̈ scelto tra gli acceleranti di vulcanizzazione.
- 11. Metodo secondo la rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto che il composto nucleofilo à ̈ compreso nel gruppo composto da ammine, disulfidi, guanidine e loro derivati, tiourea e suoi derivati, tiazoli, tiourami, sulfenammidi e loro derivati, ditiocarbamati, ditiofosfati, xantati, Chinoline, Fenilendiammine e loro derivati, Fenoli e loro derivati e loro miscele.
- 12. Metodo secondo la rivendicazione 11, caratterizzato dal fatto che il composto nucleofilo à ̈ compreso nel gruppo composto da benzotiazil-cicloesilsulfenammide (CBS), N-terz-butil-2-benzotiazilsulfenammide (TBBS), 2-mercaptobenzotiazolo (MBT), sali di zinco del 2-mercaptobenzotiazolo (ZMBT), benzotiazil-2dicicloesil sulfenammide (DCBS), difenilguanidina (DPG), Trifenilguanidina (TPG), difenil tiourea (DPTU), benzotiazol disolfuro (MBTS), esametilentetrammina (HMT), tetrabenziltiouramdisolfuro (TBzTD) e loro miscele.
- 13. Mescola in gomma realizzata con il metodo secondo una delle rivendicazioni precedenti.
- 14. Pneumatico in cui almeno una sua parte à ̈ realizzata con una mescola secondo la rivendicazione 13.
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