ITTO20111208A1 - Mescola di gomma per pneumatici - Google Patents

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Description

DESCRIZIONE
del brevetto per invenzione industriale dal titolo:
"MESCOLA DI GOMMA PER PNEUMATICI"
La presente invenzione è relativa ad una nuova composizione per una mescola di gomma per pneumatici. In particolare, la presente invenzione è relativa ad una nuova composizione per una mescola di battistrada.
Da tempo è oramai noto l'utilizzo della silice come carica rinforzante nelle mescole per battistrada in sostituzione parziale o totale del nero di carbonio.
La silice rispetto al nero di carbonio comporta dei vantaggi sia in termini di resistenza al rotolamento sia in termini di tenuta sul bagnato.
La silice viene utilizzata in combinazione con i leganti silanici, i quali legandosi ai gruppi silanolici inibiscono la formazione di legami idrogeno tra particelle di silice e, al tempo stesso, legano chimicamente la silice stessa alla base polimerica.
Una classe molto interessante di leganti silanici è quella dei trialcossimercaptoalchil-silani, soprattutto in merito ai vantaggi che offrono sia in termini di resistenza al rotolamento sia in termini di riduzione della emissione di sostanze volatili.
In particolare, il composto sotto riportato è quello risultato maggiormente efficace.
Tuttavia, è stato verificato che l'utilizzo dei trialcossimercaptoalchil-silani , nonostante comporti alla mescola un miglioramento in termini di resistenza al rotolamento, tuttavia provoca un peggioramento in termini di resistenza all'abrasione.
Come può sembrare immediato ad un tecnico del ramo, per determinati tipi di pneumatico un tale svantaggio può anche risultare particolarmente compromettente.
Un eventuale aumento di silice nella mescola non risulterebbe efficace, in quanto migliorerebbe la resistenza all'abrasione a discapito però dei vantaggi ottenuti in termini di resistenza al rotolamento.
Era, quindi, sentita l'esigenza di poter disporre di una mescola di gomma per pneumatici le cui prestazioni in termini di resistenza all'abrasione non fossero compromesse dall'utilizzo di trialcossimercaptoalchil-silani utili a ridurre la resistenza al rotolamento.
È stato sorprendentemente ed inaspettatamente trovato dalla Richiedente che l'utilizzo di fibre corte di basalto in mescole di gomma per pneumatici riesce a garantire degli elevati standard in termini di resistenza all'abrasione anche in presenza di trialcossimercaptoalchil-silani e, al tempo stesso, anche a concorrere ad un miglioramento in termini di resistenza al rotolamento.
Il basalto è una roccia effusiva di origine vulcanica, di colore scuro o nero con un contenuto di silice (Si02) pari solitamente al 50%. In particolare, la composizione di basalto prevede 45-55% SÌO2, 10-15% di AI2O3, 15-20% di CaO, 5-14% di FeO, 5-12% di MgO, 2-6% di alcali e 0,5-2% di Ti02.
Il basalto ha il vantaggio di poter essere ridotto in fibre attraverso una lavorazione simile a quella per ottenere le fibre di vetro. In particolare, il basalto viene portato a temperatura di fusione (circa 1400°C) in una fornace di materiale refrattario, ed il fuso ottenuto viene successivamente estruso attraverso piccoli fori in un contenitore formato principalmente da platino per produrre fili continui di basalto.
Il basalto presenta delle caratteristiche meccaniche particolarmente elevate pur essendo al tempo stesso decisamente economico.
Fino ad oggi le fibre di basalto sono state utilizzate per usi civici grazie alle loro proprietà di isolanti termici e acustici, alla loro stabilità chimica ed alle loro proprietà meccaniche stabili anche ad alte temperature .
Oggetto della presente invenzione è una mescola di gomma per pneumatici comprendente una base polimerica; la detta mescola essendo caratterizzata dal fatto di comprendere fibre di basalto presentanti un rapporto lunghezza/diametro da 20 a 2000, preferibilmente da 100 a 300.
Preferibilmente, la mescola comprende da 1 a 20 phr di fibre di basalto, preferibilmente da 8 a 12 phr.
Preferibilmente, dette fibre di basalto sono ricoperte con un legante silanico.
Preferibilmente, la mescola comprende silice e un legante silanico della classe dei trialcossimercaptoalchilsilani. Preferibilmente, il legante silanico ha la formula molecolare (I)
(I)
Preferibilmente, la mescola comprende una silice con un area superficiale compresa tra 100 e 220 m<2>/g.
Preferibilmente, detta base polimerica a catena insatura reticolabile comprende una miscela polimerica di LMW S-SBR avente un contenuto di stirene compreso tra 20-50% e un contenuto di vinile compreso tra 30-70%, ed essendo composta da un 10-90% di una prima frazione a peso molecolare medio compreso tra 50-100xl0<3>e presentante una distribuzione del peso molecolare <1,5, e da un 10-90% di una seconda frazione a peso molecolare medio compreso tra 800-1500xl0<3>e presentante una distribuzione del peso molecolare <3,0.
La dicitura S-SBR sta ad indicare una gomma stirenebutadiene ottenuta in soluzione, mentre la dicitura E-SBR sta ad indicare una gomma stirene-butadiene ottenuta in emulsione.
Di seguito sono riportati degli esempi a scopo esplicativo e non limitativo per una migliore comprensione della presente invenzione.
ESEMPI
Sono state realizzate due mescole di confronto (A e B) e quattro mescole dell'invenzione (C - F).
In particolare, la mescola A prevede l'utilizzo di un legante silanico non appartenente alla classe dei trialcossimercaptoalchil-silani , mentre la mescola B prevede l'utilizzo del legante silanico di formula (I) appartenente alla classe dei trialcossimercaptoalchilsilani. Da un confronto dei dati sperimentali ottenuti dalle mescole A e B si noterà chiaramente come l'utilizzo dell'legante silanico di formula (I) comporti un miglioramento in termini di resistenza al rotolamento e al tempo stesso un peggioramento della resistenza all 'abrasione .
Le quattro mescole C-F della presente invenzione prevedono l'utilizzo di fibre di basalto in sostituzione di parte della silice. In particolare, sono state utilizzate sia fibre di basalto ricoperte con un legante silanico sia fibre di basalto non ricoperte. Inoltre, entrambe le tipologie di fibre sono state utilizzate sia in assenza sia in presenza di LMW S-SBR.
Ognuna delle mescole realizzate è stata successivamente sottoposta a valutazioni delle caratteristiche relative alla resistenza al rotolamento e alla resistenza all'abrasione.
Le mescole descritte negli esempi vengono ottenute secondo la procedura sotto riportata:
- preparazione delle mescole -(la fase di impasto)
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, la Silice, il legante silanico ed eventualmente le fibre di basalto, raggiungendo un fattore di riempimento compreso tra 66-72%.
Il miscelatore è stato azionato ad una velocità compresa tra 40-60 giri/minuto, e la miscela formatasi è stata scaricata una volta raggiunta una temperatura compresa tra 140-160°C.
(2a fase di impasto)
La miscela ottenuta dalla precedente fase è stata nuovamente lavorata nel miscelatore azionato ad una velocità compresa tra 40-60 giri/minuto e, successivamente, scaricata una volta raggiunta una temperatura compresa tra 130-150°C.
(3a fase di impasto)
Alla miscela ottenuta dalla precedente fase è stato aggiunto il sistema di vulcanizzazione composto da zolfo e da acceleranti raggiungendo un fattore di riempimento compreso tra 63-67%.
Il miscelatore è stato azionato ad una velocità compresa tra 20-40 giri/minuto, e la miscela formatasi è stata scaricata una volta raggiunta una temperatura compresa tra 100-110°C.
In Tabella I sono riportate le composizioni delle cinque mescole in phr.
TABELLA I
SILICE è commercializzata con il nome commerciale VN3 dalla società EVONIK e presenta un'area superficiale (N2SA) di 170 m<2>/g.
SILANOl è un agente legante silanico commercializzato con il nome SI75 dalla società DEGUSSA.
SILAN02 è di formula di struttura (I)
SH (CH2)3Si(OCH2CH3)(0 (CH2CH2O)5(CH2)13CH3)2 (I) E-SBR ha un contenuto di stirene compreso tra 23 e 45% S-SBR ha un contenuto di stirene compreso tra 25 e 45% e un contenuto di vinile compreso tra 20 e 70%, e un peso molecolare medio compreso tra 800-1500xl0<3>e presentante una distribuzione del peso molecolare <3,0.
LMW S-SBR e' una miscela polimerica di S-SBR avente un contenuto di stirene compreso tra 20-50% e un contenuto di vinile compreso tra 30-70%, ed è composta da un 10-90% di una prima frazione a peso molecolare medio compreso tra 50-100xl0<3>e presentante una distribuzione del peso molecolare <1,5, e da un 10-90% di una seconda frazione a peso molecolare medio compreso tra 800-1500xl0<3>e presentante una distribuzione del peso molecolare <3,0.
Le fibre di basalto utilizzate hanno una lunghezza di 3mm e un diametro di 13pm, mentre il rivestimento di legante silanico è del tipo epossi-compatibile. Altri tipi di rivestimento del tipo bis-trialcoxy-alkyl-sulfide silane 0 trialcoxy-alkyl-mercapto silane.
Come sopra anticipato, le mescole A-F sono state sottoposte a test per poterne valutare le caratteristiche di resistenza al rotolamento e di resistenza all'abrasione.
1 valori delle caratteristiche di cui sopra sono stati tutti indicizzati ai valori della mescola A.
In particolare, la resistenza al rotolamento è stata estrapolata dai valori di Tand misurati in accordo con la norma ASTM D5992, mentre la resistenza all'abrasione è stata misurata in accordo con la norma DIN 53516.
In Tabella II sono riportati i valori delle caratteristiche indicizzati alla Mescola A.
Da una analisi dei valori riportati in Tabella II risulta come l'utilizzo delle fibre di basalto (Mescola C) riesca a recuperare in termini di resistenza all'abrasione quanto si era perso a causa dell'utilizzo del legante silanico di formula (I) (Mescola B) senza per questo compromettere i valori di resistenza al rotolamento ottenuti. Inoltre, l'utilizzo del LMW S-SBR migliora ancora ulteriormente la resistenza all'abrasione (Mescole D e F).
Infine, risulta particolarmente sorprendente come l'utilizzo di fibre di basalto ricoperte con un legante silanico (Mescole E e F) impartisca anche sensibili miglioramenti in termini di resistenza al rotolamento.
Va considerato che le fibre di basalto comprendendo S1O2come componente principale possono essere ricoperti con un legante silanico tramite il quale possono interagire con la base polimerica in maniera più efficace di quello che possono fare atri materiali di rinforzo quali ad esempio Kevlar e Carbonio.

Claims (12)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Mescola di gomma per pneumatici comprendente una base polimerica; la detta mescola essendo caratterizzata dal fatto di comprendere fibre di basalto presentanti un rapporto lunghezza/diametro compreso nell'intervallo da 20 a 2000.
  2. 2. Mescola di gomma per pneumatici secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto di comprendere un sistema di vulcanizzazione atto a provocare la vulcanizzazione della base polimerica mediante riscaldamento .
  3. 3. Mescola di gomma per pneumatici secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzata dal fatto che il rapporto lunghezza/diametro delle fibre di basalto è compreso nell'intervallo da 100 a 300.
  4. 4. Mescola di gomma per pneumatici secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto di comprendere da 1 a 20 phr di fibre di basalto.
  5. 5. Mescola di gomma per pneumatici secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto di comprendere da 8 a 12 phr di fibre di basalto.
  6. 6. Mescola di gomma per pneumatici secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che dette fibre di basalto sono ricoperte con un legante silanico.
  7. 7. Mescola di gomma per pneumatici secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto di comprendere silice e un legante silanico della classe dei trialcossimercaptoalchil-silani .
  8. 8. Mescola di gomma per pneumatici secondo la rivendicazione 7, caratterizzata dal fatto che detto legante silanico ha la formula molecolare (I) SH (CH2)3Si(OCH2CH3)(0 (CH2CH2O)5(CH2)13CH3)2 (I)
  9. 9. Mescola di gomma per pneumatici secondo la rivendicazione 7, caratterizzata dal fatto che detta silice ha un area superficiale compresa tra 100 e 220 m<2>/g.
  10. 10. Mescola di gomma per pneumatici secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detta base polimerica a catena insatura reticolabile comprende una miscela polimerica di S-SBR avente un contenuto di stirene compreso tra 20-50% e un contenuto di vinile compreso tra 30-70%, ed essendo composta da un 10-90% di una prima frazione a peso molecolare medio compreso tra 50-100xl0<3>e presentante una distribuzione del peso molecolare <1,5, e da un 10-90% di una seconda frazione a peso molecolare medio compreso tra 800-1500xl0<3>e presentante una distribuzione del peso molecolare <3,0.
  11. 11. Battistrada realizzato mediante una mescola secondo una delle rivendicazioni precedenti.
  12. 12. Pneumatico comprendente un battistrada secondo la rivendicazione 11.
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