ITTO20120366A1 - Metodo di vulcanizzazione con microonde di mescole di gomma - Google Patents

Description

“METODO DI VULCANIZZAZIONE CON MICROONDE DI MESCOLE DI GOMMAâ€

La presente invenzione à ̈ relativa ad un metodo di vulcanizzazione con microonde di mescole di gomma.

In particolare, il metodo della presente invenzione si rivolge a mescole di gomma per la realizzazioni di pneumatici, a cui la descrizione fa esplicito riferimento senza per questo perdere in generalità.

Come à ̈ noto, la metodologia standard per la vulcanizzazione di mescole di gomma prevede che le reazioni di vulcanizzazione avvengano per mezzo di calore applicato alla mescola. Per quanto riguarda la produzione di pneumatici ad esempio, il semilavorato non vulcanizzato viene inserito all’interno di uno stampo, entro il quale la mescola viene scaldata.

Da tempo era sentita nel settore l’esigenza di disporre di tecniche di vulcanizzazione che prevedessero l’utilizzo di una forma di energia diversa da quella del calore.

Un esempio di una di queste nuove tecniche riguarda l’utilizzo delle microonde come fonte di energia atta a favorire le reazioni di vulcanizzazione. L’energia delle microonde rappresenta una alternativa molto interessante sia per la sua comodità di applicazione sia per essere un sistema a basso contenuto energetico ed in grado di coinvolgere in maniera uniforme la mescola.

Tuttavia, prove di vulcanizzazione con microonde su mescole comprendenti i sistemi di vulcanizzazione convenzionalmente utilizzati, hanno dato risultati insoddisfacenti relativamente alle caratteristiche fisiche delle mescole vulcanizzate.

Scopo della presente invenzione à ̈ quello di poter realizzare la vulcanizzazione di mescole in gomma mediante l’energia delle microonde, senza per questo soffrire degli svantaggi dell’arte nota.

È stato sorprendentemente ed inaspettatamente trovato dalla Richiedente che l’utilizzo di una particolare classe di composti in qualità di acceleranti di vulcanizzazione garantisce una corretta vulcanizzazione delle mescole di gomma sotto l’azione delle microonde.

Oggetto della presente invenzione à ̈ un metodo di vulcanizzazione di una mescola comprendente almeno una base polimerica a catena insatura reticolabile ed un sistema di vulcanizzazione; detto metodo essendo caratterizzato dal fatto di prevedere l’utilizzo di microonde come forma di energia per favorire le reazioni di vulcanizzazione e dal fatto che il detto sistema di vulcanizzazione comprende composti di formula generale (I);

(R1CONR2CHR3COO-)nXn+ (I)

in cui:

R1Ã ̈ un gruppo alifatico C6-C23

R2Ã ̈ H oppure un gruppo alifatico C1-C8

R3Ã ̈ H oppure un gruppo alifatico o aromatico C1-C8, X Ã ̈ un catione metallico, preferibilmente un catione alcalino, e

n à ̈ un numero intero compreso tra 1 e 3.

Preferibilmente, il gruppo alifatico R1comprende un doppio legame.

Preferibilmente, Xn+ Ã ̈ Na+

Preferibilmente, il tensioattivo ha una formula molecolare compresa nel gruppo composto da:

CH3(CH2)7CHCH(CH2)7CONHCH2COO- X+; e CH2CH(CH2)8CONHCH2COO- X+.

Preferibilmente, i composti di formula generale (I) agiscono come acceleranti di vulcanizzazione in presenza di microonde.

Un altro oggetto della presente invenzione à ̈ un prodotto in gomma vulcanizzata caratterizzato dal fatto di essere realizzato con il metodo oggetto della presente invenzione.

Un ulteriore oggetto della presente invenzione à ̈ un pneumatico caratterizzato dal fatto di comprendere almeno una parte in gomma realizzata con il metodo oggetto della presente invenzione

Gli esempi che seguono servono a scopo illustrativo e non limitativo, per una migliore comprensione dell'invenzione.

ESEMPI

Negli esempi sotto riportati sono stati utilizzati due differenti composti (a, b) compresi nella formula generale (I).

Di seguito sono descritti i due composti utilizzati: - il composto (a) Ã ̈ di formula molecolare CH3(CH2)7CHCH(CH2)7CONHCH2COO- Na+; e

- il composto (b) Ã ̈ di formula molecolare CH2CH(CH2)8CONHCH2COO- Na+.

Sono state preparate due mescole (A e B), comprendenti ognuna un rispettivo composto (a) e (b).

Inoltre, per confronto à ̈ stata preparata una altra mescola C comprendente un sistema di vulcanizzazione dell’arte nota.

Le mescole A-C sono state realizzate mediante l’utilizzo di un miscelatore seguendo un procedimento standard assolutamente non limitativo ai fini della presente invenzione. In particolare, à ̈ stata realizzata una prima fase di miscelazione in cui la base polimerica reticolabile e il nero di carbonio sono stati sottoposti a miscelazione fino al raggiungimento di una temperatura compresa tra 140-160°C; una seconda fase di miscelazione in cui la miscela proveniente dalla prima fase à ̈ stata sottoposta a miscelazione fino al raggiungimento di una temperatura compresa tra 130-150°C; un terza fase di miscelazione, in cui alla miscela ottenuta dalla precedente fase sono stati aggiunti gli agenti di vulcanizzazione con conseguente miscelazione fino la raggiungimento di una temperatura compresa tra 100-110°C.

In Tabella I sono riportate le composizioni in phr delle mescole sopra menzionate.

TABELLA I

A B C

S-SBR 100 100 100

N660 40 40 40

ZnO 2 2 2

S 2 2 2

comp.(a) 2 -- --comp.(b) -- 2 --TBBS -- -- 2

Acido 1 1 1

stearico

Come à ̈ riportato in Tabella I, nelle mescole A e B l’accelerante TBBS (N-ter-butylbenzothiazolesulfenamide) à ̈ stato sostituito da un composto di formula generale (I).

Le mescole A-C sono state sottoposte ad una processo di vulcanizzazione in cui à ̈ stata utilizzata l’energia delle microonde.

A tale scopo à ̈ stato utilizzato un forno da laboratorio di tipo Microwave system CEM modello MDS-2100, il quale à ̈ fornito di controllo di temperatura di tipo PID il che ha permesso di condurre prove a temperatura costante.

In particolare, le principali caratteristiche del forno utilizzato sono:

- Intervallo di potenza da 0 a 1000 watt ± 50 watt con la possibilità di programmare incrementi percentuali dell’1%;

- Temperatura controllata tramite un sensore in fibra ottica (limite termico di utilizzo 185°C). Il controllo di temperatura di tipo PID Ã ̈ operato dal processore interno del forno.

Un primo set di prove sperimentali sono state realizzate utilizzando una potenza di microonde di 100 W per un tempo di applicazione di 50 min.

Per poter disporre di un confronto significativo, la mescola di confronto C à ̈ stata sottoposta sia ad un processo di vulcanizzazione mediante l’energia delle microonde come sopra definito, sia ad un processo di vulcanizzazione convenzionale, mediante riscaldamento a 150°C per un tempo di 15 minuti.

Inoltre, per poter verificare la specificità dei composti di formula (I) nei confronti della vulcanizzazione realizzata mediante l’energia delle microonde, la mescola A à ̈ stata sottoposta anche ad un processo di vulcanizzazione convenzionale mediante riscaldamento a 150°C per un tempo di 15 minuti.

Una volta vulcanizzate, le mescole sono state sottoposte a test relativi alle proprietà fisiche (TB, 100%, 300% e EB) in accordo con la norma ASTM D412C e ad un test relativo alla durezza (HD) in accordo con la norma ISO48.

In tabella II i valori relativi alle proprietà fisiche sono espressi in MPa, mentre i valori relativi alla durezza sono espressi in shore A.

TABELLA II

AMWBMWCMWATCTTB 12,5 11,9 8,4 19,6 29,0 100% 1,5 1,6 0,8 2,0 1,2 300% 6,2 6,6 4,0 7,0 6,6 EB 400 410 441 396 603 HD 40 42 31 40 46 I dati di Tabella II dimostrano chiaramente come la sostituzione dell’accelerante TBBS con i composti compresi nella formula generale (I) garantisca un più efficace processo di vulcanizzazione della mescola mediante l’utilizzo dell’energia delle microonde. Infatti, i valori sopra riportati dimostrano come la vulcanizzazione con microonde per le mescole A e B garantisca l’ottenimento di prodotti in gomma con accettabili proprietà fisiche, a differenza di quanto ottenuto con la vulcanizzazione con microonde della mescola di confronto C.

Come può risultare immediato ad un tecnico del ramo i valori relativi alle proprietà fisiche possono essere migliorati con l’aggiunta di opportuni ingredienti.

Anche il confronto con i valori di Tabella II relativi alla mescola C vulcanizzata mediante energia termica (CT) dimostrano che à ̈ possibile sostituire la vulcanizzazione ottenuta con energia termica con una vulcanizzazione ottenuta con energia delle microonde senza compromettere completamente le proprietà fisiche del prodotto risultante, le quali come sopra riportato possono essere ulteriormente migliorate con l’introduzione di opportuni ingredienti.

Infine, confrontando la variazione dei dati relativi alle mescole A e C vulcanizzate mediante microonde e la variazione dei dati relativi alle mescole A e C vulcanizzate, invece, con il metodo termico convenzionale, si evince come l’effetto accelerante dei composti di formula (I) sia chiaramente più marcato qualora la vulcanizzazione avvenga mediante l’utilizzo di energia delle microonde.

Infatti, i dati di Tabella II dimostrano che la mescola A vulcanizza in maniera migliore della mescola C quando viene realizzata la vulcanizzazione con le microonde, mentre quando viene realizzata la vulcanizza termica à ̈ la mescola C che vulcanizza in maniera migliore della mescola A.

Allo scopo di verificare l’effetto accelerante dei composti di formula (I) nella vulcanizzazione con microonde, ognuna delle mescole A-C à ̈ stata sottoposta all’azione delle microonde (100 W) per periodi di tempo differenti (5 min., 15 min., 25 min.) e rilevando al termine di ogni periodo le proprietà fisiche sopra riportate in Tabella II.

In Tabella III sono riportati i valori relativi alle proprietà fisiche rilevati al termine di ciascun periodo di applicazione delle microonde.

TABELLA III

5 minuti 15 minuti 25 minuti A B CMWA B CMWA B CMWTB 4,4 4,0 4,6 7,2 6,8 3,1 9,2 10,0 5,9 100% 1,1 0,9 0,7 1,1 1,0 1,0 1,1 1,3 0,8 300% 4,3 3,2 2,5 4,7 4,9 1,8 5,1 5,2 3,0 EB 303 300 315 397 380 340 418 400 419 HD 18 17 19 19 19 20 26 27 25 Dai dati di Tabella III risulta evidente come, per la vulcanizzazione promossa dall’energia delle microonde, i composti di formula (I) svolgano il ruolo di acceleranti di vulcanizzazione in maniera molto più marcata degli acceleranti dell’arte nota quale ad esempio il TBBS.

Il metodo oggetto della presente invenzione consente di realizzare la vulcanizzazione delle mescole di gomma ottimizzando il consumo energetico.

Inoltre, il metodo della presente invenzione permette la vulcanizzazione di mescole in presenza di gomma già vulcanizzata, senza per questo creare problemi a quest’ultima. In tali situazioni, qualora si procedesse ad una vulcanizzazione di tipo convenzionale (termica), si potrebbero verificare dei problemi di degradazione della mescola già vulcanizzata. Infatti, l’utilizzo delle microonde garantisce una elevata praticità di localizzazione dell’energia, il che risulta particolarmente vantaggioso per la vulcanizzazione di una sola mescola compresa in un prodotto in gomma più complesso, quale ad esempio un pneumatico.

Un esempio delle situazioni di cui sopra à ̈ relativo alle mescole di riparazione, le quali vengono utilizzate per riparare parti del pneumatico già vulcanizzato. In tale situazione risulta importante che la mescola di riparazione, una volta applicata sulla porzione da riparare, vulcanizzi senza sottoporre a prolungati stress termici la gomma già precedentemente vulcanizzata dello stesso pneumatico.

Infine, va menzionato che la Richiedente ha realizzato una metodologia per la preparazione di mescole in fase acquosa mediante l’utilizzo dei composti di formula (I) come tensioattivi. Una tale metodologia à ̈ descritta e rivendicata nella domanda di brevetto italiano TO2010A000427. Da quanto sopra riportato risulta immediato come i composti di formula generale (I) possano essere utilizzati per una duplice funzione: come tensioattivi per la preparazione delle mescole e come acceleranti di vulcanizzazione per la vulcanizzazione con microonde, con gli ovvi vantaggi che questa duplice funzione comporta.

Claims (7)

1. RIVENDICAZIONI 1. Metodo di vulcanizzazione di una mescola comprendente una base polimerica a catena insatura reticolabile e un sistema di vulcanizzazione; detto metodo essendo caratterizzato dal fatto di comprendere l’utilizzo di microonde come forma di energia per favorire le reazioni di vulcanizzazione e dal fatto che il detto sistema di vulcanizzazione comprende dei composti di formula generale (I); (R1CONR2CHR3COO-)nXn+ (I) in cui: R1à ̈ un gruppo alifatico C6-C23 R2à ̈ H oppure un gruppo alifatico C1-C8 R3à ̈ H oppure un gruppo alifatico o aromatico C1-C8, X à ̈ un catione metallico, preferibilmente un catione alcalino, e n à ̈ un numero intero compreso tra 1 e 3.
2. 2. Metodo di vulcanizzazione di una mescola di gomma secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti composti di formula generale (I) sono degli acceleranti di vulcanizzazione
3. 3. Metodo di vulcanizzazione di una mescola di gomma secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che il gruppo alifatico R1comprende un doppio legame.
4. 4. Metodo di vulcanizzazione di una mescola di gomma secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che i composti di formula generale (I) sono CH3(CH2)7CHCH(CH2)7CONHCH2COO- X+; e CH2CH(CH2)8CONHCH2COO- X+
5. 5. Metodo di vulcanizzazione di una mescola di gomma secondo una delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che Xn+ Ã ̈ Na+
6. 6. Prodotto in gomma vulcanizzata caratterizzato dal fatto di essere realizzato con il metodo secondo una delle rivendicazioni precedenti.
7. 7. Pneumatico caratterizzato dal fatto di comprendere almeno una parte in gomma realizzata secondo una delle rivendicazioni da 1 a 5.