ITTO20120883A1 - Mescola in gomma per la preparazione di pneumatici - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE
"MESCOLA IN GOMMA PER LA PREPARAZIONE DI PNEUMATICI"
La presente invenzione è relativa ad una mescola in gomma. In particolare, la mescola in gomma oggetto della presente invenzione trova un preferito utilizzo nella preparazione di mescole per pneumatici, ed in particolare nella preparazione di mescole per battistrada.
Una delle esigenze su cui costantemente si concentra parte della ricerca nel campo dei pneumatici è relativa al miglioramento in termini resistenza al rotolamento dei battistrada .
A tale riguardo, da tempo è 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 è 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 è quella dei trialcossimercaptoalchil-silani, soprattutto in virtù dei vantaggi che offrono relativamente sia alla riduzione della resistenza al rotolamento sia alla riduzione della emissione di sostanze volatili.
In particolare, il composto di formula I è quello che offre i maggiori vantaggi.
SH (CH2)3SÌR<1>R<2>2(I)
in cui:
R<1>è -OCH2CH3, e
R<2>è -0(CH2CH2O)5(CH2)12CH3
L'utilizzo di questa classe di leganti silanici, nonostante comporti i vantaggi sopra riportati relativamente alla resistenza al rotolamento, tuttavia provoca un aumento della viscosità della mescola con conseguenti problemi in termini di processabilità.
Un altro svantaggio di cui soffrono le mescole di gomma per pneumatici è relativo all'uso di ossido di zinco (ZnO) quale attivatore di vulcanizzazione. Nella preparazione delle mescole lo ZnO viene, generalmente, aggiunto alla mescola in una fase finale di miscelazione, insieme agli altri agenti di vulcanizzazione.
A causa di sue possibili implicazioni di carattere ambientale, è richiesto che l'utilizzo dello ZnO sia il più limitato possibile.
Era, quindi, sentita l'esigenza sia di disporre di una mescola in grado di utilizzare come legante silanico un composto di formula (I) senza per questo incorrere in problemi di processabilità, sia di evitare l'utilizzo dello ZnO.
La Richiedente ha sorprendentemente ed inaspettatamente trovato che l'utilizzo di un una determinata classe di sali di zinco in totale sostituzione dello ZnO nella mescola riesce a soddisfare entrambe le esigenze sopra riportate. Inoltre, la Richiedente ha trovato che l'uso del sale di Zn in una prima fase di miscelazione anziché nella fase finale riesce a migliorare ulteriormente i risultati ottenuti.
Oggetto della presente invenzione è una mescola comprendente una base polimerica a catena insatura reticolabile, agenti di vulcanizzazione, silice ed un agente legante silanico appartenente alla classe dei trialcossimercaptoalchil-silani ; la detta mescola essendo caratterizzata dal fatto di comprendere un sale di zinco di un acido carbossilico a catena insatura non lineare con un massimo di 6 atomi di carbonio; detto sale di zinco essendo l'unica fonte di zinco presente in mescola.
Preferibilmente, l'agente legante silanico appartenente alla classe dei trialcossimercaptoalchilsilani è un composto di formula I
SH (CH2)ISÌR<1>R<2>2(I)
m cui:
1 è un numero intero compreso tra 1 e 6
R<1>è -0(CH2)gCH3,
R<2>è -0 (CH2CH20)m(CH2)nCH3,
g è un numero intero compreso tra 0 e 5
m è un numero intero compreso tra 2 e 8, e
n è un numero intero compreso tra 3 e 20 Preferibilmente, 1 è 3
Preferibilmente, g è l, m è 5 e n è l2.
Preferibilmente, detto sale di zinco è presente in mescola in una quantità uguale o inferiore a 10 phr; preferibilmente tra 2 e 3 phr.
Preferibilmente, detto sale di zinco è il monometilmetacrilato di zinco.
Preferibilmente, detto sale di zinco è aggiunto in mescola in una prima fase di miscelazione unitamente alla base polimerica e alla silice.
Un ulteriore oggetto della presente invenzione un battistrada realizzata con la mescola oggetto della presente invenzione.
Ancora un ulteriore oggetto della presente invenzione è un pneumatico in cui almeno una sua parte sia realizzata con la mescola oggetto della presente invenzione.
Di seguito sono riportati degli esempi a scopo esplicativo e non limitativo per una migliore comprensione della presente invenzione.
ESEMPI
Sono state realizzate quattro mescole secondo i dettami della presente invenzione (A-D) e tre mescole di confronto (E-G), in cui rispetto alle mescole dell'invenzione sono stati variati solamente gli elementi caratterizzanti l'invenzione, ossia il sale di zinco e il legante silanico.
Come sarà di seguito descritto, ognuna delle mescole è stata successivamente sottoposta a test per la valutazione delle caratteristiche relative alla viscosità, alle proprietà reometriche, alle proprietà fisiche e alle proprietà dinamiche.
Le mescole descritte negli esempi sono state ottenute secondo la procedura sotto riportata:
- preparazione delle mescole -(la 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, il nero di carbonio, la silice, il legante silanico e, a seconda degli esempi, l'ossido di zinco e il sale di zinco, 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 miscelazione)
La miscela ottenuta dalla precedente fase è stata nuovamente lavorata in 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 miscelazione)
Alla miscela ottenuta dalla precedente fase è stato aggiunto il sistema di vulcanizzazione comprendente, a seconda degli esempi, l'ossido di zinco o il sale di zinco, 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 in phr delle quattro mescole ottenute secondo i dettami della presente invenzione.
S-SBR e E-SBR hanno un peso molecolare medio compreso rispettivamente tra 800-1500xl0<3>e tra 500-900xl0<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 è commercializzata con il nome VN3 dalla società EVONIK e presenta un area superficiale 170 m<2>/g.
SI363 è il nome commerciale di un legante silanico compreso nella classe dei trialcossimercaptoalchil-silani e di formula SH (CH2)3Si(OCH2CH3)(0 (CH2CH20)5(CH2)12CH3)2
Con la sigla Zn-MMA viene indicato il monometilmetacrilato di zinco.
In Tabella II sono riportate le composizioni in phr delle sei mescole di confronto.
SI75 è il nome commerciale di un legante silanico di formula (CH3CH20)3Si(CH2) 3Sn (CH2) 3Si(OCH2CH3) 3con l<n<4 e commercializzato dalla società EVONIK.
Le mescole di confronto E e F rappresentano due mescole convenzionali in cui lo ZnO viene aggiunto nella terza fase di impasto unitamente al sistema di vulcanizzazione, e si differenziano tra loro per la tipologia di legante silanico utilizzato. La mescola di confronto G prevede l'aggiunta di parte dello ZnO nella prima fase di miscelazione.
Come sopra anticipato, le mescole A-G sono state sottoposte ad una serie di test per poterne valutare le proprietà relative alla viscosità e alle caratteristiche reometriche, fisiche e dinamiche.
In particolare, la viscosità è stata misurata in accordo con la norma ASTM D6080, le proprietà dinamiche sono state misurate in accordo con la norma ASTM D5992, le proprietà reometriche sono state misurate in accordo con la norma ASTM D5289, le proprietà fisiche sono state misurate in accordo con la norma ASTM D412C, la resistenza all'abrasione è stata misurata in accordo con la norma DIN 53516.
Come è noto ad un tecnico del ramo i valori di tand a 60°C sono strettamente correlati alla proprietà di resistenza al rotolamento. In particolare, minore è il valore di tand 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 E.
In tabella III sono riportati i valori ottenuti dai test di cui sopra relativamente alle quattro mescole A-D realizzate secondo la presente invenzione.
TABELLA III
In tabella IV sono riportati i valori ottenuti dai test di cui sopra relativamente alle tre mescole di confronto E-G.
TABELLA IV
Da un confronto dei dati riportati nelle Tabelle III e IV risultano evidenti i vantaggi delle mescole della presente invenzione.
I valori a cui prestare maggiore attenzione per meglio valutare la presente invenzione, sono quelli relativi alla viscosità e al tand 60°C.
Come è possibile notare dalle Tabelle III e IV, le mescole A-D presentano rispetto alla mescola di riferimento E un miglioramento della viscosità e della resistenza al rotolamento (tand 60°C più basso) . Un particolare miglioramento si riscontra per i valori relativi alla mescola C, la quale rappresenta una preferita forma di realizzazione della presente invenzione. Come è possibile notare dalla Tabella I la mescola C è caratterizzata dalla presenza già nella prima fase di miscelazione di tutta la quantità di sale di Zn utilizzato.
Le mescole F e G, nonostante mostrino un evidente miglioramento in termini di resistenza al rotolamento rispetto alla mescola E, tuttavia evidenziano un netto peggioramento in termini di viscosità. Tali risultati sono dovuti alla sola sostituzione del legante silanico Si75 con il SI363 della classe di trialcossimercaptoalchil-silani.
Nella preparazione della mescola G lo ZnO è stato aggiunto in parte anche nella prima fase di miscelazione senza che però questo abbia modificato in maniera rilevante i risultati in termini di viscosità.
L'aspetto sorprendente delle mescole dell'invenzione A-D è che l'uso del sale di Zn a completa sostituzione dello ZnO, oltre a garantire i ricercati vantaggi in termini di resistenza al rotolamento e di viscosità, non comporta alcun problema di vulcanizzazione. Infatti, poiché lo ZnO è comunemente utilizzato come agente di vulcanizzazione, una sua completa assenza in mescola avrebbe portato il tecnico del ramo a ritenere che si sarebbero riscontrati problemi in fase di vulcanizzazione.
Un confronto dei risultati delle proprietà reometriche delle mescole A-G dimostra, invece, che l'utilizzo del sale di Zn non pregiudica in alcun modo la fase di vulcanizzazione .
In conclusione, l'utilizzo del sale di Zn a completa sostituzione dello ZnO ed in combinazione con un agente legante silanico appartenente alla classe dei trialcossimercaptoalchil-silani , consente di non dover utilizzare lo ZnO ed al contempo garantisce alla mescola elevate prestazioni in termini di resistenza al rotolamento e di viscosità.
Claims (9)
- RIVENDICAZIONI 1. Mescola comprendente una base polimerica a catena insatura reticolabile, agenti di vulcanizzazione, silice ed un agente legante silanico appartenente alla classe dei trialcossimercaptoalchil-silani ; la detta mescola essendo caratterizzata dal fatto di comprendere un sale di zinco di un acido carbossilico a catena insatura non lineare con un massimo di 6 atomi di carbonio; detto sale di zinco essendo l'unica fonte di zinco presente nella mescola.
- 2. Mescola secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che l'agente legante silanico appartenente alla classe dei trialcossimercaptoalchil-silani è un composto di formula generale I SH (CH2)ISÌR<1>R<2>2(I) in cui: 1 è un numero intero compreso tra 1 e 6 R<1>è -0(CH2)gCH3, R<2>è -0(CH2CH20)m(CH2) nCH3, g è un numero intero compreso tra 0 e 5 m è un numero intero compreso tra 2 e 8, e n è un numero intero compreso tra 3 e 20
- 3. Mescola secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che l è 3; g è l, m è 5 e n è l2.
- 4. Mescola secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detto sale di zinco è presente in mescola in una quantità uguale o inferiore a 10 phr.
- 5. Mescola secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detto sale di zinco è presente in mescola in una quantità compresa tra 2 e 3 phr.
- 6. Mescola secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detto sale di zinco è il mono-metilmetacrilato di zinco.
- 7. Mescola secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detto sale di zinco viene aggiunto in mescola in una prima fase di miscelazione unitamente alla base polimerica ed alla silice .
- 8. Battistrada caratterizzato dal fatto di essere realizzato con una mescola secondo una delle rivendicazioni precedenti .
- 9. Pneumatico caratterizzato dal fatto di comprendere una porzione realizzata con una mescola secondo una delle rivendicazioni da 1 a 7.
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