MX2012002304A - Uso de negro de carbon en superficies tratadas en un elastomero para reducir la histeresis en compuestos y resistencia de rodamiento de neumaticos y mejorar la traccion en humedo. - Google Patents

Abstract

Una composición del compuesto comprendido de un negro de carbón en superficies tratadas y un polímero funcionalizado con funcionalización a lo largo de la cadena del polímero, con el polímero representando una solución SBR incluyendo pero no limitada a mezclas de SBR (PBR4003) con BR, NR y EPDM y la funcionalización del polímero SBR compuesta de grupos funcionales que contienen oxígeno polar que reducen la histéresis del compuesto y la resistencia al rodamiento, mejoran la tracción en húmedo con excelente resistencia a la abrasión como serían usados en neumáticos para autos de carreras, de camiones o de pasajeros.

Description

USO DE NEGRO DE CARBÓN EN SUPERFICIES TRATADAS EN UN ELASTÓMERO PARA REDUCIR LA HISTÉRESIS EN COMPUESTOS Y RESISTENCIA DE RODAMIENTO DE NEUMÁTICOS Y MEJORAR LA TRACCIÓN EN HÚMEDO CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se relaciona a una composición de compuesto que usa negros de carbón en superficies tratadas. Más particularmente, la presente invención se relaciona a negros de carbón en superficies tratadas usadas junto con un elastómero funcionalizado, en donde el elastómero se funcionaliza a lo largo de la cadena de polímeros proporcionando una mayor probabilidad de interacción incrementada del elastómero negro de carbón, proporcionando reducciones sustanciales en la histéresis del vulcanizado de caucho y es útil para la fabricación de artículos de caucho, incluyendo neumáticos.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION La reducción de la resistencia al rodamiento en los compuestos de rodadura de neumáticos es importante al elevar la economía en cuanto a combustible de vehículos y reducir las emisiones de dióxido de carbono. Un método para reducir la resistencia al rodamiento de compuestos de rodadura de neumáticos, normalmente compuesto de copolímeros de butadieno estireno y butadieno o mezclas de polímero de caucho natural y negro de carbón, es para alterar las características del relleno de manera que la interacción relleno-relleno se reduce y se incrementa la interacción relleno-elastómero. Esto trabaja porque reduce la fuente más grande de generación de calor en compuestos elastoméricos rellenos de negro de carbón típicamente elevando el negro de carbón como un resultado de su propensión para formarse a través de las redes por las que pasa vía alta interacción relleno-relleno. La reducción de esta interacción relleno-relleno y el incremento de la interacción relleno-elastómero pueden reducir sustancialmente el grado de redes de relleno y la histéresis del compuesto y además la resistencia al rodamiento del compuesto de rodadura de neumáticos y por último el neumático en sí mismo. Típicamente, la interacción de relleno-relleno reducida o la red se mide por una disminución en los módulos dinámicos de baja tensión, que resulta en un cambio más pequeño en la diferencia entre los módulos elásticos dinámicos de alta tensión y de baja tensión. Este fenómeno se llama el efecto Payne.

Este efecto Payne se demuestra en la Figura 1 para negro de carbón normal que contiene compuestos elastoméricos, en donde los compuestos con el cambio más pequeño (curva más plana) en el módulo dinámico como una función de la tensión, también demuestra tangente delta menor como una función de la tensión, en donde la tangente delta es la proporción del módulo de pérdida dinámico para el módulo elástico dinámico, y es un parámetro típico usado en la prueba dinámica como un indicador de acumulación de calor de los compuestos elastoméricos, con valores de tangente delta menores que representan compuestos con propiedades de acumulación de calor menores.

Los métodos que pueden usarse para reducir el relleno-relleno e incrementan la interacción relleno-elastómero en las composiciones del compuesto elastomérico incluyen: - uso de agentes de acoplamiento con negro de carbón para incrementar la interacción del elastómero negro de carbón, en donde los agentes de acoplamiento trabajan mediante unirse directamente con ambos el relleno y el elastómero (ver por ejemplo, la Patente Estadounidense 5,494,955). uso de elastómeros funcionalizados con rellenos funcionalizados compatibles, como se han hecho con los elastómeros SBR funcionalizados en los extremos de la cadena, en combinación con negro de carbón oxidado (ver, por ejemplo, las Patentes Estadounidenses 5,248,722 y 2006/0178467). Varias desventajas de los avances anteriores son evidentes.

Primero la magnitud del cambio en la histéresis vulcanizada con el uso de los negros de carbón de distribución amplia ha sido mínima y en el orden de 3 a 10%, con base en las mediciones de la tangente delta en 60 a 75°C.

En segundo lugar, el uso de agentes de acoplamiento para el negro de carbón y sílice en las composiciones del compuesto añaden costo adicional, requieren etapas de mezclado y sistemas de manejo de emisión VOC especial para las emisiones de etanol que resultan de la activación del agente de acoplamiento usado para incrementar la interacción de elastómero-relleno vía el mezclado reactivo.

En tercer lugar, cuando los negros de carbón se usan junto con los agentes de acoplamiento, los beneficios relativamente pequeños también se obtienen en términos de reducción de la histéresis del compuesto.

Por último, cuando se usa el sílice se usa con un agente de acoplamiento, que no proporciona reducción significante en histéresis vulcanizada en el orden del 40% o más, las sanciones no solamente de nuevo se incurren en cuanto a costo del sílice y el agente de acoplamiento, sino en el sílice por sí mismo que es muy abrasivo y causa un incremento en la proporción de desgaste de los mezcladores de caucho usados en las fábricas industriales. El sílice también requiere mezclado y tiempos de dispersión más prolongados, resultando en uso más alto de energía y costo y saludas de fábrica menores.

Además, el objeto de esta invención es proporcionar una composición del compuesto de caucho novedoso con base en los negros de carbón de superficies tratadas y un polímero funcionalizado, que no requiere el uso de agentes de acoplamiento caros y no resulta en desgaste prematuro de los mezcladores de caucho de fábrica sino aún proporciona reducciones significantes en la histéresis del compuesto y mantiene o mejora la tracción en húmedo del compuesto más similar al sílice, proporciona buena resistencia a la abrasión y proporción fácil dispersión para ciclos de mezclado más cortos, costos menores de energía y un mayor rendimiento de fábrica en contra de la composiciones del compuesto basadas en sílice. Adicionalmente, este beneficio de funcionamiento único se obtiene con la combinación de negros de carbón de superficies tratadas y una solución SBR funcionalizada, que tiene su funcionalización a lo largo de la cadena del polímero que proporciona una probabilidad mucho más alta de incrementar la interacción elastómero-relleno como se opone a los elastómeros con funcionalización de extremo de cadena terminal. El arte previo, especialmente para la solución SBR, enseña el uso de la funcionalización de polímero en los extremos de cadena.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN Los científicos empleados por Columbian Chemicals Company y Lanxess conjuntamente desarrollaron la invención descrita en este documento. En resumen la invención, los negros de carbón en superficies tratadas se han usado junto con un elastómero funcionalizado, en donde el elastómero se funcionaliza a lo largo de la cadena, proporcionando una mayor probabilidad de interacción incrementada de elastómero-negro de carbón, proporcionando reducciones sustanciales y sorprendentes en la histéresis y beneficios en la tracción en húmedo relativos a los compuestos que contienen negro de carbón convencional, con dichas reducciones en la histéresis del compuesto e incrementos en la tracción en húmedo más cercanamente aproximándose a los compuestos que contienen sílice mientras también mantienen excelente resistencia a la abrasión de un compuesto de negro de carbón.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Para un entendimiento adicional de la naturaleza, objetos y ventajas de la presente invención, debe hacerse referencia a la siguiente descripción detallada, leerla junto con los dibujos que la acompañan en donde los numerales de referencia similares denotan elementos similares y en donde: La Figura 1 ilustra el Efecto de .Payne y las Afecciones Correspondientes en la Tangente Delta para un Rango Amplio de Negros de Carbón en un Sistema de Elastómero Normal (no funcionalizado).

La Figura 2 ilustra la Reducción del Efecto de Payne para el Peróxido y el Ozono Tratado (para Tiempos de Variación) N234 en BUNA VSL VP PBR-4003 funcionalizado (a lo largo de la cadena) contra un Control N234 no tratado y el Sílice en BUNA VSL 5025-2 Normales (compuestos con 0.2 phr DPG).

La Figura 3 ilustra la Reducción del Efecto Payne para Peróxido, Ozono y Amina Tratada N234 en BUNA VSL VP PBR-4003 funcionalizado (a lo largo de la cadena) contra un Control N234 no tratado y Sílice en BUNA VSL 5025-2 Normal (compuestos con 0.2 phr DGP).

La Figura 4 ilustra la Tangente Delta como una Función de Tensión Dinámica para Peróxido y Ozono Tratado N234 (para los Tiempos de Variación) en BUNA VSL VP PBR-4003 funcionalizado (a lo largo de la cadena) contra un Control N234 no tratado y Sílice en BUNA VSL 5025-2 Normal (compuestos con 0.2 phr DPG).

La Figura 5 ilustra la Tangente Delta como una Función de la Tensión Dinámica par Peróxido, Ozono y N234 de Amina Tratada en BUNA VSL PBR-4003 funcionalizado (a lo largo de la cadena) contra un Control N234 no tratado y Sílice en BUNA VSL 5025-2 Normal (compuestos con 0.2 phr DPG).

La Figura 6 ilustra la Tangente Delta como una Función de la Temperatura para el Peróxido y Ozono N234 tratado (para los Tiempos de Variación) en BUNA VSL VP PBR-4003 funcionalizado (a lo largo de la cadena) contra un Control N234 no tratado y Sílice en BUNA VSL 5025-2 Normal (compuestos con 0.2 phr DPG).

La Figura 7 ilustra la Tangente Delta como una Función de Temperatura para el Peróxido, Ozono y Amina N234 Tratada en BUNA VSL VP PBR-4003 funcionalizada (a lo largo de la cadena) contra un Control N234 no tratado y Sílice en BUNA VSL 5025-2 Normal (compuestos con 0.2 phr DPG).

La Figura 8 ilustra la Reducción del Efecto Payne para el Ozono N234 Tratado (5.5 hrs) y los Negros de Carbón del Área de Superficie Mayor (N1 15, N134, CD21 15) en BUNA VSL VP PBR-2003 funcionalizado (a lo largo de la cadena) contra un Control N234 no tratado y Sílice en BUNA VSL 5025-2 Normal (compuestos con 2.0 p r DPG).

La Figura 9 ilustra la Reducción de Tangente Delta para el Ozono Tratado (5.5 hrs) N234 y Negros de Carbón del Área de Superficie Mayor (N1 15, N134, CD21 15) en BUNA VSL VP PBR-4003 funcionalizado (a lo largo de la cadena) contra el Control N234 tratado ahora y Sílice en BUNA VSL 5025-2 Normal (compuestos con 2.0 phr DPG).

La Figura 10 ilustra la Tangente Delta como una Función de Temperatura para el Ozono N234 Tratado y los Negros de Carbón del Área de Superficie Mayor en BUNA VSL VP PBR-4003 funcionalizado (a lo largo de la cadena) contra un Control N234 no tratado y Sílice BUNA VSL 5025-2 Normal (compuestos con 2.0 phr DPG) y La Figura 1 1 ilustra los cambios en la Tangente Delta en 0°C y 60°C prediciendo la tracción en húmedo y la resistencia al rodamiento para el Compuesto 8 de la Inventiva, BUNA VSL VP PBR 4003/BR con N234 oxidado para ser igual o mejor que el Compuesto de Referencia de Sílice 10, mostrado en las Tablas 1 1 -13 posteriores.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN En una modalidad preferida de la presente invención, los resultados de este trabajo en un compuesto de rodadura de neumático modelo han demostrado la reducción de la tangente delta (parámetro principal usado para evaluar el potencial de un compuesto de caucho para reducir la acumulación en una aplicación dinámica). De hecho, estos resultados han sido inesperados en términos de la magnitud de la disminución en la tangente delta y la mejora correspondiente en la tracción en húmedo predicha (tangente delta en el rango de 0 a 10°C). Este tipo de comportamiento, tangente delta menor a 60°C a 75°C (predicción de la resistencia al rodamiento menor) y una tangente delta mayor a 0°C (predicción de tracción en húmedo mayor) fue sorpresivamente para el negro de carbón.

Normalmente, la reducción de histéresis del compuesto es relativamente menor para el negro de carbón, usado como fabricado o incluso en la superficie tratada, cuando se combina con compuestos SBR, BR, NR o EPDM normales y comunes, y normalmente uno o el otro parámetros (resistencia al rodamiento o reacción en la humedad) deben mejorarse, pero no ambos simultáneamente y no a un grado significante. En la presente invención, la combinación del negro de carbón en superficies tratadas y el elastómero funcionalizado con la funcionalización a lo largo de la cadena de polímero, proporciona una composición de compuesto con reducción de tangente delta significante y mantiene y mejora la respuesta potencial de la tracción en húmedo.

Lo que se proporciona es una composición de compuesto de un negro de carbón en superficies tratadas, tratado vía la oxidación, la oxidación seguida por el tratamiento con una base o clorinación seguida por el tratamiento con una base, que proporciona un negro de carbón con grupos funcionales en la superficie compuesto de oxígeno, básicas o una combinación de oxígeno y grupos funcionales básicos y un polímero funcionalizado con funcionalización junto con la cadena de polímero, con el polímero representando una solución SBR y la funcionalización representando una funcionalidad del ácido carboxílico (-COOH) o hidróxido (-OH).

Adicionalmente, se proporciona un compuesto que es relativamente mezclado para facilitar la interacción química entre el negro de carbón funcionalizado y el elastómero funcionalizado, en donde la mezcla reactiva se lleva a cabo en un mezclador de caucho de manera que el compuesto se sujeta a una temperatura elevada en el rango de 145°C a 160°C por un periodo de tiempo de 2 a 8 minutos.

La presente invención usa una composición de compuesto para rodadura de neumáticos típico como se representa en la Tabla 1 posterior, en donde el compuesto se compone completamente de la solución funcionalizada Lanxess SBR, BUNA VSL VP PBR 4003 (de aquí en adelante referido como PBR 4003), pero también sería representado por las mezclas SBR/BR de las proporciones de 60/40 SBR/BR para 100/0 SBR/BR como se muestra en la Tabla 2. Adicionalmente, el negro de carbón N234 en superficies tratadas y/o mezclas de superficies tratadas y como negro de carbón fabricado o sílice en proporciones oscilando desde 50/50 a 100/0 pueden usarse, en cantidades oscilando desde 40 a 120 phr, junto con los aceites de procesamiento típicos, oscilando desde 2 a 50 phr, siendo representativos de una formulación de rodadura de neumáticos típica como debe usarse para los neumáticos.

Tablal Receta de la Prueba de SBR en Solución Tabla 2 Composición del Compuesto La presente invención también usa un esquema de mezclado típico como se representa en la Tabla 3 posterior, en donde el orden de la adición del ingrediente mostrado es típico de los esquemas de mezclado de caucho pero en adición a los tiempos normales de mezclado y las temperaturas se usan y comparan a los tiempos de mezclado reactivo y las temperaturas, que son mayores y la temperatura mayor, respectivamente en contra de los esquemas de mezclado típicos. Los esquemas de mezclado reactivos se requieren para facilitar la interacción incrementada del elastómero-negro de carbón de los negros de carbón en superficies tratadas y el polímero funcionalizado con la funcionalización a lo largo de la cadena del polímero para realizar las ventajas del compuesto de bajar la histéresis y buena tracción en húmedo y resistencia a la abrasión como se describió anteriormente.

Tabla 3 Esquemas de Mezclado Reactivo Contra Normal Una modalidad preferida de esta invención proporciona composiciones del compuesto preparadas con varios esquemas para el tratamiento de la superficie de negro de carbón diferentes con diferentes químicas, para interactuar sinérgicamente con el polímero funcionalizado con la funcionalización junto con la cadena de polímero, y en este caso con la funcionalización del ácido carboxílico junto con la cadena de polímero para incrementar la interacción del elastómero-relleno y disminuir la interacción de relleno-relleno como se evidenció mediante la reducción del módulo elástico de baja tensión, por el Efecto Payne, y significativamente reduce la histéresis del compuesto y mantiene y mejora la tracción en húmedo del compuesto y la resistencia a la abrasión.

Además de, las composiciones del compuesto incluyendo N234, el negro de carbón como se define y lista en la Tabla 4 incluye negros de carbón con áreas de superficie de nitrógeno en el rango de 60 a 300 m2/g (NSA, ver el ASTM D6556) y niveles de estructura o los niveles de absorción del aceite (OAN, ver el ASTM D2414) en el rango de 50 a 180 cc/100 g, como deben producirse vía el horno, atrapado en el proceso de negro de humo.

Tabla 4 Niveles de Área de Superficie (NSA) y Estructura (OAN) de Negros de Carbón Se proporciona una composición de compuesto de polímero funcionalizado con la funcionalización junto con la cadena de polímero y un tratamiento de superficie con negro de carbón con la oxidación de la superficie del negro de carbón vía peróxido (por ejemplo, ver la Patente Estadounidense 6, 120,594) y ozono (por ejemplo ver, la Patente Estadounidense 6,471,933) para proporcionar un mecanismo de unión intermolecular-hidrógeno y/o polar-polar entre los grupos funcionales basados en oxígeno en la superficie de negro de carbón y la funcionalidad del ácido carboxílico junto con la cadena de polímero del polímero funcionalizado, con la funcionalización junto con la cadena de polímero resultante en interacción de elastómero- relleno incrementada, interacción relleno-relleno reducida y Efecto de Payne reducida.

Se proporciona una composición de compuesto de polímero funcionalizado con funcionalización junto con la cadena del polímero y un tratamiento de superficie con negro de carbón con oxidación del negro de carbón seguido por el tratamiento con compuestos basados en amina (por ejemplo, ver la Patente Estadounidense 5,708,055), de preferencia compuestos diamina, que proporcionan una interacción de base-ácido con los grupos funcionales amina básicos en el negro de carbón y los grupos de ácido carboxílico junto con la cadena de polímero del polímero funcionalizado, con la funcionalización junto con la cadena de polímero resultante en la interacción de elastómero-relleno incrementada, interacción de relleno-relleno reducida y Efecto Payne reducido.

Se proporciona una composición de compuesto de polímero funcionalizado con funcionalización junto con la cadena de polímero y un tratamiento de superficie con negro de carbón con oxidación del negro de carbón seguido por el tratamiento con compuestos basados en amina, de preferencia los compuestos amina con hidróxido u otro polar, los grupos funcionales conteniendo oxígeno, que proporcionan una interacción base-ácido y/o base-ácido e interacción polar-polar con los grupos funcionales en el negro de carbón y los grupos carboxílicos junto con la cadena de polímero del polímero funcionalizado con la funcionalización junto con la cadena de polímero del polímero funcionalizado, con la funcionalización junto con la cadena de polímero resultando en interacción elastómero-relleno incrementada, interacción relleno-relleno reducida y efecto Payne reducido.

Se proporciona una composición de compuesto de polímero funcionalizado con funcionalización junto con la cadena de polímero y un tratamiento de superficie con negro de carbón con oxidación del negro de carbón seguido por el tratamiento con compuestos con base hidroxi, que proporcionan una interacción polar-polar y/o unión de hidrógeno intramolecular con los grupos funcionales en el negro de carbón y los grupos carboxílicos junto con la cadena de polímero de polímero funcionalizado, con la funcionalización junto con la cadena de polímero resultante en interacción de elastómero-relleno incrementada, interacción relleno-relleno reducida y Efecto Payne reducido.

Se proporciona una composición de compuesto de polímero funcionalizado con funcionalización junto con la cadena de polímero y un tratamiento de superficie con negro de carbón con clorinación del negro de carbón seguida por el tratamiento con amoníaco, que proporciona una interacción base-ácido entre los grupos funcionales en el negro de carbón y los grupos carboxílicos junto con la cadena de polímero del polímero funcionalizado, con funcionalización junto con la cadena de polímero resultante en interacción elastómero-relleno incrementada, interacción relleno-relleno reducida y Efecto Payne reducido.

Una composición de compuesto comprendida de un negro de carbón en superficies tratadas y un polímero funcionalizado con funcionalización de ácido carboxílico junto con la cadena de polímero, con el polímero representando una solución SBR, para reducir la histéresis del compuesto y la resistencia al rodamiento y mejorar la tracción en húmedo en neumáticos, mientras se mantiene la buena resistencia a la abrasión incluyendo los neumáticos para autos de carreras, de camiones o autos de pasajeros.

La presente invención además proporciona el uso de la composición del compuesto de la inventiva para la producción de vulcanizados, que a su vez sirven para la producción de moldes altamente reforzados, en particular para la producción de neumáticos.

La presente invención además proporciona el uso de la composición del compuesto de la inventiva para la producción de mezclas de caucho.

EXPERIMENTAL: PREPARACIÓN DE NEGRO DE CARBÓN Y POLÍMEROS Los polímeros u como se fabrican y los negros de carbón en superficies tratadas usados en esta presente invención de composición del compuesto se listan en la Tabla 5 posterior y los resultados analíticos que muestran las afecciones del tratamiento a la superficie se muestran en la Tabla 6 posterior.

Tabla 5 Polímeros y Negros de Carbón en Superficies Tratadas y Como se Fabrican Tabla 6 Propiedades de la Superficie Típica de los Negros de Carbón Funcionalizados Las muestras ozonadas del negro de carbón incluyeron negro de carbón rebordado molido Sturdivant tratado en un tambor giratorio para varias duraciones de tiempo, oscilando desde 1.5 a 5.5 horas, con un flujo de aire conteniendo aproximadamente 2% de concentración de ozono seguido por el rebordeado en húmedo y posteriormente secando las muestras en un horno a 125°C por seis horas.

Las muestras de peróxido de hidrógeno incluyeron negro de carbono en polvo rebordado en húmedo con porcentaje de peso de 50/50 de 35% a 50% de peróxido de hidrógeno en un rebordeador de alfiler siguiendo el Procedimiento de Laboratorio en Lotes Interno de Columbian LSO-1. Los rebordados en húmedo resultantes posteriormente se secaron en un secador de lechos de fluidos en 125°C por dos horas.

Las muestras de amina del negro de carbón se prepararon mediante tratar cincuenta gramos de polvo N234 ozonado agregado a 2.5 litros de agua y 25 mi de acetona en un recipiente de reacción Lab Max de 6 litros. La etilendiamina, diluida en un 1 % de solución en agua destilada, se agregó lentamente al Lab Max con agitación constante hasta que el pH blanco se alcanzó. El negro de carbón se separó del agua mediante filtración de presión y se extrajo del soxhlet con agua destilada por 16 horas. La muestra de negro de carbón posteriormente se molió como café, se rebordo en húmedo y se secó en un horno por seis horas a 125°C.

Los ejemplos típicos de las repercusiones de los tratamientos a la superficie se muestran en la Tabla 6 anterior en donde el Contenido Volátil (Procedimiento Interno Columbian LS2-700) y el pH (ASTM D1512) y los valores de la Titulación Termométrica (Procedimiento Interno Columbian LS2-702) se mostraron, cuya repercusión cambia en las propiedades de la superficie como un resultado de los tratamientos a la superficie. Como puede observarse, el negro de carbón oxidado en ozono muestra un incremento absoluto de 4.7% en el contenido volátil, con un goteo dramático en pH e incremento en la titulación termométrica (medición del calor de reacción entre las porciones en la superficie del negro de carbón y la base, butilamina, que se usa como un titrante), así como un incremento en la absorción de humedad (más grupos polares), indicando que el tratamiento a la oxidación fue exitoso como los resultados muestran el incremento típico en la acidez de la superficie normalmente observada para los negros de carbón oxidados.

El negro de carbón tratado con amina muestra un mayor incremento en el pH (CB oxidado usado como materia prima, grupos tan ácido neutralizados) con un goteo grande correspondiente en el valor de titulación termométrico.

El tratamiento de amina parece exitoso, pero algunos sitios ácidos posiblemente permanezcan como evidencia por el valor de pH siendo <7 y posiblemente indica que un negro de carbón con funcionalidad de superficie dual se ha obtenido (amina básica y polar, y/o sitios ácidos basados en oxígeno, ambos están presentes).

Los resultados del tratamiento en la superficie para esos tres negros de carbón mostrados en la Tabla 6 anterior, representan valores típicos y representan los tipos de negro de carbón primeramente usados para las evaluaciones en caucho.

Los polímeros usados en esta composición del compuesto presente de la invención lisados en la Tabla 5 anterior, incluyen Lanxess Buna VSL-5025-2, solución SBR con 50% de vinilo y 25% de contenido de estireno, 37.5 phr de aceite TDAE y viscosidad Mooney ML (1 +4) @ 100°C de 47 MU y Lanxess PBR 4003, un polímero funcionalizado conteniendo funcionalización carboxílica junto con la cadena de polímero y compuesta de: Contenido de vinilo de 45% +/- 7% en peso de la porción SBR Contenido de estirol de 25% +/- 5% en peso Contenido de aceite (TDAE) de 27% +/- 1.5% en peso Viscosidad Mooney ML (1 +4) @ 100°C de 55MU +/- 10 MU Contenido de grupos COOH funcionales de 35 mmol +/- 10 mmol por kg de caucho extendido en aceite PRUEBAS EXPERIMENTALES Las variables del compuesto usado en esta evaluación se describen en la Tabla 7 posterior y el funcionamiento del compuesto de las composiciones del compuesto de la presente invención se compara en contra del polímero SNR normal (Lanxess Buna VSL-5025-2), con rellenos incluyendo negros de carbón tratados con amina o peróxido ozonado, regular y sílice, con y sin silano y con y sin mezclado reactivo. Las propiedades del funcionamiento del compuesto en caucho se listan en las Tablas 8 hasta la 13. El procedimiento de mezclado reactivo recomendado por Lanxess para usarse con Si69 incluye el mezclado a más de y manteniendo una temperatura de 150-160°C por 3 minutos, cada uno para dos pasos, seguido por la adición de los curativos en un molino. Todos los compuestos SBR (Tabla 1 y Tabla 8 hasta 10) se mezclaron en un Mini- Mezclador Plasticorder Brabender, mientras los compuestos SBR/BR (Tablas 2 y Tablas 1 1 -13) se mezclaron en un mezclador de intermezclado GK de 1 ,5. Las propiedades dinámicas para los compuestos SBR/BR mostrados en la Tabla 2, se determinaron usando una máquina servo-hidráulica MTS para los barridos de amplitud de tensión y una máquina Gabo Explexor se usó para determinar los barridos de temperatura. Los barridos de amplitud se llevaron a cabo bajo las siguientes condiciones: pieza de prueba de doble privación, 1 Hz de frecuencia y rango de amplitud de 0.2 a 80% de DSA en 60°C. Los barridos de temperatura se llevaron a cabo bajo las siguientes condiciones: 1 % de medio de tensión, 10 Hz de frecuencia, 0.1 % de amplitud de -120°C a 100°C. El acelerador de cura, DPG (?,?-difenilguanidina) se varío de 0.2 a 2.0 phr para mejorar y optimizar las proporciones de cura debido a los efectos en esta propiedad de la química de la superficie variada de los negros de carbón. Las proporciones de cura mejorada y las propiedades en caucho se obtuvieron con la cantidad mayor (2.0 phr) del DPG.

Tabla 7 Variables de Compuesto RESULTADOS DE LA PRUEBA DEL COMPUESTO Las propiedades en caucho evaluadas incluyeron lo siguiente: MDR (ASTM D5289). Dureza Shore A (ASTM D2240), Rebote (ASTM D1054) y Estrés-Tensión (ASTM D412). Las propiedades dinámicas para todos los compuestos SBR en la Tabla 1 se determinaron usando un Sistema de Expansión Reométrica Avanzada de TA Instruments (ARES) Modelo LS/M DMA, y se llevaron a cabo en privación. Los barridos de amplitud se llevaron a cabo bajo las condiciones siguientes: 0% de Tensión Media, 10 Hz de Frecuencia y rango de amplitud de 0.2-125% ptp en 75°C. Los barridos de temperatura se llevaron a cabo bajo las siguientes condiciones; 0% de tensión media, 10 Hz de Frecuencia, amplitudes de 8% (40°C y menores) y 15% de ptp (50°C y mayores) y rango de temperatura de -5°C a 60°C.

La Tabla 8 muestra las ventajas de funcionamiento de las composiciones del Compuesto de la Inventiva en contra de las composiciones del Compuesto de Referencia o Normales típicamente empleadas y las Figuras 2, 4 y 6 muestran estos resultados gráficamente para estos datos para el módulo elástico dinámico, G como una función de la tensión, la tangente delta máxima a 75°C como una función de la tensión y para la tangente delta como una función de temperatura para la resistencia a la rodadura y la predicción de tracción en húmedo, respectivamente. El Compuesto I en la Tabla 8 muestra el N234 Normal en el Buna Normal VSL 5025-2 como el Compuesto I de Referencia. El compuesto 2 muestra el N234 normal en el PBR-4003 químicamente modificado y solamente una reducción ligera del 10% en la tangente delta a 75°C así como una reducción del 17% en el Efecto Payne se realizó. Sin embargo, para los Compuestos de la Inventiva 3, 4, 5 y 6, se realizaron disminuciones significantes y sorprendentes en la tangente delta oscilando desde 19 a 39%, con niveles de incremento de ozonación (oxidación) resultando en mayores disminuciones en la tangente delta. Todo el Compuesto 7 de sílice, que puede considerarse un estándar de resistencia al rodamiento, mostró disminución de la tangente delta relativa al Compuesto 1 de 79%. El efecto Payne también mostró disminuciones significantes en el rango de 33 a 42% para los Compuestos de la Inventiva 3, 4, 5 y 6, respectivamente, relativo a los Compuestos de Referencia 1 y 2. Esta característica parece resultar en la predicción de tracción en húmedo direccionalmente mejor en -5°C, como se muestra por la tangente delta mayor para los Compuestos 3, 4, 5 y 6 a -5°C en contra de los Compuestos de Referencia 1 y 2. Notar que el tiempo de ozonación mayor (nivel mayor de oxidación) resulta en la mayor mejora en la tangente delta de disminución a 75°C (prediciendo la resistencia de rodamiento menor) y el incremento de la tangente delta en -5°C (prediciendo la tracción en húmedo incrementada), indicando que entre mayor el nivel de oxidación de superficie, mejor el funcionamiento de la composición del compuesto en términos de resistencia de rodamiento predicha menor y tracción en húmedo mejorada.

IV) OI o TABLA 8 La Tabla 9 muestra las ventajas del funcionamiento de las Composiciones del Compuesto de la Inventiva en contra de las composiciones del Compuesto de Referencia o normales típicamente empleadas y las Figuras 3, 5 y 7 muestran estos resultados gráficamente para estos datos para G' como una función de tensión, la tangente delta en 75°C como una función de tensión y para la tangente delta como una función de temperatura para la resistencia al rodamiento y la predicción de tracción en húmedo, respectivamente. El Compuesto I en la Tabla 9 muestra el N234 normal en la Buna VSL 5025-2 normal como el Compuesto de Referencia. El compuesto 2 muestra el N234 normal en el PBR-4003 químicamente modificado. La Tabla 9 compara los Compuestos de la Inventiva 5 y 6 conteniendo negros de carbón tratados con amina para los Compuestos de Referencia, el compuesto 1 , 2 y 7 y los compuestos de la inventiva 3 y 4 que contienen negros de carbón oxidados. Notar que los Compuestos 5 y 6 que contienen negros de carbón tratados con amina también muestran reducciones grandes en la tangente delta a 75°C en el orden de 34 y 39%, respectivamente en contra del Compuesto I estándar. Estas reducciones de tangente delta para los Compuestos de la Inventiva 5 y 6 son muy similares al Compuesto de la Inventiva 5 en la Tabla 8 (también mostrado como el Compuesto 4 en la Tabla 9), que tienen la respuesta de la tangente delta más baja de todos los Compuestos de la Inventiva conteniendo negros de carbón oxidados. Una ventaja adicional de los Compuestos de la Inventiva 5 y 6 conteniendo negros de carbono tratados con amina es que la proporción de cura, o el tiempo de cura del 90%, (t90) también se reduce debido a una química de superficie básica presente en los negros de carbón tratados con amina, que es una característica deseable. El efecto Payne también muestra disminuciones significantes en el rango de 57 a 62% para los Compuestos de la Inventiva 5 y 6, respectivamente, que es una disminución mayor que para los Compuestos de la Inventiva que contienen negros de carbón solamente ozonados. Esta característica parece resultar en predicción de tracción en húmedo direccionalmente mejor en -5°C, como se muestra por la tangente delta mayor para los Compuestos 5 y 6 en contra del Compuesto de Referencia I y el Compuesto de la Inventiva 5 ozonado en la Tabla 8 (y mostrado como el Compuesto 4 en la Tabla 8). Además la utilización de los negros de carbón tratados con amina en contra de los negros de carbón solamente ozonados en las Composiciones del Compuesto de la Inventiva parece resultar en r o TABLA 9 La Tabla 10 compara los Compuestos de la Inventiva que contienen negros de carbón ozonados de área de superficie mayor que N234, que incluye N1 15, N134 y CD21 15 y las Figuras 8, 9 y 10 muestran estos resultados gráficamente para estos datos para G' como una función de tensión, tangente delta a 75°C como una función de tensión y para la tangente como una función de temperatura para la resistencia al rodamiento y la predicción de tracción en húmedo, respectivamente. Los compuestos 1 y 2 de referencia en la Tabla 10 muestran resultados para N234 y N134 normales, respectivamente en BUNA VSL 5025-2 normal. Los compuestos 3, 4, 5 y 6 muestran los resultados para los compuestos de la Inventiva conteniendo N234, N134, N115 y CD21 15 ozonados, respectivamente en los Lanxess PBR-4003 y para este juego de datos, la cantidad de DPG se incrementó para 2.0 phr, que es más típica de las formulaciones usadas en la industria del caucho para los compuestos de sílice que requieren aceleradores secundarios debido a su química de superficie. Los resultados muestran un mejor balance completo de cura, las propiedades de tensión-estrés y dinámicas para todos los compuestos. En este juego de datos, el Compuesto de la Inventiva 3 (N234 ozonado, 5.5 horas) muestra un goteo sorprendente y más significante en la tangente delta de 50% relativa ai Compuesto de Referencia I y en este caso, ahora mas cercanamente iguala todo el Compuesto 7 de Sílice de Referencia, que tiene una caída del 60% en la tangente delta relativa al Compuesto de Referencia 1 . Sorpresivamente, los negros de carbón del área de superficie mayores, N1 15, N134 y CD21 15 también muestran mayores reducciones en la tangente delta máxima a 75°C en el orden del 40% relativo al Compuesto 1 de Referencia conteniendo N234. El área de superficie normalmente mayor son negros de cabrón que proporcionan acumulación de calor mayor y valores de tangente delta debido a su mayor propensión para formar redes que pasan a través de ella y el Compuesto de Referencia 2 en la Tabla 10 que contiene N134 normal en Buna VSL 5025-2 normal, demuestra este fenómeno (15% mayor de tangente delta relativa para el Compuesto de Referencia 1 que contiene N234). Relativo al Compuesto de Referencia 2 contiendo N134, el Compuesto de la Inventiva con N134 ozonado muestra un 64% de caída en la tangente delta, que es un resultado sorprendente y significante. Lo mismo puede ser para dicho N1 15 y especialmente el CD21 15, que es un negro de carbón de área de superficie mayor o significativamente más fino. El Efecto Payne también muestra disminuciones significantes en el rango de 40 a 75% para los Compuestos de la Inventiva 3, 4, 5 y 6, que de nuevo es un resultado sorprendente y cambio mayor. Notar que el todo del Compuesto de Sílice 7, muestra una disminución del 64% en el Efecto Payne relativo al Compuesto de Referencia I. Los resultados en la Tabla 10 también muestran mejor predicción de tracción en húmedo en -5°C para los Compuestos de la Inventiva 3 y 4, como se muestra por la tangente delta mayor para los Compuestos de la Inventiva 3 y 4 en contra del Compuesto de Referencia I. Además la modificación de la superficie de los negros de carbón de área de superficie mayor (área de superficie mayor que N234) usados en las composiciones del compuesto conteniendo PBR4003, puede resultar en compuestos con acumulación de calor significativamente menor y resistencia al rodamiento predicha con tracción en húmedo igual o direccionalmente mejor contra los Compuestos de Referencia que contienen N234 o sus respectivas contrapartes. en o TABLA 10 Las Tablas 1 1 -13 muestran las ventajas del funcionamiento de las composiciones de los Compuestos de la Inventiva en contra de las Composiciones del Compuesto de Referencia típicamente empleadas, pero en este caso las mezclas SBR/BR como se describen en la Tabla 2, más típicamente de un compuesto tratado de neumáticos actual se muestran. La Tabla 11 muestra las propiedades de tensión-estrés básicas indicando un muy buen balance de módulos, resistencia a la tracción y prolongación para los Compuestos de la Inventiva 4, 6 y 8 en contra de las Composiciones de Negro de Carbón de Referencia normales 1 , 9 y las Composiciones del Compuesto de Sílice 10, 11. La Tabla 12 muestra las propiedades dinámicas del Barrido de Amplitud a 60°C y muestra que todos los Compuestos de la Inventiva 4, 6 y 8 proporcionan tangente delta reducida en el rango de 9% a 21 %, relativo al Compuesto de Referencia I y 9 para N234. Los tratamientos de amina y ozonación para los Compuestos de la Inventiva 4 y 6 tuvieron tangente delta máxima mayor que el Compuesto de la Inventiva 8, que tiene una cantidad óptima de grupos de oxígeno en la superficie o contenido volátil mayor que el nivel del 5%. Consecuentemente, como se muestra en la Tabla 9, la respuesta de la tangente delta para el Compuesto Innovador 8, igualada más cercanamente a la respuesta tangente delta para los Compuestos de Sílice 10 y 11. La Tabla 12 también muestra los datos de Barrido de la Temperatura para los Compuestos de la Inventiva y de Referencia SBR/BR y como puede observarse, los Compuestos de la Inventiva 4, 6 y 8 tienen valores de tangente delta en 0°C similares a o mayores que el Compuesto de Referencia de Sílice, indicando respuesta de tracción en húmedo predicha mayor para los Compuestos de la Inventiva 4, 6 y 8. La resistencia al rodamiento predicha y la tracción en húmedo del Compuesto de la Inventiva 8 en contra del Compuesto I N234 de Referencia normal y el Compuesto de Referencia de Sílice 10 se muestran gráficamente en la Figura 1 1 . La Tabla 13 muestra la abrasión DIN, Dureza Shore A y Rebordado para los Compuestos de la Inventiva y Referencia SRB/BR. La Abrasión DIN para los Compuestos de la Inventiva 4, 6 y 8 es similar a los Compuestos de Referencia 1 y 9 y ambos son aproximadamente 18% menores en la Abrasión DIN que el Compuesto de Referencia de Sílice 10. Para la prueba de Abrasión DIN, un número menor indica mejor resistencia a la abrasión, y aquí, desgaste de la banda de rodamiento predicha mayor o mejor. Este resultado indica que los Compuestos de la Inventiva 4, 6 y 8 tienen un funcionamiento del compuesto mejorado total en contra del Compuesto de Referencia de Sílice 10, significando que el Compuesto de la Inventiva 8 tiene igual o mejor resistencia al rodamiento predicho, tracción húmeda y desgaste de la banda de rodamiento que el Compuesto de Referencia de Sílice 10.

Estos resultados indican que los Compuestos de la Inventiva han superado el obstáculo desafiante de significativamente y simultáneamente mejorar la resistencia al rodamiento, tracción en húmedo, desgaste de la banda de rodamiento y mezclado y costos del compuesto al mismo tiempo en un compuesto de caucho.

Las modalidades precedentes se presentan por medio de ejemplo solamente, el alcance de la presente invención es para limitarse solamente por las siguientes reivindicaciones. r en O TABLA 11 Propiedades de Tensión - Estrés para los Compuestos de la Inventiva y de Referencia SBR/BR TABLA 12 Propiedades Dinámicas para los Compuestos de la Inventiva y de Referencia SBR/BR o TABLA 13 Propiedades de Dureza, Abrasión, Rebordeado para los Compuestos de la Inventiva y de Referencia SBR/BR

Claims (19)

REIVINDICACIONES

1. Una composición del compuesto comprendida de un negro de carbón en superficies tratadas y un polímero funcionalizado con la funcionalización a lo largo de la cadena de polímero, con el polímero representando una solución SBR incluyendo pero no limitada a mezclas de SBR con BR, NR y EPDM, y la funcionalización del Polímero SBR compuesta de grupos funcionales que contienen oxígeno, polares, resultando en un compuesto con muy baja histéresis y resistencia al rodamiento, tracción en húmedo mejorada, resistencia excelente a la abrasión y mezclado excelente y costos del compuesto como se usarían en neumáticos de autos de carreras, de pasajeros o camiones.

2. La composición de conformidad con la reivindicación 1 , en donde el área de la superficie de los negros de carbón en superficies tratadas y la estructura oscilan desde 60 a 300 m2/g u 50 a 180 cc/100g, respectivamente, y como pueden producirse desde un horno, atrapados sobre un proceso de ennegrecimiento.

3. La composición de conformidad con la reivindicación 1 , en donde el compuesto se mezcla respectivamente para facilitar la interacción química entre un negro de carbón en superficies tratadas y un elastómero funcionalizado, en donde el mezclado reactivo se lleva a cabo en un mezclador de caucho de manera que el compuesto se mantiene en una temperatura elevada por un cierto periodo de tiempo.

4. La composición del compuesto de conformidad con la reivindicación 1 , en donde los componentes se mezclan de tal manera que la interacción elastómero negro de carbón se incrementa a través de la interacción entre los grupos funcionales elastómeros a lo largo de la cadena de polímero y el negro de carbón en superficies tratadas.

5. La composición del compuesto de conformidad con la reivindicación 1 , en donde los componentes se mezclan de tal manera que la interacción de elastómero negro de carbón se incrementa a través de la interacción polar entre los grupos funcionales del ácido carboxílico polímero y el negro de carbón en superficies tratadas, en donde el tratamiento de la superficie se lleva a cabo con agentes de oxidación.

6. La composición del compuesto de conformidad con la reivindicación 1 , en donde los componentes se mezclan de tal manera que la interacción del elastómero negro de carbón se incrementa a través de la Interacción de la base ácida entre los grupos funcionales de ácido carboxílico polímero y el negro de carbón en superficies tratadas, en donde el tratamiento de la superficie se lleva a cabo con los agentes de oxidación seguido por el tratamiento con compuestos basados en amina.

7. La composición del compuesto de conformidad con la reivindicación 1 , en donde los componentes se mezclan de tal manera que la interacción elastómero negro de carbón se incrementa a través de la interacción de base ácida entre los grupos funcionales del ácido carboxílico polímero y el negro de carbón en superficies tratadas, en donde el tratamiento de la superficie se lleva a cabo con clorinación de la superficie seguido por el tratamiento con amoniaco.

8. La composición del compuesto de conformidad con la reivindicación 1 , de manera que la interacción elastómero negro de carbón y el mezclado reactivo reduce la interacción relleno-relleno e incrementa la interacción elastómero relleno y resulta en un compuesto basado en SBR de solución que contiene negro de carbón con baja histéresis y baja resistencia al rodamiento, comparable a todos los compuestos basados en Sílice.

9. La composición del compuesto de conformidad con la reivindicación 1 , de manera que la interacción del elastómero de negro de carbón incrementada y el mezclado reactivo reducen la Interacción relleno-relleno e incrementa la interacción elastómero-relleno y resulta en un compuesto basado en SBR de solución que contiene negro de carbón con tracción en húmedo mejorada comparable a todos los compuestos basados en Sílice.

10. La composición del compuesto de conformidad con la reivindicación 1 , de manera que la interacción de elastómero negro de carbón incrementada y el mezclado reactivo reducen la interacción relleno-relleno e incrementa la interacción elastómero relleno y resulta en un negro de carbón conteniendo el compuesto basado en SBR en solución con resistencia excelente a la abrasión DIN significativamente mejor que todos los compuestos basados en Sílice.

1 1. La composición del compuesto de conformidad con la reivindicación 1 , en donde la composición resulta en ambos la histéresis significativamente menor y la tracción en húmedo mejorada comparable a todos los compuestos basados en Sílice pero con Abrasión DIN y desgaste de la banda de rodamiento mejorados.

12. Un negro de carbón de superficies tratadas usado junto con un elastómero funcionalizado en donde el elastómero es funcional a lo largo de la cadena de polímero, proporcionando una mayor probabilidad de interacción elastómero de negro carbón incrementada proporcionando reducciones sustanciales en la histéresis como se mide por la prueba dinámica y el factor de tangente delta disminuido en 60 a 75°C, y tracción en húmedo mejorada como se mide por la prueba dinámica y el factor de tangente delta incrementado en 0 a -10°C.

13. Una composición del compuesto que comprende un negro de carbón en superficies tratadas de preferencia tratado con peróxido u ozono, resultando en la oxidación de la superficie con funcionalidades que contienen oxígeno y un polímero funcionalizado con funcionalización a lo largo de la cadena de polímero con el polímero representando una solución SBR, y la funcionalización representando una funcionalidad del ácido carboxilico polar.

14. Una composición del compuesto que comprende un negro de carbón en superficies tratadas de preferencia tratada con un agente de oxidación seguido por el tratamiento con un compuesto basado en diamina, resultando en funcionalización amina y un polímero funcionalizado con funcionalización a lo largo de la cadena del polímero con el polímero representando una solución SBR y la funcionalización representando una funcionalidad del ácido carboxílico polar.

15. Una composición del compuesto que comprende un negro de carbón en superficies tratadas tratada con un agente de clorinación seguida por el tratamiento con amoniaco, resultando en la funcionalización de la amina y un polímero funcionalizado con la funcionalización a lo largo de la cadena del polímero, con el polímero representando una solución SBR, y la funcionalización representando una funcionalidad del ácido carboxílico polar.

16. Una composición del compuesto que comprende los componentes de conformidad con las reivindicaciones 1 ó 2 mezclados de tal manera que la interacción elastómero negro de carbón se incrementa a través de la unión hidrógeno intramolecular o polar polar entre los grupos funcionales del ácido carboxílico a lo largo de la cadena de polímero y los grupos funcionales que contiene oxígeno en el negro de carbón oxidado, en superficies tratadas.

17. Una composición del compuesto que comprende los componentes de conformidad con la reivindicación 1 o 2, y mezclarlos de tal manera que la interacción del elastómero negro de carbón se incrementa a través de las interacciones de base ácida entre los grupos funcionales del ácido carboxílico a lo largo de la cadena de polímero y los grupos funcionales que contienen amina en la superficie de negro carbón en superficies tratadas y clorinados/oxidados tratados en la superficie.

18. Una composición del compuesto que comprende los componentes de conformidad con las reivindicaciones 1 ó 2 y mezclados de tal manera que la interacción elastómero negro de carbón se incrementa simultáneamente a través de ambas interacciones de base ácida y de unión de hidrógeno molecular entre los grupos funcionales del ácido carboxílico junto con la cadena de polímero y los grupos funcionales conteniendo oxígeno y los grupos funcionales conteniendo amina en la superficie del negro de carbón tratada con amoniaco/amina y clorinados/oxidados.

19. Una composición del compuesto que comprende una superficie de negro de carbón tratada con amoniaco/amina y clorinado/oxidado con grupos funcionales que contienen oxígeno y/o grupos funcionales que contienen amina y un polímero funcionalizado con funcionalización del ácido carboxílico a lo largo de la cadena de polímero con el polímero representando una solución SBR incluyendo pero no limitadas a mezclas del SBR (PBR4003) con BR, BR y EPDM con histéresis del compuesto reducida y resistencia al rodamiento, tracción en húmedo mejorada y excelente desgaste de la banda de rodamiento como se usaría en neumáticos de autos de carreras, de pasajeros y camiones.