MX2012007952A - Negro de humo de alta extructura en polimeros elastomericos y metodo de fabricacion. - Google Patents

Negro de humo de alta extructura en polimeros elastomericos y metodo de fabricacion.

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Abstract

La presente proporciona composiciones de negro de humo- estireno-butadieno de alta estructura y métodos para hacer las mismas. Además, también se proporcionan artículos hechos a partir de las composiciones de negro de humo-estireno-butadieno de alta estructura. El método puede incluir moler, mediante alto esfuerzo cortante, un negro de humo que comprende de 1 por ciento en peso a 50 por ciento en peso de negro de humo de alta estructura que forma negro de humo molido de esfuerzo cortante, y combinar el negro de humo molido de esfuerzo cortante con agua para formar una lechada de negro de humo.

Description

NEGRO DE HUMO DE ALTA ESTRUCTURA EN POLIMEROS ELASTOMERICOS Y METODO DE FABRICACION REFERENCIA CRUZADA A SOLICITUDES RELACIONADAS La presente solicitud reclama prioridad a y beneficio de la Solicitud de Patente Provisional de E.U.A. Serie No. 61/292,932 presentada el 7 de enero, 2010, intitulada "NEGRO DE HUMO DE ALTA ESTRUCTURA EN POLIMEROS ELASTOMERICOS Y METODO DE FABRICACION" y la, Solicitud de Patente de E.U.A. Serie No. 12/984,322 presentada el 4 de enero, 2011, intitulada "NEGRO DE HUMO DE ALTA ESTRUCTURA EN POLIMEROS ELASTOMERICOS Y METODO DE FABRICACION". Estas referencias se incorporan aquí en su totalidad.
CAMPO Las modalidades de la presente generalmente se refieren a un procedimiento para fabricar una composición de polímero de estireno-butadieno con un negro de humo de alta estructura, y a una composición de negro de humo-butadieno-estireno de alta estructura.
ANTECEDENTES Existe una necesidad para un procedimiento simple y menos costoso para fabricar una composición de polímero de estireno-butadieno con un negro de humo de alta estructura.
Existe una necesidad para una composición de polímero de estireno-butadieno que tenga una mejor resistencia de abrasión para bandas o correas y llantas, tales como llantas de granja y automotrices, mientras también mantengan d urabilidad de fuerza de impacto e integridad de banda de rodamiento.
Existe una necesidad para reducir el número de pasos de procesamiento requeridos para fabricar un polímero infundido de negro de humo de estireno y butadieno.
Existe una necesidad de una mejor dispersión e incorporación de un negro de humo en un polímero para características de. llanta o características de banda transportadora mejoradas, tales como resistencia al impacto mejorada o durabilidad mejorada.
Las modalidades de la presente satisfacen estas necesidades.
BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS Se entenderá mejor la descripción detallada en conjunto con los dibujos anexos que se presentan a continuación: La Figura 1 es un diagrama de una modalidad del método de fabricación de la composición de polímero de estireno-butadieno.
La Figura 2 es un diagrama de otra modalidad del método.
La Figura 3 es un diagrama de incluso otra modalidad del método.
Las modalidades de la presente se detallan a continuación con referencia a las Figuras listadas.
DESCRIPCION DETALLADA DE LAS MODALIDADES Antes de explicar el presente procedimiento y la composición con detalle, se entenderá que el procedimiento para fabricar la composición de polímero de estreno-butadieno no está limitado a las modalidades particulares y que puede practicarse y llevarse a cabo en varias formas.
El procedimiento puede utilizarse para producir una composición de polímero de estireno-butadieno con un negro de humo de alta estructura. La composición también se refiere aquí como una "composición de negro de humo-estireno-butadieno de alta estructura".
La composición de negro de humo-estireno-butadieno de alta estructura puede tener un peso molecular igual a aquel de un hule o caucho de estireno-butadieno (SBR) con una unidad de Mooney determinada como MS1+4 a 100 grados centígrados.
El término "polímero de estireno y butadieno", como se utiliza aquí, se refiere a los copolímeros que están químicamente enlazados y/o polímeros de olefina alfa entrelazados que tienen un rango de 5 por ciento a 50 por ciento en peso de estireno y un rango de 50 por ciento a 95 por ciento de butadieno en peso. El butadieno puede ser 1 ,3-butadieno líquido.
Los polímeros pueden ser polímeros naturales o polímeros sintéticos. El término "polímero natural", como se utiliza aquí, se refiere, al menos en parte, a polímeros que están derivados de un hule obtenido de fuentes botánicas.
El término "polímero sintético", como el término se utiliza aquí, se refiere, al menos en parte, a cualquier material que posee las propiedades de un hule pero producido a partir de otros botánicos naturales tales como aquellos producidos de combustibles fósiles.
Las mezclas de polímeros naturales y sintéticos pueden utilizarse en una o más modalidades.
El término "alta estructura", como se utiliza en la frase "composición de negro de humo-estireno-butadieno de alta estructura" se refiere, al menos en parte, a un negro de humo con un área de nitrógeno alta en la superficie, tal como un área de superficie de nitrógeno que excede los 50 metros cuadrados por gramo. El término "alta estructura", como se utiliza en la frase "composición de negro de humo-estireno-butadieno de alta estructura" también se refiere a negro de humo con un número de absorción de aceite (OAN) que está en exceso de 110ml/100g según determinado utilizando el estándar 2414 de; ASTM, vigente a Diciembre 2010.
El método puede incluir incorporar un agente de refuerzo de sílice, llenadores, tales como negros de humo, o combinaciones de los mismos dentro de los polímeros naturales y/o polímeros sintéticos.
La sílice, o agente de refuerzo de sílice, puede ser dispersada substancialmente de manera uniforme dentro de los polímeros naturales y/o polímeros sintéticos, y puede compatibilizarse o reaccionar con la matriz de polímero de los polímeros naturales y/o polímeros sintéticos durante el procesamiento para uso final.
La sílice puede ser sílice con un tamaño de partícula que varía de 0.1 mieras a 10 mieras.
El contenido de sílice puede tener un rango de aproximadamente 1 parte de sílice por 100 partes de polímero a aproximadamente 2 partes de sílice por 1 parte de polímero.
Los llenadores pueden arcillas, tierra diatomácea, mica, cascaras de nuez pecana molidas, materiales o fibras sólidas molidas finamente, llenadores sintéticos, llenadores naturales, y similares.
Los llenadores pueden mezclarse en relaciones de aproximadamente 1 por ciento a a proximadamente 80 por ciento e n peso de llenador con respecto a la concentración de polímero.
Los polímeros naturales y sintéticos pueden incluir hules y polímeros termoplásticos hechos en forma de látex. El término "forma de látex", como se utiliza aquí, se refiere a un acuoso/coloide de partículas de hule.
Los polímeros sintéticos que pueden utilizarse con el método pueden incluir polímeros sintéticos hechos mediante la polimerización o copolimerización de monómeros de dieno conjugado, tales como butadieno, isopreno, cloropreno, pentadieno, dimetilbutadieno, y similares.
Las polimerizaciones pueden completarse utilizando hidroperóxido de pinano a temperaturas que varían de aproximadamente 1 grado Celsius a aproximadamente 25 grados Celsius.
Los Índices de conversión pueden ser de aproximadamente 59 por ciento a aproximadamente 80 por ciento para los polímeros.
El método puede ser implementado utilizando polímeros hechos en forma de látex, que pueden incluir: polímeros basados en dieno conjugado, polímeros basados en monómeros de vinilo, y combinaciones de dienos conjugados con los monómeros de vinilo. Los monómeros de vinilo que pueden utilizarse en el método pueden incluir: estireno, alfa-metilestireno, estírenos substituidos con alquilo, viniltolueno, divinilbenceno, acrilonitrilo, cloruro de vinilo, metacrilonítrilo, isobutileno, anhídrido maleico, ésteres y ácidos acrílicos, ésteres metilacrilicos, éteres de vinilo, vinilpiridinas, y similares. Los polímeros específicos se ejemplifican por hule natural, hule de estireno-butadieno (SBR), hule de acrilonitrilo-butadieno (NBR), polímero de acrilonitrilo-butadieno-estireno (ABS), polibutadienos, cloruro de p o I i i n i I o (PVC), poliestireno, acetato de polivinilo, polímeros de butadieno-vinilpiridina, poliisoprenos, policloropreno, neopreno, copolímero de estireno-acrilonitrilo (SAN), mezclas de hule de acrilonitrilo-butadieno con cloruro de polivinilo, y similares.
El método puede llevarse a cabo al formar látex de polímero, a los cuales pueden agregarse o tros llenadores, tales c orno negro de humo. Como tal, las composiciones de sílice-negro de humo se pueden obtener con cargas altas uniformes del llenador total e incorporación cuantitativa de los llenadores.
El método puede incluir molienda mediante alto esfuerzo cortante de un negro de humo de alta estructura, tal como de aproximadamente 1 por ciento en peso a aproximadamente 50 por ciento en peso de negro de humo de alta estructura, que forma un negro de humo molido de esfuerzo cortante.
La molienda de esfuerzo cortante puede formar partículas de negro de humo que tengan un diámetro de aproximadamente 0.5 mieras a aproximadamente 100 mieras. La molienda puede utilizarse en un procedimiento de flujo continuo.
En una o más modalidades, el negro de humo puede ser o incluir negro de ,humo de la serie ASTM 100. El negro de humo, como el término se utiliza aquí, es un carbono elemental virtualmente puro en la forma de partículas coloidales que son producidas por la combustión incompleta o descomposición térmica de hidrocarbonos gaseosos o líquidos bajo condiciones controladas. La apariencia de un negro de humo es aquella de una pella o polvo finamente dividido negro. El negro de humo puede utilizarse en llantas, hule, productos de plástico, tintas de impresión, y revestimientos relacionados con propiedades del área de superficie específica, tamaño de partícula y estructura, conductividad, y color.
El área de superficie específica del negro de humo p uede ser de aproximadamente 50 metros cuadrados por gramo a aproximadamente 170 metros cuadrados por gramo, y el tamaño de partícula puede ser de aproximadamente 0.5 mieras a aproximadamente 100 mieras.
La molienda de alto esfuerzo cortante puede incluir reducir el diámetro de partícula de negro de humo a una presión al utilizar vapor, tal como un JET-O-MIZER™, logrando un diámetro más pequeño o tamaño total. La molienda de alto esfuerzo cortante puede representarse utilizando varios métodos.
Cuando la molienda de alto esfuerzo cortante se realiza utilizando vapor, la temperatura del vapor puede ser de aproximadamente 150 grados Celsius, y la presión del vapor puede tener un rango de aproximadamente 5.97kg/cm2 a aproximadamente 9.49kg/cm2.
En una o más modalidades, la molienda de alto esfuerzo cortante, puede realizarse al menos parcialmente utilizando molienda de molino de bolas, molienda de molino de martillo, molienda criogénica, o molienda mecánica.
El negro de humo molido mediante esfuerzo cortante puede estar combinado con agua para formar una lechada de negro de humo.
El agua puede ser agua de la llave, agua destilada, agua mineral, o agua pesada.
La lechada de negro de humo puede incluir de aproximadamente 1 por ciento a a proximadamente 13 por ciento e n peso de sólidos en agua.
Para un volumen de agua de 1 litro, la lechada del negro de humo puede tener de 4 por ciento a 10 por ciento en peso de sólidos de negro de humo.
El agua puede ser agua destilada en la fase líquida o en una fase mezclada. Por ejemplo, el agua puede ser un líquido a una temperatura de aproximadamente 85 grados Celsius con vapor a una presión de aproximadamente presión ambiental a aproximadamente 2 atm.
El método también puede incluir crear una lechada de látex de hule, que puede utilizarse para hacer la composición.
La lechada de látex de hule puede incluir una porción de hule y una porción acuosa. La porción de hule puede tener de aproximadamente 9 por ciento en peso a aproximadamente 40 por ciento en peso de estireno, y de aproximadamente 60 por ciento en peso a aproximadamente 91 por ciento en peso de butadieno.
La porción acuosa puede además incluir agua, jabones, em ulsificantes, espesantes, agentes tensoactivos, modificadores de viscosidad, almidón, carboximetilcelulosa (CMC), o combinaciones de los mismos.
Por ejemplo, la porción acuosa puede ser 1 litro de agua jabonosa con aproximadamente 10 por ciento en peso de un jabón, tal como ácido graso o jabón ácido de colofonia, y aproximadamente 90 por ciento e n peso de agua de la llave a 70 grados Celsius. Un contenido de sólidos del jabón en el agua puede ser de aproximadamente 22 por ciento en peso.
En una o más modalidades, la lechada de látex de hule puede tener al menos 2 por ciento en peso de sólidos que pueden precipitarse si se dejan asentar durante un periodo extendido de tiempo.
Los sólidos pueden ser o incluir llenadores, tal como talco. El talco puede estar en forma de hojuela o polvo.
El método también puede incluir mezclar la lechada de negro de humo dentro de la lechada de látex de hule, que forma una lechada de látex de hule de negro de humo.
La lechada de negro de humo puede mezclarse al proporcionar la lechada de látex de hule a una velocidad de alimentación de hasta 181436.94 kg por hora dentro de un recipiente para mezclar. La velocidad de alimentación puede variar dependiendo de la velocidad de coagulación del polímero.
El recipiente o reactor puede tener un volumen de aproximadamente 151360 litros.
La lechada de látex de hule puede proporcionarse al reactor a una velocidad de alimentación similar a la lechada de negro de humo.
En una o más modalidades, uno o más componentes adicionales pueden mezclarse con la lechada de negro de humo y la lechada de látex de hule e n el reactor. La mezcla p uede realizarse utilizando agitación de impulsor.
En modalidades, una sílice compatibilizada puede proporcionarse al reactor junto con la lechada de negro de humo y la lechada de látex de hule utilizando una boquilla separada o puerto de entrada.
Los llenadores pueden agregarse al reactor junto con la lechada de negro de humo en una cantidad que varía de aproximadamente 1 por ciento en peso a aproximadamente 50 por ciento en peso. El llenador puede ser o incluir cáscaras de nuez pecana molidas, tierra diatomácea, enlisaje, materiales celulósicos, cáscaras de cacahuate molidas, talco, carbón molido, bagazo molido, ceniza, perlita, arcilla, carbonato de calcio, biomasa, o combinaciones de los mismos.
Se pueden agregar antioxidantes al reactor junto con la lechada de negro de humo. El antioxidante puede ser o incluir un antioxidante fenólico, un fosfito, un bisfenol, una amina, o combinaciones de los mismos.
De aproximadamente 0.01 por ciento a aproximadamente 2 por ciento en peso del antioxidante, tal como Flexone 134, puede agregarse por 88 por ciento a 99.99 por ciento en peso del polímero de estireno-butadieno.
La lechada de negro de humo, la lechada de látex de hule, y los componentes adicionales pueden proporcionarse al reactor simultánea o concurrentemente.
En las modalidades, la lechada de negro de humo puede insertarse primero dentro del reactor y después la lechada de látex de hule puede introducirse al reactor para mezcla. Enseguida, los llenadores subsecuentes, antioxidantes, y estabilizadores pueden agregarse en secuencia para mezclado total y completo.
El recipiente de mezcla o "reactor" puede operar a una temperatura de a 65 grados Celsius. Un rango de temperatura puede ser de aproximadamente 0 grados Celsius a aproximadamente 5 grados Celsius para un recipiente con un volumen de aproximadamente 0.45 litros a aproximadamente 181843.6 litros de líquido con 10 por ciento en peso de lechada de negro de humo y 22 por ciento en peso de lechada de látex de hule.
La lechada de negro de humo y la lechada de látex de hule pueden mezclarse por aproximadamente 0.5 horas a aproximadamente 5 horas a una velocidad de al menos 5443.10 kg por hora utilizando una alta velocidad de agitación.
El procedimiento de mezcla puede ser un procedimiento continuo.
Después de la formación de la lechada de látex de hule de negro de humo, la lechada de látex de hule de negro de humo puede coagularse para formar la composición de polímero de estireno-butadieno.
La coagulación, como se utiliza el término aquí, se refiere al menos a una formación de 22 por ciento de una masa pegajosa con 78 por ciento del líquido restante.
La coagulación de la lechada de látex de hule de negro de humo puede incluir proporcionar auxiliares de coagulación, tal como ácido sulfúrico, ácido muriático, ácido acético, ácido cítrico, y otros ácidos.
Los auxiliares de coagulación pueden agregarse en pequeñas cantidades.
Los auxiliares de coagulación pueden estar en forma acuosa con un contenido de líquidos de no más de 50 por ciento, o en forma de polvo.
Después de la formación de la composición de polímero de estireno-butadieno, la composición de polímero de estireno-butadieno puede secarse.
El secado de la composición del polímero de estireno-butadieno puede realizarse utilizando un evaporador, un deshidratador, un horno de secado, o un secador de lecho de fluido que es un dispositivo de secado continuo, funcionando las 24 horas del día, secando 7 días a la semana. El intercambio de calor de convección, tal como aire caliente en movimiento, puede utilizarse para secar el polímero.
La composición de polímero de estireno-butadieno puede secarse a una temperatura de aproximadamente 140 grados Celsius a aproximadamente 200 grados Celsius.
El secado puede realizarse utilizando un tiempo de residencia de aproximadamente 20 minutos dependiendo de la longitud del secador. La composición del polímero de estireno-butadieno puede tomar más tiempo, tal como aproximadamente 3 horas si la composición del polímero de estireno-butadieno es muy espesa. En general de aproximadamente 1360.77 kg a aproximadamente 2267.66 kg puede estar secado simultáneamente.
Por ejemplo, el secado puede remover agua en la composición de polímero de estireno-butadieno a menos de 2 por ciento en peso de agua sale en la composición del polímero de estireno-butadieno.
El método también puede incluir agregar de aproximadamente 5 por ciento en peso a aproximadamente 80 por ciento en peso de sílice compatibilizada con al menos 1 por ciento en peso de un agente de acoplamiento a al menos uno de la lechada de negro de humo, la lechada de látex de hule, o la lechada de látex de hule de negro de humo.
El agente de acoplamiento puede ser un compuesto de organosilicio, tal como S ¡ 69 hecho por Momentum.
Los agentes de acoplamiento ilustrativos pueden incluir polímero sintético, incluyendo: trialquilsilanos, dialquilsilanos, trialquilalcoxisilanos, trialquilhalosilanos, dialquilalcoxisilanos, dialquildialcoxisilanos, dialquilalcoxihalosilanos, trailquilsilanoles, alquiltrialcoxilanos, alquildialcoxisilanos, alquildialcoxihalosilanos, y monoalquilsilanos, con el grupo alquilo siendo un hidrocarburo lineal, cíclico, o ramificado, de 1 a 18 átomos de carbono, o combinaciones de los mismos.
En una o más modalidades, uno o dos grupos de alquilo del agente de acoplamiento pueden remplazarse con un grupo fenilo o benzilo, o uno a dos grupos de alquilo pueden ser remplazados con un grupo de alquilo sustituido con fenilo, benzilo, o alcoxi.
Un bispolisulfuro puede utilizarse como el agente de acoplamiento, tal como bis(trialcoxisililalquil) polisulfuro que contiene de 2 átomos de azufre a 8 átomos de azufre en el cual los grupos de alquilo son grupos de alquilo de 1 a 18 átomos de carbono los grupos alcoxi son grupos de alcoxi de 1 a 8 átomos de carbono.
Al llevar a cabo una o más modalidades del método, la sílice y el agente de acoplamiento pueden disolverse en un alcanol inferior, tal como propanol o etanol, a un pH por abajo de 9 y dentro del rango de 3 a 9. El agua puede ser agregada lentamente, ya sea continua o crecientemente.
Mientras se agrega agua, puede ocurrir la hidrólisis de los grupos hidrolizables contenidos en el agente de acoplamiento, el cual forma un silanol correspondiente.
Para asistir en la hidrólisis de un grupo alcoxi, un pH en el rango de 3.5-5.0 puede mantenerse para minimizar las reacciones laterales, tal como oligomerización del organosilano, Este rango de pH puede mantenerse por uso de un ácido mineral diluido, tal como ácido clorhídrico o ácidos orgánicos débiles tal como ácido acético.
Para ayudar en la hidrólisis de un grupo de hidruro, pueden utilizarse condiciones más alcalinas, y bases, tales como KOH, NaOH, NH4OH, trietilamina, o piridina puede emplearse para mantener un pH de 8-9, La elección de base puede depender de la naturaleza química del látex específico al cual se agrega la lechada de sílice.
Cuando el grupo hidrolizable es halógeno, el silano-organohalo puede mezclarse directamente con la dispersión de sílice acuosa preferiblemente en lugar de llevar a cabo un paso de hidrólisis separado. El agente de acoplamiento hidrolizado puede entonces mezclarse con una lechada acuosa de la sílice finamente dividida, por lo cual los grupos de silanol presentes en el agente de acoplamiento químicamente reaccionan con la superficie de sílice para formar un enlace de siloxano ( S Í--0--S i ) entre el agente de acoplamiento y la superficie de sílice.
En modalidades, el pH puede mantenerse de aproximadamente 5.5 a 6.5 para favorece la reacción con la superficie de sílice, mientras permite alguna reacción de condensación entre las moléculas de silano que se enlazan a la superficie de silicio. Dependiendo del silicio particular y el pH inicial del agua, se obtiene un pH deseado sin la adición de reactivos adicionales.
En una o más modalidades, el método puede incluir agregar de 1 por ciento en peso a 40 por ciento en peso de aceite de extensión a al menos uno de la lechada de negro de humo, la lechada de látex de hule, o la lechada de látex de hule de negro de humo. El aceite de extensión puede ser o incluir un aceite sintético, aceite aromático, aceite nafténico, un aceite basado en hidrocarburo, aceite de hidrocarburo aromático policiclico (PAH), o combinaciones de los mismos.
En una o más modalidades, la composición de polímero de estireno-butadieno puede ser utilizada para hacer un artículo.
El artículo formado de la composición del polímero de estireno-butadieno puede incluir un tapete, una llanta, una banda o correa, un rodillo, un rodillo de impresora de empaque, un anillo con forma de o, zapatas, calzado, encamisado de cable o alambre, ribete de techo, un tubular, tal como una manguera o tubo de jardín, un amortiguador de impacto marino, tal como un amortiguador lateral utilizado para el acoplamiento de un bote, una banda o correa industrial, guantes no de látex, neumáticos no automotrices, una banda de extracción, cojinetes, una máscara de gas, o un conducto. Por ejemplo, el artículo puede ser una llanta neumática utilizada en bicicletas, autos, o aviones.
EJEMPLO 1 Una composición de polímero de estireno-butadieno con un negro de humo de alta estructura puede hacerse mediante molienda de alto esfuerzo cortante de un negro de humo que comprende 20 por ciento en peso de negro de humo de alta estructura, que forma negro de humo molido de esfuerzo cortante. La molienda de alto esfuerzo cortante puede realizarse utilizando una unidad de molienda de molino de bolas.
El negro de humo que comprende 20 por ciento en peso de negro de humo de alta estructura puede ser molido mediante alto esfuerzo cortante durante aproximadamente 20 minutos.
Después que se forma el negro de humo molido de esfuerzo cortante, el negro de humo molido de esfuerzo cortante puede combinarse con agua de pozo a una temperatura 50 grados Celsius y una presión de 1 atm. El negro de humo molido de esfuerzo cortante puede agregarse al agua a la velocidad a la cual se muele el negro de humo.
El método también puede incluir fabricar un látex de hule que tiene una porción de hule y una porción acuosa. Por ejemplo, el estireno puede ser polimerizado con butadieno utilizando un catalizador.
La porción de hule puede tener 25 por ciento en peso de estireno y 71 por ciento en peso de butadieno. Además, la lechada de látex de hule puede incluir 4 por ciento en peso de un sólido.
La lechada de negro de humo puede mezclarse o combinarse con la lechada de látex de hule, que forma una lechada de látex de hule de negro de humo, a una velocidad continua en un tanque, tal como un tanque de 3784 litros.
La mezcla de lechada del negro de humo y la lechada de látex de hule puede ser realizada durante aproximadamente 40 minutos a una temperatura de 65 grados Celsius y a una presión de 1 atm.
La lechada de látex de hule de negro de humo puede coagularse, mezclarse, y luego moverse del primer tanque a un segundo tanque con agitación adicional. Se pueden agregar continuamente ácidos y auxiliares de coagulación para formar la composición de polímero de estireno-butadieno.
Una vez coagulada, la composición de polímero de estireno-butadieno húmeda coagulada puede secarse, primero al procesar a través de un secador por giros para remover la mayor parte del agua, y después el polímero secado por giros puede pasar a través de un secador de lecho de fluido para remover el resto del agua.
La Figura 1 muestra un diagrama de una modalidad del método. El paso 100 puede incluir moler continuamente mediante alto esfuerzo cortante un negro de humo de alta estructura y formar una lechada de negro de humo entre 1 por ciento en peso de negro de humo y 30 por ciento en peso de negro de humo, con un área superficie de nitrógeno mayor que 150 m2 por gramo utilizando atomizadores de chorro de vapor con una presión de vapor entre de 5.27 kg/cm2 a 9.14 kg/cm2 para molienda casi instantánea.
El paso 102 puede incluir polimerizar continuamente el monomero de estireno con monomero de 1 , 3-butadieno líquido para formar un polímero de estireno-butadieno teniendo: 5 por ciento e n peso a 40 por ciento en peso de monomero de estireno, 60 por ciento en peso a 95 por ciento en peso de butadieno, y al menos 2 por ciento en peso de sólidos de polímero de estireno-butadieno utilizando un hidroperóxido menor que 10 por ciento en peso basándose en el peso total de los monómeros, en donde el polímero de estireno-butadieno tiene una relación de estireno a butadieno de 0.06:1 a 0.14:1.
El paso 104 puede incluir mezclar continuamente la lechada de negro de humo en el polímero de estireno-butadieno en un recipiente, tal como un mezclador estático, y formar una mezcla de polímero de negro de humo-estireno-butadíeno.
El paso 106 puede incluir coagular continuamente al menos 80 por ciento en peso de la mezcla de polímero de negro de humo- estireno-butadieno utilizando una temperatura de entre 51 grados Celsius y 72 grados Celsius durante entre 10 minutos y 45 minutos.
El paso 108 puede incluir separar continuamente la mezcla de polímero de negro de humo-estireno-butadieno del agua al reducir el contenido de agua en la mezcla a menos de 10 por ciento en peso, tal como con una centrífuga o con presión.
El paso 110 puede incluir secar continuamente la mezcla de polímero de negro de humo-estireno-butadieno utilizando un secador, tal como un secador de lecho de fluido o un horno, utilizando una temperatura de entre 82 grados Celsius y 232 grados Celsius a un contenido de agua reducido de entre 0.15 por ciento en peso y 2 por ciento en peso de agua, formando consecuentemente la composición de polímero de estireno-butadieno. La composición de polímero de estireno-butadieno puede tener una unidad de Mooney que varía de entre 40 y 90 medido a MS1+4 a 100 grados Celsius y a una velocidad de flujo continuo de al menos 1360.77 kg de composición de polímero de estireno-butadieno por hora y hasta 9071.84 kg de composición de polímero de estireno-butadieno por hora.
Una o más modalidades pueden involucrar agregar una sílice compatibilizada al recipiente. La sílice compatibilizada puede tener al menos 1 por ciento en peso de agente de acoplamiento a la lechada de negro de humo, el polímero de estireno-butadieno, o combinaciones de los mismos, y la sílice compatibilizada puede agregarse en una cantidad de entre 25 por ciento y 80 por ciento en peso.
Las modalidades pueden incluir agregar una sílice al recipiente con al menos 1 por ciento en peso de agente de acoplamiento a la lechada de negro de humo, el polímero de estireno-butadieno, o combinaciones de los mismos. La sílice puede agregarse en cantidades de entre 25 por ciento y 80 por ciento en peso.
Las modalidades pueden involucrar utilizar de entre 1 por ciento y 15 por ciento en peso de agente de acoplamiento.
Las modalidades pueden incluir utilizar, como el agente de acoplamiento, un compuesto de organosilicio.
Las modalidades pueden incluir moler mediante alto esfuerzo cortante utilizando una molienda de molino de bolas, molienda de molino de martillos, molienda criogénica, molienda mecánica, o combinaciones de los mismos, y después a gregar agua para formar la lechada de negro de humo.
Las modalidades pueden incluir utilizar, como el negro de humo de alta estructura, un negro de humo de la serie ASTM 100 de acuerdo con los estándares ASTM 2010.
Las modalidades pueden incluir una lechada de negro de humo de 1 por ciento en peso a 13 por ciento en peso de sólidos de negro de humo en agua.
Las modalidades pueden incluir secar para remover agua del polímero de estireno-butadieno hasta que existe menos de 2 por ciento en peso de agua en el polímero de estireno-butadieno.
Las modalidades pueden incluir unir y/o entrelazar químicamente el monómero de estireno con monómero de butadieno.
La Figura 2 ilustra otra modalidad del procedimiento para hacer la composición de polímero de estireno-butadieno con un negro de humo de alta estructura utilizando el procedimiento continuo.
El paso 200 puede incluir moler, mediante alto esfuerzo cortante, un negro de humo de alta estructura y formar una lechada de negro de humo con entre 1 por ciento en peso de negro de humo y 30 por ciento en peso de negro de humo.
El paso 202 puede incluir polimerizar estireno con butadieno para formar un polímero de estireno-butadieno que tiene de 5 por ciento en peso a 40 por ciento en peso de estireno, de 60 por ciento en peso a 95 por ciento en peso butadieno, y al menos 2 por ciento en peso de sólidos de polímero de estireno-butadieno.
El paso 204 puede incluir mezclar la lechada de negro de humo en el polímero de estireno-butadieno, que forma una mezcla de polímero de negro de humo-estireno-butadieno utilizando atomizadores de chorro de vapor con una presión de vapor de entre 5.27 kg/cm2 a 9.14 kg/cm2 para mezcla casi instantánea.
El paso 206 puede incluir coagular la mezcla de polímero de negro de humo-estireno-butadieno utilizando una temperatura de entre 51 grados Celsius a 72 grados Celsius durante un tiempo de entre 10 minutos 45 minutos.
El paso 208 involucra secar la mezcla de polímero de negro de humo-estireno-butadieno utilizando un secador de lecho de fluido a una temperatura entre 82 grados Celsius y 232 grados Celsius.
El monómero de estireno con monómero de butadieno puede entrelazarse y/o enlazarse químicamente.
Un artículo puede hacerse a partir de la composición de polímero de estireno-butadieno como se hace mediante el método de la Figura 2.
El negro de humo de alta estructura puede ser negro de humo de la serie ASTM 100 al 100 por ciento.
El paso 210 puede incluir agregar de 1 por ciento en peso a 40 por ciento en peso de aceite de extensión.
El paso 212 puede incluir utilizar de 1 por ciento en peso a 50 por ciento en peso de llenador en la composición.
El llenador de esta modalidad puede ser: cáscaras de nuez pecana molidas, tierra diatomácea, ensilaje, materiales celulósicos, cáscaras de cacahuate molidas, talco, carbón molido, bagazo molido, ceniza, perlita, arcilla, carbonato de calcio, biomasa, o combinaciones de los mismos.
El paso 214 puede incluir utilizar un antioxidante como un aditivo mientras se fabrica la composición.
El antioxidante puede ser un antioxidante fenólico, un fosfito, un bisfenol, un amino o combinaciones de los mismos.
La Figura 3 muestra otra metodología continua para fabricar una composición de polímero de estireno-butadieno conteniendo un negro de humo.
El paso 300 puede incluir moler, mediante alto esfuerzo cortante, un negro de humo y formar una lechada de negro de humo con entre 1 por ciento en peso de negro de humo y 30 por ciento en peso de negro de humo.
El paso 302 puede incluir polimerizar estireno con. butadieno para formar un polímero de estireno-butadieno teniendo de 5 por ciento en peso a 40 por ciento en peso de estireno, de 60 por ciento en peso a 95 por ciento en peso de butadieno, y al menos 2 por ciento en peso de sólidos de polímero de estireno-butadieno.
El paso 304 puede incluir mezclar la lechada de negro de humo en el polímero de estireno-butadieno, que forma una mezcla de polímero de negro de humo-estireno-butadieno utilizando atomizadores de chorro de humo con una presión de chorro entre 5.27 kg/cm2 a 9.14 kg/cm2 para mezcla casi instantánea.
El paso 306 puede incluir coagular la mezcla de polímero de negro de humo-estireno-butadieno utilizando una temperatura de entre 51 grados Celsius y 72 grados Celsius durante un tiempo entre 10 minutos y 45 minutos.
El paso 308 puede incluir secar la mezcla de polímero de negro de humo-estireno-butadieno utilizando un secador de lecho de fluido a una temperatura de entre 82 grados Celsius y 232 grados Celsius.
El paso 310A puede incluir agregar una sílice c ompatibilizada con al menos 1 por ciento en peso de agente de acoplamiento a la lechada de negro de humo, el polímero de estireno-butadieno, o combinaciones de los mismos en cantidades de entre 25 por ciento y 80 por ciento en peso.
El paso 310B puede incluir agregar una sílice con al menos 1 por ciento en peso de agente de acoplamiento a la lechada de negro de humo, el polímero de estireno-butadieno, o combinaciones de los mismos en cantidades de entre 25 por ciento y 80 por ciento en peso.
Tanto la sílice como la sílice compatibilizada pueden utilizarse independientemente, como se ilustra en los pasos 310A y 310B. Sin embargo, tanto la sílice como la sílice compatibilizada pueden utilizarse para obtener ventajas comerciales, tales como dureza con costos de fabricación reducidos. Por lo tanto, el método puede incluir el paso 310A, el paso 310B, o ambos.
El paso 312 puede incluir agregar de 1 por ciento en peso a 40 por ciento en peso de aceite de extensión a la composición.
El paso 314 puede incluir agregar a la composición de polímero de estireno-butadieno de 1 por ciento en peso a 50 por ciento en peso de llenador.
El paso 316 puede incluir agregar un antioxidante para crear la composición de polímero de estireno-butadieno.
En una o más modalidades aquí descritas, el negro de carbono puede ser una mezcla de dos diferentes negros de carbono. El primer negro de carbono puede satisfacer la definición de la serie 2010 ASTM 100, que tiene un área de nitrógeno promedio de 120 a 150 m2 por gramo. El segundo negro de humo puede satisfacer la definición de la serie ASTM 300, que tiene un área de nitrógeno promedio de 70 m2 por gramo a 99 m2 por gramo. La relación entre el primer negro de humo y el segundo negro de humo puede variar de 80:20 a 20:80.
Aunque estas modalidades s e h an descrito con énfasis en las modalidades, se debe entender que dentro del alcance de las reivindicaciones anexas, las modalidades pueden practicarse diferente a lo específicamente aquí descrito.

Claims (34)

REIVINDICACIONES
1.- Una composición de polímero de estireno-butadieno con un negro de humo formado de alta estructura formada utilizando un procedimiento de flujo continuo, el procedimiento de flujo continuo comprende: moler, mediante alto esfuerzo cortante de forma continua, un negro de humo de alta estructura y formar una lechada de negro de humo con de 1 por ciento en peso a 30 por ciento en peso de negro de humo, con un área de superficie de nitrógeno mayor que 150 m2 por gramo, en donde el molido de alto esfuerzo cortante se realiza utilizando atomizadores de chorro de vapor con una presión de vapor de 5.27 kg/cm2 a 9. 14 kg/cm2; polimerizar continuamente un monómero de estireno con un monómero de 1 ,3-butadieno líquido para formar un polímero de estireno-butadieno que tiene de 5 por ciento en peso a 40 por ciento en peso del monómero de estireno, de 60 por ciento en peso a 95 por ciento en peso del monómero de 1 ,3-butadieno líquido, y al menos 2 por ciento en peso en sólidos del polímero de estireno-butadieno, en donde la polimerización se realiza utilizando un hidroperóxido menor que 10 por ciento basado en un peso total de los monómeros, y en donde el polímero de estireno-butadieno tiene una relación de estireno a 1 , 3-butadieno líquido que varía de 0.06:1 a 0.14:1 ; mezclar continuamente la lechada de negro de humo en el polímero de estireno-butadieno dentro de un recipiente y formar una mezcla de negro de humo-estireno-butadieno; coagular continuamente al menos 80 por ciento de la mezcla de negro de humo-estireno-butadieno a una temperatura que varía de 51 grados Celsius a 72 grados Celsius durante un tiempo que varía de 10 minutos a 45 minutos; separar continuamente la mezcla de negro de humo-estireno-butadieno del agua en la mezcla de negro de humo-estireno-butadieno y reducir un contenido de agua en la mezcla de negro de humo-estireno-butadieno a menos de 10 por ciento; y secar continuamente la mezcla de polímero de negro de humo-estireno-butadieno a una temperatura que varía de 82 grados Celsius a 232 grados Celsius a que el contenido de agua varíe de 0.15 por ciento a 2 por ciento, formando la composición de polímero de estireno-butadieno con una unidad de Mooney que varía de 40 a 90 según medido por MS 1+4 a 100 grados Celsius a una velocidad de flujo continuo que varía de 1360.77 kg a 9071.84 kg del polímero de estireno-butadieno por hora.
2.- La composición de polímero de estireno-butadieno con un negro de humo de alta estructura de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el procedimiento de flujo continuo además comprende agregar una sílice compatibilizada al recipiente, en donde la sílice compatibilizada tiene al menos 1 por ciento en peso de un agente de acoplamiento a la lechada de negro de humo, el polímero de estireno-butadieno, o combinaciones de los mismos, y en donde la sílice compatibilizada se agrega en una cantidad que varía de 25 por ciento a 80 por ciento en peso.
3. - La composición de polímero de estireno-butadieno con un negro de humo de alta estructura de acuerdo con la reivindicación 2, en donde se utiliza de 1 por ciento a 15 por ciento del agente de ,5 acoplamiento.
4. - La composición de polímero de estireno-butadieno con un negro de humo de alta estructura de acuerdo con la reivindicación 3, en donde el agente de acoplamiento es un compuesto de organosilicio. 0
5.- La composición de polímero de estireno-butadieno con un negro de humo de alta estructura de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el procedimiento flujo continuo además comprende agregar una sílice al recipiente con al menos 1 por ciento en peso de un agente de acoplamiento a la lechada de negro de humo, el polímero 5 de estireno-butadieno, o combinaciones de los mismos, en donde la sílice se agrega en cantidades que varían de 25 por ciento a 80 por ciento en peso.
6.- La composición de polímero de estireno-butadieno con un negro de humo de alta estructura de acuerdo con la reivindicación 1, 0 en donde la molienda mediante alto esfuerzo cortante se realiza mediante molienda de molino de bolas, molienda de molino de martillo, molienda criogénica, molienda mecánica, o combinaciones de las mismas, y en donde se agrega agua al negro de humo de alta estructura molido para formar la lechada de negro de humo. 5
7.- La composición de polímero de estireno-butadieno con un negro de humo de alta estructura de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el negro de humo de alta estructura comprende un negro de humo de la serie ASTM 100 de acuerdo con los estándares de ASTM 2010.
8.- La composición de polímero de estireno-butadieno con un negro de humo de alta estructura de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la lechada de negro de humo comprende de 1 por ciento en peso a 13 por ciento en peso de sólidos de negro de humo en agua.
9.- La composición de polímero de estireno-butadieno con un negro de humo de alta estructura de acuerdo con la reivindicación 1, en donde secar continuamente la mezcla de polímero de negro de humo-estireno-butadieno remueve agua del polímero de estireno-butadieno hasta que menos de 2 por ciento en peso de agua salga en el polímero de estireno-butadieno.
10.- La composición de polímero de estireno-butadieno con un negro de humo de alta estructura de acuerdo con la reivindicación 1, que además comprende enlazar químicamente el monómero de estireno con el monómero de 1 , 3-butadieno líquido.
11.- La composición de polímero de estireno-butadieno hecha a partir de una mezcla de polímero de estireno-butadieno que contiene un negro de humo de alta estructura, en donde la composición de polímero de estireno-butadieno con el negro de humo de alta estructura se hace mediante un procedimiento continuo: moler, mediante alto esfuerzo cortante, un negro de humo de alta estructura y formar una lechada de negro de humo con de 1 por ciento en peso a 30 por ciento en peso de negro de humo; polemizar estireno con 1 ,3-butadieno líquido para formar un polímero de estireno-butadieno que tiene de 5 por ciento en peso a 40 por ciento en peso del estireno, de 60 por ciento en peso a 95 por ciento peso del 1 ,3-butadieno líquido, y al menos 2 por ciento en peso de sólidos del polímero estireno-butadieno; mezclar la lechada de negro de humo en el polímero de estireno-butadieno, formar una mezcla de negro de humo-estireno-butadieno utilizando atomizadores de chorro de vapor con una presión de vapor de 5.27 kg/cm2 a 9.14 kg/cm2; calcular la mezcla de negro de humo-estireno-butadieno utilizando una temperatura que varía de 51 grados Celsius a 72 grados Celsius durante un tiempo que varía de 10 minutos a 45 minutos; y secar la mezcla de negro de humo-estireno-butadieno utilizando un secador de lecho de fluido a una temperatura que varía de 82 grados Celsius a 232 grados Celsius.
12. - La composición de polímero de estireno-butadieno de acuerdo con la reivindicación 11, en donde el estireno y el 1,3-butadieno líquido se unen químicamente en el . polímero estireno- . butadieno.
13. - La composición de polímero de estireno-butadieno de acuerdo con la reivindicación 11, en donde el negro de humo de alta estructura comprende 100 por ciento de un negro de humo de la serie ASTM 100.
14. - La composición de polímero de estireno-butadieno de acuerdo con la reivindicación 11, que además comprende de 1 por ciento en peso a 40 por ciento en peso de un aceite de extensión.
15. - La composición de polímero de estireno-butadieno de acuerdo con la reivindicación 14, en donde el aceite de extensión comprende: un aceite sintético, un aceite aromático, un aceite nafténico, un aceite basado en hidrocarburo, un aceite de hidrocarburo aromático policíclico, o combinaciones.
16. - La composición de polímero de estireno-butadieno de acuerdo con la reivindicación 11, que además comprende de 1 por ciento en peso a 50 por ciento en peso de un llenador.
17. - La composición de polímero de estireno-butadieno de acuerdo con la reivindicación 16, en donde el llenador es: cáscaras de pecana molidas, tierra diatomácea, ensilaje, materiales celulósicos, cáscaras de cacahuate molidas, talco, carbón molido, bagazo molido, tierra, perlita, arcilla, carbonato de calcio, biomasa, o combinaciones de los mismos.
18. - La composición de polímero de estireno-butadieno de acuerdo con la reivindicación 11,- que además comprende un antioxidante.
19. - La composición de polímero de estireno-butadieno de acuerdo con la reivindicación 18, en donde el antioxidante es un antioxidante fenólico, un fosfito, un bisfenol, una amina, o combinaciones de los mismos.
20.- Un artículo hecho de la composición de polímero de estireno-butadieno de acuerdo con la reivindicación 11.
21. - El artículo de acuerdo con la reivindicación 20, en donde el artículo es un tapete para piso, una llanta, una banda o correa, un rodillo, calzado, encamisado de alambre o cable, ribete de techo, una manguera tubular, un amortiguador de impacto marino, una banda o correa industrial, una llanta no automotriz, guantes de no látex, una banda o correa de extracción, un cojinete, una máscara de gas, un conducto, una llanta neumática.
22. - Una composición de estireno-butadieno hecha a partir de una mezcla de polímero estireno-butadieno que contiene un negro de humo, en donde la composición de polímero de estireno-butadieno con el negro de humo se hace mediante un procedimiento continuo que comprende: moler, medíante alto esfuerzo cortante, un negro de humo y formar una lechada de negro de humo con de 1 por ciento en peso a 30 por ciento en peso de negro de humo; polimerizar estireno con 1 , 3-butadieno líquido para formar un polímero de estireno-butadieno que tiene de 5 por ciento en peso a 40 por ciento en peso del estireno, de 60 por ciento en peso a 95 por ciento en peso del 1 , 3-butadieno líquido, y al menos 2 por ciento en peso de sólidos del polímero de estireno-butadieno; mezclar la lechada de negro de humo en el polímero estireno-butadieno para formar una mezcla de negro de humo-estireno-butadieno utilizando atomizadores de chorro de vapor con una presión de vapor de 5.27 kg/cm2 a 9.14 kg/cm2; coagular la mezcla de negro de humo-estireno-butadieno utilizando una temperatura que varia de 51 grados Celsius a 72 grados Celsius durante un tiempo que varia de 10 minutos a 45 minutos; y secar la mezcla de negro de humo-estireno-butadieno utilizando un secador de lecho de fluido a una temperatura que varía de 82 grados Celsius a 232 grados Celsius.
23. - La composición de polímero de estireno-butadieno de acuerdo con la reivindicación 22, en donde el negro de humo es una mezcla de un primer negro de humo y un segundo negro de humo, en donde el primer negro de humo satisface una definición de la serie 2010 ASTM 100 que tiene un área de nitrógeno promedio que varía de 120 a 150 m2 por gramo, en donde el segundo negro de humo satisface una definición de la serie 2010 ASTM 300 que tiene un área de nitrógeno promedio que varía de 70 m2 por gramo a 99 m2 por gramo, y en donde una relación entre el primer negro de humo y el segundo negro de humo varía de 80:20 a 20:80.
24. - La composición de polímero de estireno-butadieno de acuerdo con la reivindicación 22, que además comprende de 25 por ciento a 80 por ciento en peso de una sílice compatibilizada con al menos 1 por ciento en peso de un agente de acoplamiento en la lechada de negro de humo, el polímero de estireno-butadieno, o combinaciones de los mismos.
25. - La composición de polímero de estireno-butadieno de acuerdo con la reivindicación 22, que además comprende de 25 por ciento a 80 por ciento en peso de sílice con al menos 1 por ciento en peso de un agente de acoplamiento en la lechada de negro de humo, el polímero de estireno-butadieno, o combinaciones de los mismos.
26.- La composición de polímero de estireno-butadieno de acuerdo con la reivindicación 22, que además comprende de 1 por ciento en peso a 40 por ciento en peso de un aceite de extensión.
27 - La composición de polímero de estireno-butadieno de acuerdo con la reivindicación 26, en donde el aceite de extensión comprende un aceite sintético, un aceite aromático, un aceite nafténico, un aceite basado en hidrocarburo, un aceite de hidrocarburo aromático policíclico, o combinaciones.
28.- La composición de polímero de estireno-butadieno de acuerdo con la reivindicación 22, que además comprende de 1 por ciento en peso a 50 por ciento en peso de un llenador.
29.- La composición de polímero de estireno-butadieno de acuerdo con la reivindicación 28, en donde el llenador es: cáscaras de pecana molidas, tierra diatomácea, ensilaje, materiales celulósicos, cáscaras de cacahuate molidas, talco, carbón molido, bagazo molido, ceniza, perlita, arcilla, carbonato de calcio, biomasa, o combinaciones de los mismos.
30. - La composición de polímero de estireno-butadieno de acuerdo con la reivindicación 22, que además comprende un antioxidante.
31. - La composición de polímero de estireno-butadieno de acuerdo con la reivindicación 30, en donde el antioxidante es un antioxidante fenólico, un fosfito, un bisfenol, una amina, o combinaciones de los mismos.
32. - La composición de polímero de estireno-butadieno de acuerdo con la reivindicación 22, en donde el estireno está químicamente enlazado con el 1 ,3-butadieno líquido.
33. - Un artículo hecho a partir de la composición de polímero de estireno-butadieno de acuerdo con la reivindicación 22.
34. - El artículo de acuerdo con la reivindicación 33, en donde el artículo es un tapete para piso, una llanta, una banda o correa, un rodillo, calzado, encamisado de alambre y cable, ribete de techo, una manguera tubular, un amortiguador de impacto marino, una banda o correa industrial, una llanta no automotriz, guantes de no látex, una banda de extracción, un cojinete, una máscara de gas, un conducto, o una llanta neumática.
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