MXPA97005012A - Composicion de caucho y llanta con superficie derodadura para la misma - Google Patents

Abstract

La presente invención se relaciona con unacomposición de caucho reforzada con una combinación de sílice y negro de carbón definido y con llantas neumáticas que tienen bandas de rodadura que consisten de esta composición de caucho. La composición de caucho reforzada comprende, en un aspecto, por lo menos un elastómero, negro de carbón definido, sílice precipitada y por lo menos un agente de acoplamiento de sílice.

Description

"COMPOSICIÓN DE CAUCHO Y LLANTA CON SUPERFICIE DE RODADURA PARA LA MISMA" CAMPO Esta invención se relaciona con composiciones de caucho que están reforzados con una combinación de sílice y negro de carbón definido, junto con un acoplador de sílice para la sílice, y con llantas con superficies de rodadura de las mismas. En un aspecto, la composición de caucho comprende por lo menos de un elastómero curable con azufre a base de dieno reforzado con sílice precipitada y negro de carbón definido, junto con por lo menos un agente de acoplamiento de sílice.

ANTECEDENTES Las composiciones de caucho se usan típicamente para superficies de rodadura de llanta que pueden llevarse al óptimo para las distintas propiedades de la composición de caucho a fin de promover tres propiedades de la llanta, a saber, tracción, resistencia a la rodadura y desgaste de la superficie de rodadura.

La sílice se usa algunas veces como un refuerzo para el caucho de la superficie de rodadura de la llanta. Un acoplador de sílice usualmente se utiliza para acoplar la sílice con el elastómero (s) para fines de refuerzo. Algunas veces se usa la sílice en cantidades pequeñas (v.gr, de menos de 20 phr) en combinación con cantidades más grandes de negro de carbón. Algunas veces, la sílice puede ser el refuerzo principal o predominante, en la composición de caucho de superficie de rodadura de la llanta para fines de resistencia reducida de la rodadura de la llanta. Sin embargo, es desventajoso usar sílice como un refuerzo primario para la composición de caucho de una superficie de rodadura de llanta, en comparación con el refuerzo de negro de carbón, principalmente debido a su (i) costo de material considerablemente aumentado y (ii) conductividad eléctrica considerablemente reducida. Sin embargo, para algunas aplicaciones de llanta, es deseable usar sílice como un refuerzo para la superficies de rodadura de la llanta, algunas veces en una cantidad cuantitativa. Por consiguiente, se desea en la presente proporcionar una composición de caucho alternativa para aplicaciones de superficie de rodadura de llanta que normalmente usarían una cantidad considerable de refuerzo de sílice, con composiciones de caucho que tienen propiedades físicas comparables pero que sin embargo tienen uno o más (i) de los costos de material de sílice reducidos, y (ii) conductividad eléctrica aumentada. A este respecto, las propiedades físicas típicamente deseables para las composiciones de caucho de la superficie de rodadura de la llanta pueden incluir, por ejemplo, dureza, módulo, histéresis como se indica mediante las propiedades de rebote, tangente delta (Tan. delta) a 0°C, y resistencia a la abrasión como se indica mediante los valores de abrasión de DIN. Estas propiedades físicas son bien conocidas por aquellas personas expertas en la técnica de mezclado de caucho y se consideran como siendo predictivas del funcionamiento de la superficie de rodadura de la llanta. El término "phr" si se usa en la presente, y de acuerdo con la práctica convencional, se refiere a "partes de un material respectivo por 100 partes en peso de caucho o elastómero". En la descripción de esta invención, los términos "caucho" y "elastómero" si se usan en la presente, pueden utilizarse intercambiablemente a no ser que se manifieste lo contrario. Los términos "composición de caucho", "caucho mezclado" y "compuesto de caucho", si se usan en la presente se utilizan intercambiablemente para hacer referencia a "caucho que se ha combinado o mezclado con distintos ingredientes y materiales" y estos términos son bien conocidos por aquellas personas expertas en el ramo de mezclado de caucho o revoltura de caucho.

SUMARIO Y PRACTICA DE LA INVENCIÓN De conformidad con la invención, se proporciona una composición de caucho que comprende (A) 100 partes en peso de por lo menos un elastómero a base de dieno, (B) de aproximadamente 50 a aproximadamente 100, alternativamente, a aproximadamente 60 a aproximadamente 90 phr de un material de relleno o carga de refuerzo en partículas compuesto de sílice y negro de carbón, en donde el material de relleno o carga comprende de (i) aproximadamente 25 a aproximadamente 50, alternativamente, de aproximadamente 30 a aproximadamente 45, phr de sílice precipitada y (ii) de aproximadamente 25 a aproximadamente 50, alternativamente de aproximadamente 30 a 45 phr de negro de carbón en partículas, en donde el negro de carbón tiene un valor de absorción de DBP dentro de la escala de 60 a 130, de preferencia hasta 125 centímetros cúbicos por 100 gramos con un Número de Adsorción de Yodo correspondiente dentro de la escala de aproximadamente 25 a aproximadamente 85 gramos por kilogramo, de preferencia, un valor de absorción de DBP dentro de la escala de aproximadamente 100 a 130, de preferencia de 125 centímetros cúbicos por 100 gramos, con un Número de Adsorción de Yodo correspondiente dentro de la escala de aproximadamente 45 a aproximadamente 80 gramos por kilogramo, y (C) una composición de un agente de acoplamiento que tiene un residuo caracterizado porque es reactivo con la superficie de la sílice y otro residuo caracterizado porque es interactivo con los elastómeros a base de dieno, a saber, elastómeros que tienen enlaces dobles de carbono a carbono. Quedará comprendido que los valores de absorción de DBP (dibutilftalato) pueden determinarse mediante la prueba Número D2414 de la Sociedad Americana para el Ensayo de Materiales, y el Número de Yodo puede determinarse mediante la prueba Número D1510 de la Sociedad Americana para el Ensayo de Materiales. En la práctica de esta invención, se considera en la presente que se prefiere usalmente que la relación en peso del agente de acoplamiento a la sílice queda dentro de la escala de aproximadamente 0.01/1 a aproximadamente 0.2/1, o aún hasta aproximadamente 0.25/1. En la práctica de esta invención, es preferible que la relación en peso de sílice a negro de carbón queda dentro de la escala de aproximadamente 1/2 a aproximadamente 2/1.

Un beneficio real para esta invención se puede visualizar para efectuar una o más de (i) reducción de costo de la sílice y (ii) conductividad eléctrica aumentada para una composición de caucho. Este beneficio (s) es (son) dirigidos a composiciones de caucho que se desea que sean reforzados con sílice, con un acoplador de sílice acompañante para usarse en superficies de rodadura de llanta. Se considera que esta invención es particularmente aplicable cuando se desea que se use menor cantidad de sílice en una composición elastomérica para superficie de rodadura de llanta, particularmente por las razones anteriormente citadas, pero es deseable retener esencialmente las propiedades físicas de la composición de caucho atribuidas al uso de un refuerzo de sílice más cuantitativo. De conformidad con esta invención, se cree que es una desviación muy considerable de la práctica del pasado, que las superficies de rodadura de llanta de caucho reemplacen por lo menos una porción de la sílice en una composición elastomérica de superficie de rodadura de llanta reforzada con sílice cuantitativamente, mediante un negro de carbón de refuerzo elastomérico inferior en vez de usar un negro de carbón o de refuerzo superior más convencional.

Para descripción adicional y comprensión de la invención, se hace referencia al Dibujo que se acompaña. El Dibujo es una presentación gráfica de distintos negros de carbón de refuerzo y sus N-clasificaciones individuales designadas por la Sociedad Americana para el Ensayo de Materiales que se han diseñado haciendo referencia a sus Números de Yodo (eje x) y valores de DBP (eje y) . La Casilla A del Dibujo represeta negros de carbón de refuerzo superiores típicos para reforzar el caucho de la superficie de rodadura de llanta como una casilla que define los Números de Yodo dentro de la escala de aproximadamente 90 a aproximadamente 150 gramos por kilogramo, y los valores de absorción de DBP dentro de la escala de aproximadamente 90 a aproximadamente 160 centímetros cúbicos por 100 gramos. La Casilla B del Dibujo representa negros de carbón de refuerzo elastoméricos inferiores en una casilla que define los Números de Yodo dentro de la escala de aproximadamente 25 a aproximadamente 85 gramos por kilogramo y que corresponden a valores de absorción de DBP dentro de la escala de 60 a 130, de preferencia hasta un máximo de 125 centímetros cúbicos por 100 gramos. La Casilla C representa un negro de carbón de refuerzo inferior para reforzar el caucho de la superficie de rodadura de llanta en una casilla que define los Números de Yodo dentro de la escala de aproximadamente 45 a aproximadamente 80 gramos por kilogramo, y los valores de absorción de DBP dentro de la escala de 100 a 130, de preferencia hasta un máximo de 125 centímetros cúbicos por 100 gramos. La diferenciación de los negros de carbón como se ilustra en las Casillas A, B y C en el Dibujo, representa gráficamente la diferenciación entre (i) negros de carbón que se consideran como siendo negros de carbón de refuerzo superiores para reforzar las composiciones de caucho de la superficie de rodadura de la llanta, a saber, la casilla A, (ii) negros de carbón que se consideran en la presente como siendo de capacidad de refuerzo menor o relativamente inferior pero singularmente útiles para esta invención en lo que se refiere a la reposición de sílice, a saber, la Casilla B, y (iii) un negro de carbón de preferencia para usarse en esta invención que se considera en la presente como siendo un negro de carbón de refuerzo inferior para composiciones elastoméricas para superficies de rodadura de llanta pero singularmente útil para esta invención en lo que se refiere a la reposición de sílice, a saber Casilla C. Resumiendo, los negros de carbón de refuerzo superiores representativos, a saber los negros de carbón dentro del límite de la Casilla A del Dibujo y que se comprenden en la presente como siendo usados normalmente para composiciones de caucho de superficies de rodadura de llanta son, por ejemplo, negros de carbón que tienen un número designado por la Sociedad Americana para el Ensayo de Materiales tal como N110, N220, N299 y N347. Representativos de los negros de carbón de refuerzo relativamente inferiores, a saber, negros de carbón dentro del límite de la Casilla B del Dibujo y que se comprenden en la presente como usándose normalmente para composiciones de caucho de superfice de rodadura de llanta están, por ejemplo, los negros de carbón que tienen un número designado por la Sociedad Americana para el Ensayo de Materiales tal como N330, N326, N351, N550, N660 y N762. Representativos de los negros de carbón de refuerzo inferiores, a saber, los negros de carbón dentro de límites de la Casilla C del Dibujo y que no se cree que se usen normalmente para composiciones de caucho para superficies de rodadura de llanta, ni para composiciones de caucho de superficie de rodadura que se refuerzan principalmente con sílice, (con un acoplador de sílice inherente) , pero sin embargo un negro de carbón deseable para los objetos de esta invención, es, por ejemplo, un negro de carbón que tiene un número designado por la Sociedad Americana para el Ensayo de Materiales de N351.

Se considera en la presente que es importante apreciar que el uso de los negros de carbón de refuerzo inferiores indicados particularmente el negro de carbón N351 en una composición de caucho reforzada con sílice para superficies de rodadura de llanta se cree que es una desviación de una práctica más común de usar negros de carbón de refuerzo superiores para las composiciones de caucho de superficie de rodadura de llanta, particularmente para composiciones de caucho que contienen un refuerzo de sílice con un acoplador de sílice asociado. Los valores de Número de Yodo se consideran como siendo presentativos del área superficial del negro de carbón, o el tamaño de partícula, y capacidad de refuerzo de elastómero. El término "capacidad de refuerzo de elastómero" para negros de carbón de refuerzo superiores proprociona típicamente composiciones elastoméricas que tienen una módulo mayor del 300 por ciento, resistencia a la tensión final aumentada y usualmente mejor resistencia a la abrasión de DIN que los negros de carbón de refuerzo inferiores. De esta manera, los negros de carbón de refuerzo superiores que tienen Números de Yodo más altos, particularmente Números de Yodo dentro de la escala de aproximadamente 90 a aproximadamente 150 gramos por kilogramo, tienen un tamaño de partícula más pequeño y mayor área superficial y un efecto o capacidad de refuerzo de elastómero mayor y, por lo tanto, se consideran generalmente como siendo más deseables para un refuerzo de superficie de rodadura de llanta, particularmente en donde se desean propiedades tales como por ejemplo desgaste de la superficie de rodadura y manejo de la llanta. Por el contrario, los negros de carbón de refuerzo relativamente inferiores que tienen Números de Yodo dentro de la escala de aproximadamente 25 a aproximadamente 85, y particularmente de aproximadamente 45 a aproximadamente 80 gramos por kilogramo, son por lo general, considerados en la presente como siendo negros de carbón o de refuerzo de elastómero inferiores y por lo tanto, relativamente inadecuados en comparación con los negros de carbón de refuerzo superiores para proporcionar un refuerzo superior para composiciones elastoméricas para superficies de rodadura de llanta. Desde luego, estos negros de carbón de refuerzo elastoméricos inferiores se usan más típicamente cuando este refuerzo es menos crítico en comparación con superficies de rodadura de llanta, por ejemplo con las composiciones elastoméricas para costados de llanta, armazón de cubierta de llanta y capas de alambre.

Por lo tanto, el Número de Yodo se considera en la presente como siendo una propiedad clave para describir la capacidad de refuerzo del negro de carbón. Se considera en la presente que un aspecto importante del descubrimiento es que los negros de carbón de refuerzo inferiores específicos puedan usarse para reforzar elastómeros, particularmente elastómeros vulcanizables con azufre que contienen enlaces dobles de carbono a carbono de una manera semejante a la sílice (cuando la sílice se usa con un agente de acoplamiento de sílice) rindiendo composiciones de caucho que tienen propiedades de composición de caucho semejantes inherentes para superficies de rodadura de llanta que se refuerzan cuantitativamente con sílice. Como resultado o beneficio de este descubrimiento, se ha observado en la presente que la superficie de rodadura de llanta de composiciones de caucho pueden proporcionarse las cuales tienen en comparación con las composiciones de caucho reforzadas con sílice cuantitativamente (composiciones de caucho que contienen por lo menos 25 phr de sílice con una relación en peso de sílice/negro de carbón de por lo menos 1/2) , con propiedades físicas esencialmente o relativamente iguales a las composiciones del elastómero reforzado altamente con sílice tal como, por ejemplo, dureza, histéresis, módulo y resistencia a la abrasión, pero con un beneficio de uno o más de un costo de material de refuerzo granulado reducido y una conductividad eléctrica de la composición de caucho mejorada o aumentada. Por lo tanto, en un aspecto de la invención, la composición de caucho para la superficie de rodadura contiene, como un refuerzo, tanto sílice precipitada como el negro de carbón de refuerzo inferior definido con los valores de Número de Yodo requeridos. Debe apreciarse que, si se desea, el negro de carbón de refuerzo inferior puede usarse en combinación con un negro de carbón de refuerzo superior junto con la sílice, en una composición de caucho para una superficie de rodadura de llanta. En un aspecto, esta composición de caucho puede proporcionarse como estando curada con azufre. La curación con azufre se logra de una manera convencional a saber, curándose bajo condiciones de temperatura y presión elevadas, durante un período de tiempo apropiado. De conformidad adicional con esta invención, se proporciona una llanta de caucho que tiene una superficie de rodadura de la composición de caucho de esta invención. En la práctica de esta invención, como se ha señalado en lo que antecede, la composición de caucho comprende de por lo menos un elastómero a base de dieno o caucho. Estos elastómeros se seleccionan típicamente de homopolímeros y copolímeros de dienos conjugados y copolímeros de dieno (s) conjugado, y un compuesto aromático de vinilo tal, como por ejemplo, estireno y alfametilestireno. Estos dienos, por ejemplo, pueden seleccionarse de isopreno y 1, 3-butadieno y los compuestos aromáticos de vinilo se pueden seleccionar de estireno y alfametilestireno. Este elastómero, o caucho, se puede seleccionar, por ejemplo, de por lo menos un caucho de cis-1, 4-poliisopreno (natural y/o sintético, de preferencia caucho natural), caucho de 3, 4-poliisopreno, cauchos de copolímero de estireno/butadieno, cauchos de copolímero de isopreno/butadieno, cauchos de copolímero de estireno/isopreno, cauchos de terpolímero de estireno/isopreno/butadieno, caucho de cis-1, 4-polibutadieno, caucho de trans-1, -polibutadieno (de 70 por ciento a 95 por ciento de trans), caucho de polibutadieno de bajo contenido de vinilo (10 por ciento a 30 por ciento de vinilo) , caucho de polibutadieno de contenido de vinilo mediano (30 por ciento a 50 por ciento de vinilo) y caucho de polibutadieno de alto contenido de vinilo (50 por ciento a 90 por ciento de vinilo) . En un aspecto, el caucho de preferencia es de por lo menos dos de los cauchos basados en dieno. Por ejemplo, se prefiere una combinación de dos o más cauchos tales como caucho de cis-1, 4-poliisopreno (natural o sintético, aún cuando se prefiere usualmente el natural), caucho de 3,4-poliisopreno, caucho de copolímero de isopreno/butadieno, caucho de estireno/isopreno/butadieno, cauchos de estireno-butadieno derivados de la polimerización por emulsión y por solución, cauchos de cis-1, 4-polibutadieno, cauchos de polibutadieno de contenido de vinilo mediano (30 por ciento a 55 por ciento de vinilo) , cauchos de polibutadieno de alto contenido de vinilo (55 por ciento a 90 por ciento de vinilo) y copolímeros de butadieno/acrilonitrilo preparados mediante polimerización por emulsión. En un aspecto de esta invención, podría usarse un estireno/butadieno (E-SBR) derivado de la polimerización por emulsión que tiene un contenido de estireno relativamente convencional de aproximadamente 20 a aproximadamente 28 por ciento de estireno ligado o, para ciertas aplicaciones, un E-SBR que tiene un contenido de estireno ligado mediano relativamente elevado, a saber, un contenido de estireno ligado de aproximadamente 30 por ciento a aproximadamente 45 por ciento. El contenido de estireno relativamente elevado de aproximadamente 30 por ciento a aproximadamente 45 por ciento para el E-SBR se puede considerar benéfico para un objeto de mejorar la traccción, o resistencia al derrape de la superficie de rodadura de la llanta. La presencia del E-SBR mismo se considera benéfica para un objeto de mejorar la procesabilidad de la mezcla de la composición elastomérica no curada, especialmente en comparación con la utilización de un SBR (S-SBR) preparado mediante polimerización por solución. Mediante E-SBR preparador mediante polimerización por emulsión se quiere dar a entender que el estireno y el 1, 3-butadieno se copolimerizan como una emulsión acuosa. Esto es bien conocido por aquellas personas expertas en esta técnica. El contenido de estireno ligado puede variar, por ejemplo, de aproximadamente 5 por ciento a aproximadamente 50 por ciento. En un aspecto, el E-SBR puede también contener acrilonitrilo para formar un caucho de terpolímero tal como E-SBAR en cantidades, por ejemplo, de aproximadamente 2 por ciento a aproximadamente 30 por ciento en peso de acrilonitrilo ligado en el terpolímero. El SBR (S-SBR) preparado mediante polimerización por solución típicamente tiene un contenido de estireno ligado dentro de la escala de aproximadamente 5 por ciento a aproximadamente 50 por ciento, de preferencia de aproximadamente 9 por ciento a aproximadamente 36 por ciento. El S-SBR puede prepararse convenientemente, por ejemplo, mediante catalización de organolitio en presencia de un solvente de hidrocarburo orgánico. Un objeto de usar el S-SBR es para resistencia de rodamiento de llanta mejorada como resultado de la histéresis más baja cuando se usa en una composición de superficie de rodadura de llanta. El caucho de 3, 4-poliisopreno (3,4-PI) se considera benéfico para el objeto de mejorar la tracción de la llanta cuando se usa en una composición de superficie de rodadura de llanta. El 3,4-PI y el uso del mismo se describen más completamente en la Patente Norteamericana Número 5,087,668. La Tg se refiere a la temperatura de transición de estado vitreo que puede determinarse convenientemente mediante un calorímetro de exploración diferencial a un régimen de calentamiento de 10°C por minuto. El caucho (BR) de cis-1, 4-polibutadieno se considera como siendo benéfico para un objeto de mejorar el desgaste de la superficie de rodadura de la liante o desgaste de la banda de rodadura. Este BR se puede preparar, por ejemplo, mediante polimerización por solución orgánica de 1,3-butadieno. El BR puede caracterizarse convenientemente, por ejemplo, porque tiene por lo menos un contenido de 90 por ciento de cis-1,4. El cis-1, 4-poliisopreno y el caucho natural de un cis-1, 4-poliisopreno son bien conocidos para aquellas personas expertas en la técnica de caucho.

Puede usarse un elastómero de terpolímero de estireno/isopreno/butadieno (SIBR) en la composición de caucho de esta invención. Los ejemplos representativos de los distintos SIBR pueden encontrarse, por ejemplo, en las Patentes Norteamericanas Números 5,137,998, 5,159,020 y 5,272,220. Los pigmentos silicios comúnmente empleados usados en aplicaciones de mezclado de caucho se pueden utilizar como la sílice para esta invención, incluyendo pigmentos siliceos pirogénicos y precipitados (sílice) aún cuando se prefieren las sílices precipitadas. Los pigmentos silíceos de preferencia empleados en esta invención son sílices precipitadas, tales como por ejemplo, aquellas que se obtienen mediante la acidificación de un silicato soluble, v.gr., silicato de sodio. Estas sílices podrían caracterizarse, por ejemplo, por tener un área superficial de BET, como se mide usando gas de nitrógeno, de preferencia dentro de la escala de aproximadamente 40 a aproximadamente 600, y más usualmente dentro de la escala de aproximadamente 50 a 300 metros cuadrados por gramo. El método de BET para medir el área superficial se describe en Journal of the American Chemical Society, Volumen 60, Página 304 (1930) . La sílice también puede caracterizarse típicamente porque tiene un valor de absorción de dibutilftalato (DBP) dentro de la escala de aproximadamente 100 a aproximadamente 400, y más usualmente de aproximadamente 150 a aproximadamente 300 centímetros cúbicos por 100 gramos. La sílice podría esperarse que tuviera un tamaño de partícula final promedio, por ejemplo, dentro de la escala de 0.01 a 0.05 micron como se determina mediante el microscopio electrónico, aún cuando las partículas de sílice pueden aún ser más pequeñas o posiblemente más grandes en tamaño. Pueden considerarse distintas sílices comercialmente obtenibles para usarse en esta invención, tal como por ejemplo, solamente para un ejemplo en la presente y sin limitación ninguna, las sílices que pueden obtenerse comercialmente de PPG Industries bajo la marca Hi-Sil con designaciones 210, 243, etc.; sílices obtenibles de Rhone-Poulenc con, por ejemplo, designaciones de Zeosil 1165MP y sílices que pueden obtenerse de Degussa AG, con por ejemplo, designaciones VN2 y VN3, etc. Se dan a conocer numerosos agentes de acoplamiento para usarse para combinar la sílice y el caucho, tal como por ejemplo, agentes de acoplamiento a base de silano que contienen un componente de polisulfuro o una estructura, tal como por ejemplo, de polisulfuros de trialcoxiorganosilano que contienen de aproximadamente 2 a aproximadamente 8 átomos de azufre en el puente de polisulfuro, tal como por ejemplo, bis (3-trietoxisililpropil) tetrasulfuro, trisulfuro y/o disulfuro. Se comprenderá fácilmente por aquellas personas expertas en la técnica que la composición de caucho se mezclaría mediante métodos conocidos generalmente en el ramo de mezclado de caucho, tal como el mezclado de los distintos cauchos constituyentes vulcanizables con azufre con varios materiales aditivos usados comúnmente, tales como por ejemplo, auxiliares de curación, tales como azufre, activadores, agentes retardadores y aceleradores, aditivos de procesamiento, tales como aceites, resinas incluyendo resinas de pegajosidad, sílices y plastificantes, materiales de relleno o carga, pigmentos, ácido graso, óxido de zinc, ceras, anti-oxidantes y antiozonantes, agentes de peptización y materiales de refuerzo, tales como por ejemplo, negro de carbón. Como es sabido por aquellas personas expertas en la técnica, dependiendo del uso a que se destine el material vulcanizable con azufre y vulcanizado con azufre (cauchos) , los aditivos anteriormente mencionados se seleccionan y se usan comúnmenete en cantidades convencionales. Las cantidades típicas del negro de carbón (es) de tipo de refuerzo se han señalado en lo que antecede.

Las cantidades típicas de la resina de pegajosidad si se usan pueden comprender de aproximadamente 0.5 a aproximadamente 10 phr, usualmente de aproximadamente 1 a aproximadamente 5 phr. Las cantidades típicas de los auxiliares de procesamiento comprenden de aproximadamente 1 a aproximadamente 50 phr. Estos auxiliares de procesamiento pueden incluir, por ejemplo, aceites de procesamiento aromáticos, nafténicos y/o parafínicos. Las cantidades típicas de antioxidantes comprenden de aproximadamente 1 a aproximadamente 5 phr. Los antioxidantes representativos, por ejemplo, pueden ser difenil-p-fenilendiamina y otros, tales como por ejemplo, aquellos dados a conocer en Vanderbilt Rubber Handbook, (1978), Páginas 344 a 346. Las cantidades típicas de antiozononantes comprenden de aproximadamente 1 a 5 phr. Las cantidades típicas de ácidos grasos si se usan usualmente comprenden principalmente ácido esteárico, consisten de aproximadamente 0.5 a aproximadamente 3 phr. Las cantidades típicas de óxido de zinc comprenden de aproximadamente 2 a aproximadamente 5 phr. Las cantidades típicas de ceras comprenden de aproximadamente 1 a aproximadamente 5 phr. Frecuentemente se usan ceras microcristalinas. Las cantidades típicas de peptizadores comprenden de aproximadamente 0.1 a aproximadamente 1 phr.

Los peptizadores típicos, por ejemplo, pueden ser disulfuro de pentaclorotiofenol y de dibenzamidodifenilo. La vulcanización se lleva a cabo en presencia de un agente de vulcanización de azufre. Los ejemplos de agentes de vulcanización de azufre apropiados incluyen azufre elemental (azufre libre) o agentes de vulcanización donadores de azufre, por ejemplo, un disulfuro de amina, polisulfuro polimérico o aductos de olefina de azufre. De preferencia, el agente de vulcanización de azufre es azufre elementasl. Como es sabido por aquellas personas expertas en la técnica, los agentes de vulcanización de azufre se usan en una cantidad que varían de aproximadamente 0.5 a aproximadamente 4 phr, o aún, bajo ciertas circunstancias, hasta de aproximadamente 8 phr, con una escala de aproximadamente 1.5 a aproximadamente 2.5, y algunas veces de aproximadamente 2 a aproximadamente 2.5, siendo preferida. Los aceleradores se usan para controlar el tiempo y/o la temperatura que se requieren para la vulcanización y para mejorar las propiedades del material vulcanizado. En una modalidad, puede usarse un solo sistema acelarador, es decir, un acelerador primario. Se usa de manera convencional y de preferencia un acelerador (es) primario en cantidades totales que varían de aproximadamente 0.5 a aproximadamente 4, de preferencia de aproximadamente 0.8 a aproximadamente 2 phr. En otra modalidad, las combinaciones de un acelerador primario y uno secundario podrían usarse con el acelerador secundario usándose en cantidades más pequeñas (de aproximadamente 0.05 a aproximadamente 3 phr) a fin de activar y mejorar las propiedades del material vulcanizado. Las combinaciones de estos aceleradores podría esperarse que porduzcan un efecto sinergético en las propiedades finales y son algo mejores que aquellos que se producen mediante el uso de cualquier acelerador solo. Además, pueden usarse aceleradores de acción retardada que no son afectados mediante las temperaturas de procesamiento normales, sino que producen una curación satisfactoria a temperaturas de vulcanización regulares. Los retardadores de vulcanización también podrían usarse. Los tipos de aceleradores apropiados que pueden usarse en la presente invención son aminas, disulfuros, guanidina, tioureas, tiazoles, tiouramilo, sulfenamidas, ditiocarbamatos y xantatos. De preferencia, el acelerador primario es una sulfenamida. Si se usa un acelerador segundo, el acelerador secundario de preferencia es una guanidina, ditiocarbamato o un compuesto de tiouramilo. La presencia y las cantidades relativas de los aditivos anteriormente citados que no sean los aspectos de negro de carbón, sílice y el agente de acoplamiento, no se consideran como siendo un aspecto de la presente invención que está dirigida principalmente a la utilización de mezclas especificadas de caucho en las composiciones de caucho, en combinación con sílice, los agentes de acoplamiento y el negro de carbón de refuerzo interior definido, para usarse con sílice en el refuerzo del caucho, particularmente para usarse en superficies de rodadura de llanta. La composición de caucho debe prepararse trabajando y mezclando termomecánicamente el caucho a base de dieno, la sílice, el negro de carbón y el acoplador de sílice, excluyendo los agentes de curación de caucho con por lo menos un mezclador mecánico, al cual se hace usualmente referencia como una etapa (s) de mezcla "no productiva", durante un período de tiempo suficiente para promover la reacción del acoplador de sílice incluido entre la sílice y el elastómero (s) a base de dieno, seguido por una etapa de mezcla final en la cual los agentes de curación tales como azufre y aceleradores se añaden desde luego. La etapa de mezcla final es llamada convencionalmente la etapa de mezcla "productiva" en donde el mezclado ocurre típicamente a una temperatura máxima que es más baja que la temperatura (s) de mezclado máxima de las etapas de mezclado no-productivas anteriores. Los términos etapas de mezcla "no productiva" y "productiva" son bien conocidos por aquellas personas expertas en el ramo de mezclado de caucho. En la práctica de esta innvención, se prefiere el siguiente trabajado y procedimiento de mezclado termomecánico : La composición de caucho de esta invención, y por lo tanto, una composición de caucho para la superficie de rodadura de caucho de la llanta de esta invención, se prepara de preferencia (a) trabajando y mezclando termomecánicamente una mezcla que consiste del elastómero a base de dieno, sílice, negro de carbón y el acoplador de sílice en por lo menos dos etapas de mezclado en secuencia con por lo menos un mezclador mecánico, que se selecciona de preferencia de por lo menos un mezclador interno, un mezclador de molino abierto y/o un aparato de extrusión, hasta (i) una temperatura máxima dentro de la escala de aproximadamente 160°C y aproximadamente 200°C y a través de una duración de tiempo al llegar a la temperatura máxima dentro de la escala de aproximadamente 1 a aproximadamente 8 minutos a una temperatura dentro de aproximadamente 5°C a aproximadamente 10°C de la temperatura máxima, o (ii) una temperatura máxima dentro de la escala de aproximadamente 155°C a aproximadamente 180°C y a través de una duración de tiempo al llegar a la temperatura máxima dentro de la escala de aproximadamente 4 a aproximadamente 20 minutos a una temperatura dentro de aproximadamente 5°C a aproximadamente 10°C de la temperatura máxima, seguido por (b) mezclar los agentes de curación, a saber, el azufre y el acerador(es) con la mezcla en una etapa de mezclado final durante aproximadamente 1 a aproximadamente 4 minutos hasta una temperatura de aproximadamente 90°C a aproximadamente 120°C; mientras que la mezcla de caucho se enfría hasta una temperatura menor de aproximadamente 40°C entre cada una de las etapas de mezcla anteriormente citadas. Puede apreciarse que la composición de caucho se enfría convencionalmente hasta una temperatura menor de aproximadamente 40°C entre las etapas de mezcla anteriormente citadas. Se apreciará además que la duración de tiempo anteriormente citada para el mantenimiento de la temperatura requerida para el proceso (s) de mezclado durante las etapas de mezcla no productivas se puede lograr, por ejemplo, (i) ajustando la velocidad del motor del mezclador, a saber, reduciendo la velocidad del motor después de que se ha alcanzado la temperatura deseada de la composición de caucho, en un mezclador de velocidad variable o (ii) utilizando dos o más etapas de mezcla suficientes para satisfacer el requisito de duración o mentenimiento de la temperatura de mezclado máxima anteriormente citada. La composición de caucho de esta invención puede usarse para varios fines. Por ejemplo, puede usarse para superficies de rodadura de llanta. Estas llantas se pueden confeccionar, configurar, moldear y curar mediante distintos métodos que se conocen y que se harán fácilmente evidentes para aquellas personas expertas en la técnica. Las propiedades del negro de carbón, tales como el Número de Yodo y los valores de absorción de aceite de DBP son bien conocidos por aquellas personas expertas en esta técnica. Por ejemplo, el Número de Yodo para el negro de carbón es una medida de su área superficial y se expresa en unidades de gramo/kilogramo. Un Número de Yodo más elevado es indicativo de un tamaño de partícula más pequeño que, a su vez es indicativo de un área superficial más elevada para el negro de carbón, típicamente un negro de carbón de refuerzo superior para los elastómeros. El valor de absorción de DBP (dibutilftalato) para el negro de carbón es una medida de su estructura o del tamaño del agregado y se expresa en centímetros cúbicos por 100 gramos de negro de carbón. Un valor de absorción de DBP más elevado es indicativo de agregados más grandes que a su vez es indicativo de una estructura superior para el negro de carbón. Los valores de DBP no son definitivos para los negros de carbón de refuerzo o superiores como el Número de Yodo. Los Números de Yodo y los valores de DBP junto con los N- números designados por la Sociedad Americana para el Ensayo de Materiales representativo se pueden encontrar, por ejemplo, en The Vanbderbilt Rubber Handbook, Thirteenth Edition (1990), Página 417. Debe observarse que aún cuando se menciona en la página 417 del Vanderbilt Rubber Handbook que un número de negros de carbón, a saber, negros de carbón de refuerzo superiores puede usarse en superficies de rodadura de llanta, se incluye también el negro de carbón N351 de refuerzo inferior. Se considera en la presente y hasta donde están al tanto los inventores este negro de carbón de refuerzo inferior se usa muy poco en caso de usarse con muchas aplicaciones de superficie de rodadura de llanta de coche de pasajeros. En particular, hasta donde se conoce, no se ha usado un negro de carbón de refuerzo inferior y se ha sugerido para uso en una composición de caucho reforzada con sílice, particularmente, reforzada con sílice cuantitativamente de, para superficies de rodadura. Desde luego se considera en la presente que este uso es una desviación significativa de la práctica pasada y es un descubrimiento significativo.

La invención podrá comprenderse mejor haciendo referencia a los siguientes ejemplos en donde las partes y porcentaje son en peso a no ser que se indique lo contrario.

EJEMPLO I En estos Ejemplos, se proporcionan composiciones de caucho reforzadas con sílice con un acoplador de sílice inherente para demostrar la invención. En este Ejemplo y en los Ejemplos sucesivos, se usan distintos negros de carbón de refuerzos superiores y negros de carbón de refuerzo inferiores para reemplazar un porción de la sílice, en una convulsión elastomérica reforzada altamente con sílice. En particular, los negros de carbón de refuerzo inferiores se usan para reemplazar por lo menos una parte del refuerzo de sílice en la composición (es) de cuacho a fin de proporcionar composiciones de caucho de propiedades esencialmente equivalentes, tales como dureza y módulo a 300 por ciento, como se indica mediante la dureza Shore A y medidas de tensión-deformación, histéresis como se indica mediante las propiedades de rebote, Tan. delta (0°C) y resistencia a la abrasión como se indica mediante los valores de abrasión de DIN.

En cada uno de estos Ejemplos, la composición de formulación de control se prepara individualmente y se usa para fines de comparación y se genera cada vez una serie de muestras experimentales para substituciones de negro de carbón que se preparan para fines de consistencia. Por consiguiuente, se hace referencia a estas composiciones de caucho de control en los distintos Ejemplos como Ctrl 2, Ctrl 3, Ctrl 4, etc. En particular en este Ejemplo, se proporciona una composición de caucho de control que se refuerza cuantitativamente con sílice se hace referencia a la misma como "Ctrl 1". La composición de caucho consistía de los ingredientes mostrados en el siguiente Cuadro 1. La composición de caucho para este Ejemplo se preparó con una mezcla de un elastómero de copolímero de butadieno/estireno preparado mediante polimerización por emulsión (E-SBR) , un caucho de copolímero de isopreno/butadieno (IBR), un caucho de cis-1, 4-polibutadieno (BR) , un caucho natural de cis-1, 4-poliisopreno (NR) . Se prepararon composiciones de elastómero de Control mezclando los ingredientes en varias etapas, a saber, una etapa no productiva (sin los agentes de curación) seguido por una etapa de mezclar productiva (para los agentes de curación) , y luego la composición resultante se curó bajo condiciones de temperatura y presión elevadas. Para la etapa de mezclado no productiva, excluyendo el acelerador (es) y agentes de curación de azufre que se mezclaron (añadieron) al final, la etapa de mezclado productiva, los ingredientes incluyendo los elastómeros se mezclan durante cuatro minutos hasta una temperatura de aproximadamente 160°C y la velocidad del motor del mezclador luego se desacelera para mantener una temperatura esencialmente constante de la composición elastomérica de aproximadamente 160°C durante siete minutos adicionales. A la composición de caucho resultante (mezcla) se mezclaron luego los agentes de curación en un mezclador de tipo Banbury, a saber, el acelerador (es) y el azufre a una temperatura máxima de aproximadamente 120°C durante aproximadamente tres minutos . La composición de caucho resultante luego se vulcanizó a temperatura de aproximadamente 150°C durante aproximadamente 18 minutos. La composición de caucho consistía de los ingredientes ilustrados en el Cuadro 1. En el Cuadro 2 ilustra las propiedades de la composición de caucho curada.

Cuadro 1 Muestra # Ctrl 1 Etapas de Mezcla No Productivas E-SBR1 25 IBR2 45 BR3 20 Caucho Natural^ 10 Aceite de Procesamiento^ 26.3 Oxido de Zinc 2.5 Ácido Graso 3 Antioxidante^ 3 Sílice7 80 Agente de Acoplamiento^ 12.8 Etapa de Mezcla Productiva Azufre 1.40 Aceleradores 1 y 2 Retardadores 3.5 1) El SBR preparado mediante polimerización por emulsión que tiene un contenido de estireno de aproximdamente 41 por ciento del tipo obtenible como 1721 de Huels AG Company. 2) Caucho de copolímero de isopreno/butadieno que tiene un contenido de isopreno de aproximadamente 50 por cientro obtenido de The Goodyear Tire & Rubber Company, y una Tg de aproximadamente -43 °C. 3) El caucho de cis-1, 4-polibutadieno obtenido como Budene® 1254 de The Goodyear Tire & Rubber Company. 4) El caucho natural (cis-1, 4-poliisopreno) . 5) El aceite de procesamiento de caucho como siendo de 9.4 partes en el E-SBR y 5 partes en el PBd, en donde las cantidades de E-SBR y PBd se dan a conocer en lo que antecede sobre un peso en seco (sin el aceite) y además, se añadieron aproximadamente 11 partes del aceite de procesamiento de caucho adicionales. 6) Del tipo de alquilarilparafenilendiamina. 7) Una sílice obtenida como Zeosil™ 1165MP de Rhone-Poulenc company, y supuestamente teniendo un área superficial de BET de aproximadamente 165 y un valor de absorción de DBP de aproximadamente 260-280. 8) Una composición de bis- (3-trietoxisililpropil) tetrasulfuro y negro de carbón N333 (relación en peso de 50/50, y por lo tanto, considerado como siendo 50 por ciento activo) que puede obtenerse comercialmente como X50S de Degussa. 9) Los acelaradores eran del tipo de sulfenamida y difenilguanidina y el retardador era del tipo de tioftalimida. Con referencia a la Casilla A de la Figura 1, el negro de carbón de refuerzo superior típico, N-220 para el caucho de superficie de rodadura de llanta se usó para reemplazar parcialmente la sílice en la composición de caucho de control. Se prepararon tres muestras experimentales de composiciones de caucho y se vulcanizaron con la excepción de que una porción del refuerzo de sílice se reemplazó por un negro de carbón de superficie de rodadura de refuerzo superior convencional, a saber, al medio de carbón N220. El siguiente Cuadro 2 ilustra las porciones de la formulación de control que se modificó para estas cuatro muestras experimentales que por si se identifican aquí como Exp A, Exp B y Exp C. El agente de acoplamiento de sílice se redujo debido a la reducción en la cantidad de sílice, con relación del acoplador permaneciendo igual. Asimismo, los aceleradores se redujeron puesto que el elastómero reforzado con negro de carbón no necesita un sistema de curación tan potente, y por lo tanto, para ser de las composiciones de caucho vulcanizadas en total fueran comparables.

Cuadro 2 Ctrl 1 Exp A Exp B Exp C Sílice 80 40 40 40 Negro de Carbón (N220) 0 40 30 25 Agente de Acoplamiento 12.8 6.4 6.4 6.4 Aceleradores (1 y 2) 3.5 2.6 2.6 2.6 Retardador 0.1 0.4 0.4 0.4 Las propiedades físicas para las composiciones de caucho vulcanizadas resultantes se muestran en el siguiente Cuadro 3.

Se hace algunas veces referencia a la prueba de abarasión de DIN como "DIN 53516" y es indicativa del desgaste del caucho debido a la abrasión. La prueba de abrasión de DIN es bien conocida por aquellas personas expertas en la técnica. Un valor más elevado es indicativo de una cantidad mayor de caucho que se remueve mediante abrasión, y por lo tanto, una mayor cantidad de desgaste para la muestra de caucho. Todas las medidas de tipo de par de torsión mínimo y máximo de reómetro, las medidas de tiempo de curación T25 y T 0 (tiempo para lograr una curación total del 25 por ciento al 90 por ciento, respectivamente) , la resistencia a la tensión, alargamiento, módulo de 300 por ciento y métodos de rebote en caliente y en frío de caracterización de caucho son bien conocidos por aquellas personas expertas en esta técnica.

Cuadro 3 Muestra # Ctrl 1 Exp A Exp B Exp C Reómetro (150°C) Par de Torsión Máx . dNm 20.2 18.7 15.8 14.8 Par de Torsión Mínimo dNm 2.9 3.5 2.7 2.4 T90 ' minutos 12.9 12.2 12.9 13.4 T25' minutos 6.9 5.2 6.0 6.7 Tensión-Deformación Resistencia a la Tensión, MPa 16.5 17.2 18.1 17.8 Alargamiento a la Rotura, % 500 530 630 650 Módulo de 300%, MPa 9.7 9.6 7.7 6.9 Rebote 100°C, (%) 61 54.0 57.0 59.6 23°C 35.8 29.6 33.9 36.8 Dureza (Shore A) 23°C 65.3 67.5 61.3 58.8 100°C 60 59.0 53.6 52.0 Abrasión de DIN 80 106.0 104.0 90 Tan. Delta A 0°C 0.168 0.148 0.165 0.182 Exp A muestra que los valores de rebote (valores a 100°C y temperatura ambiente) eran significativamente más bajos que los valores para el Control (Ctrl 1) . Los valores de rebote más bajos indican mayor histéresis para la composición de caucho y es capaz de predecir la resistencia a la rodadura aumentada para una superficie de rodadura de llanta, y por lo tanto, menor economía de combustible vehicular. Para aumentar los valores de rebote, se usaron cantidades reducidas del negro de carbón N220 de refuerzo superior en Exp B y en Exp C. Los valores de rebote para Exp B y Exp C eran algo inferiores a los valores de rebote para Ctrl 1. Asimismo, la dureza del compuesto de los valores de módulo de 300 por ciento para Exp B y Exp C eran significativamente más bajos de ya sea para Exp A o Ctrl 1, lo cual se cree aquí que puede predecir la tracción y manejo de llanta reducidos. Los valores de abrasión de DIN también eran inferiores a todas las composiciones de caucho experimentales en comparación con la composición de caucho de Control (Ctrl 1) . De esta manera, en cuanto a proporcionar un caucho de superficie de rodadura con propiedades mejoradas de rebote y rigidez, la substitución parcial del negro de carbón de refuerzo N220 superior (que se toma de la Casilla A del Dibujo) para la sílice, se considera aquí como habiendo sido insatisfactoria.

EJEMPLO II Con referencia a la Casilla B, y excluyendo la Casilla C del Dibujo, se evaluaron cinco negros de carbón de refuerzo inferiores adicionales como substituciones parciales para sílice. En particular, se prepararon cinco muestras experimentales de las composiciones de caucho y se vulcanizaron de acuerdo con el Ejemplo I (con un control recién preparado que se da a conocer en la presente como Ctrl 2) excepto que una porción del refuerzo de sílice se reemplazó por varios negros de carbón de refuerzo relativamente inferiores de manera semejante al Ejemplo II. Los negros de carbón de refuerzo relativamente inferiores eran N330, N326, N550, N660 y N672 y se hace referencia a las muestras en la presente como Exp D, Exp E, Exp F, Exp G y Exp H, respectivamente. El siguiente Cuadro 4 ilustra las porciones de los componentes de sílice y negro de carbón de la formulación Exp A de control que se modificó para estas cinco muestras experimentales.

Como se hace referencia en el Ejemplo 1, el agente de acoplamiento de sílice y los aceleradores se redujeron apropiadamente y de manera semejante.

Cuadro 4 Ctrl 2 Exp D Exp E Exp F Exp G Exp H Sílice 80 40 40 40 40 40 CB (N330) 40 CB (N326) 40 CB (N550) 40 CB (660) 0 40 CB (N762) 0 40 Las propiedades físicas para las composiciones de caucho vulcanizado resultantes se muestran en el siguiente Cuadro 5.

Cuadro 5 Muestra # Ctrl 2 Exp D Exp E Exp F Exp G Exp H Reómetro (150°C) Par de Torsión Max, dNm 12.9 14.5 13.9 11.7 12.2 13.6 Par de Torsión Min, dNm 2.2 2.5 2.3 2.1 1.7 1.9 T90, minutos 10.2 6.7 8.3 7.4 7.9 8.8 , minutos 5.1 2.7 3.7 1.9 3.7 4.3 Tensión-Deformación Resistencia a la Tensión, MPa 17.3 16.7 18.0 15.6 15.2 16.0 Alargamiento a la Rotura, % 550 480 570 530 540 410 Módulo al 300%, MPa 7.7 11.0 9.2 9.2 8.8 10.6 Rebote 100°C, (%) 56.8 58.1 56.8 58.5 64.0 63.6 23°C, (%) 37.6 36.2 35.6 42.0 44.8 43.3 Dureza (Shore A) 23°C 58.7 61.1 60.6 56.7 55.0 57.9 100°C 53.2 57.3 54.5 52.3 51.8 54.9 Abrasión de DIN 111 100 108 96.0 121 107 Tan. Delta A 0°C 0.223 0.189 0.214 0.216 0.224 0.216 Este Ejemplo muestra que el uso de algunos tipos de negros de carbón para reemplazar la sílice puede rendir propiedades semejantes aún cuando no exactamente iguales al control aún cuando se considera en la presente que los ajustes pequeños en los niveles de negro de carbón mejorarían los resultados. En particular, los valores de abrasión de DIN muestran Exp G como siendo ligeramente peor en su resistencia a la abrasión en comparación con el control (Ctrl 2) . Los valores de dureza también fueron más bajos. Los valores de Tan. delta a 0°C muestran que el negro de carbón N330 de refuerzo relativamente inferior (Exp. D) proporcionó una composición elastomérica con un valor ligeramente más bajo que la composición elastomérica de control (Ctrl 2) . Los valores de alargamiento a la rotura muestran que la composición elastomérica Exp. H es ligeramente menor que la composición del elastómero de control.

EJEMPLO III Con referencia a la Casilla C del Dibujo, se prepararon tres muestras experimentales de composiciones de caucho y se vulcanizaron de acuerdo con el Ejemplo I con la excepción de que una porción de refuerzo de sílice se reemplazó por negro de carbón N351 de refuerzo inferior de una manera semejante al Ejemplo I. A las muestras se hace referencia en la presente como Exp I y Exp J. El siguiente Cuadro 6 ilustra las porciones de los componentes de sílice y negro de carbón de la formulación de Control recién preparada (Ctrl 3) que se modificó para estas dos muestras experimentales. Como se hace referencia en el Ejemplo II, el agente de acoplamiento de sílice y los aceleradores se redujeron apropiadamente y de manera semejante.

Cuadro 6 Ctrl 3 Exp I Exp J Sílice 80 41.5 0 Negro de Carbón (N351) 0 41.5 83.0 Las propiedades físicas de las composiciones de caucho vulcanizadas resultantes se muestran en el siguiente Cuadro 7.

Cuadro 7 Muestra # Ctrl 3 Exp I Exp J Reómetro (150°C) Par de Tosión Max . dNm 21.3 18.0 20.0 Par de Torsión Min . dNm 3.4 3.4 3.6 Tgg, minutos 12.7 10.9 11.4 T25, minutos 6.3 5.1 6.7 Tensión-Deformación Resistencia a la Tensión, MPa 16.4 15.7 15.3 Alargamiento a la Rotura, % 490 420 360 Módulo de 300%, MPa 9.8 12.0 14.2 Rebote 100°C, (%) 57.7 58.7 54.1 23°C (%) 35.3 36.5 33.0 Dureza (Shore A) 23°C 65.2 63.3 67.7 100°C 62.2 60.0 61.7 Abrasión de DIN 108 85.0 84.0 Tan. Delta A 0°C 0.169 0.200 0.174 Este Ejemplo muestra que el negro de carbón N351 de refuerzo inferior rindió propiedades de mezclado semejantes a todo el compuesto de sílice en una reposición de 1 a 1; sin embargo, Exp. J indica la reposición completa de la sílice con un negro de carbón de tipo N351 de refuerzo inferior que no rindió propiedades iguales al control. En particular, los valores de rebote y alargamiento a la rotura de la composición elastomérica Exp. J son significativamente menores que la composición elastomérica de Control (Ctrl 3) . La mezcla de sílice, negro de carbón N351 y el acoplador de sílice proporcionó al mejor equilibrio de propiedades de composición de caucho, a saber, un equilibrio del módulo de 300 por ciento, el rebote, tanto delta (0°C) y valores de resistencia a la abrasión.

EJEMPLO IV Este Ejemplo se proporciona para demostrar un efecto de tiempos de mezclado ampliados, usando el negro de carbón N351 de refuerzo inferior (Casilla C del Dibujo) como una reposición parcial de la sílice en la composición de caucho del Ejemplo I.

Se prepararon cinco muestras experimentales de las composiciones de caucho y se vulcanizaron de acuerdo con el Ejemplo I con la excepción de que una porción del refuerzo de sílice se reemplazó por un negro de carbón N351 de refuerzo inferior y el tiempo de mezclado se varió. En particular, el segundo paso de mezcla no productiva se mantuvo a temperatura de aproximadamente 160°C durante 7 minutos adicionales reduciendo la velocidad del mezclador después de que la temperatura del caucho alcanzó 160°C. No se usó mezclado adicional para Exp. M y Exp. O que son las composiciones elastoméricas. El siguiente Cuadro 8 ilustrta las variables experimentales en el mezclado y la formulación de la composición de caucho. Como se hace referencia en la Figura 1, el agente de acoplamiento de sílice y los acelaradores se redujeron de manera apropiada y semejante.

Cuadro 8 Ctrl 4 Exp.L Exp. M Exp. N Exp. O Ampliada Tiempo de Mezcla Sí Sí No Sí No Sílice 80 40 40 20 20 CB (N351) 0 40 40 60 60 Las propiedades físicas de las composiciones de caucho vulcanizado resultantes se muestran en el siguiente Cuadro 9.

Cuadro 9 Muestra # Ctrl 4 Exp L Exp M Exp N Exp 0 Reómetro (150°C) Par de Torsión Max . dNm 18.1 16.5 18.9 15.8 16.8 Par de Torsión Min, dN 3.0 2.9 3.1 3.4 3.2 T90, minutos 14.5 11.2 13.1 10.3 12.4 T25, minutos 7.2 5.1 6.0 5.1 6.0 Tensión-Deformación Resistencia a la Tensión, MPa 17.0 16.1 15.2 16.5 15.1 Alargamiento a la Rotura, % 520 440 480 450 470 Módulo de 300%, MPa 9.5 11.9 10.5 12.0 10.6 Rebote 100°C (%) 59.6 59.8 54.3 57.7 53.5 23°C (%) 36.4 36.0 31.3 35.2 31.7 Dureza (Shore A) 23°C 64.0 65.3 68.9 63.8 67.8 100°C 59.5 59.4 61.2 57.8 60.0 Abrasión de DIN 100 93.0 102 89.0 99.0 Tan. Delta A 0°C 0.211 0.206 0.174 0.205 0.176 Este ejemplo muestra que reduciendo el nivel de sílice a 20 phr (Exp N) , con mezclado ampliado o prolongado rindió una convulsión de caucho con propiedades inferiores de rebote y dureza hasta 40 phr de sílice (Exp L) y el control (Ctrl 4) . Las composiciones sin mezclado prolongado (Exps. M y O) tienen rebote reducido (deficiente para uso para superficies de rodadura para economía de combustible) , un Tan. Delta más bajo a 0°C (peor para usarse para superficies de rodadura de llanta para tracción) y mayor resistencia a la abrasión (potencialmente peor para desgaste) en comparación con la misma composición de caucho con mezclado prolongado (Exps. L y N) , respectivamente .

EJEMPLO V Este Ejemplo se proporciona para demostrar que, aparentemente, la selección de la sílice precipitada puede variar muy considerablemente. Se prepararon dos muestras experimentales de composiciones de caucho y se vulcanizaron de acuerdo con el Ejemplo I con la excepción de que una porción del refuerzo de sílice se reemplazó por medio de carbón N351 de refuerzo inferior (Casilla C del Dibujo) y también la sílice utilizada en los Ejemplos anteriores se reemplazó por Hi-Sil 210 de PPG Industries. A las muestras se hace referencia en la presente como Exp P y Exp Q. El siguiente Cuadro 10 ilustra las porciones de los componentes de sílice y negro de carbón de la formulación del Ejemplo I que se modificó para estas tres muestras experimentales. Como se hace referencia en el Cuadro II, el agente de acoplamiento de sílice y los aceleradores se redujeron de manera apropiada y semejante.

Cuadro 10 Exp P Exp Q Sílice No. 1 40 Sílice No. 2 0 40 Negro de carbón (N351) 40 40 La sílice No. 1 es Zeosil™ 1165MP que se obtiene de Rhone Poulenc company. La sílice No. 2 se obtiene como Hi-Sil™ 210 de PPG Industries company.

Las propiedades físicas para las composiciones de caucho vulcanizadas resultantes se muestran en el siguiente Cuadro 11.

Cuadro 11 Muestra # Exp R Exp S Reómetro (150°C) Par de Torsión Max. dNm 15.8 17.0 Par de Torsión Min. dNm 2.8 3.0 Tgn, minutos 13.6 15.5 Tensión-Deformación Resistencia a la Tensión, MPa 15.4 14.7 Alargamiento de la Rotura, % 440 430 Módulo de 300%, MPa 11.1 11.1 Rebote 100°C (%) 58.0 59.3 23°C (%) 35.3 35.8 Dureza (Shore A) 23°C 62.4 63.5 100°C 57.4 59.5 Abrasión de DIN 102 101 Tan. Delta A 0°C 0.195 0.201 Este Ejemplo muestra que el tipo de sílice no afectó las propiedades físicas de la composición de caucho cuando se usa el negro de carbón N351 de refuerzo inferior como una reposición parcial para la sílice en la composición de caucho. En particular, los valores de rebote, Tan. Delta y Abrasión de DIN eran muy semejantes o idénticos. Aún cuando se han mostrado ciertas modalidades y detalles representativos con el objeto de ilustrar la invención, se hará evidente para aquellas personas expertas en esta técnica que pueden hacerse en la misma varios cambios y modificaciones sin desviarse del espíritu ni el alcance de la invención.

Claims (12)

1. R E I V I N D I C A C I O N E S: 1. Un composición de caucho caracterizada porque comprende (A) aproximdamente 100 partes en peso de por lo menos un elastómero a base de dieno, (B) de aproximadamente 50 a aproximadamente 100 phr de un material de relleno o carga de refuerzo en partículas compuesto de sílice y negro de carbón en donde el material de relleno o carga o consiste de (i) de aproximadamente 25 a aproximadamente 50 phr de sílice precipitada y (ii) de aproximdamente 25 a aproximadamente 50 phr de negro de carbón en partículas, en donde el negro de carbón tiene un valor de absorción de DBP dentro de la escala de 60 a 130 centímetros cúbicos/100 gramos con Número de Yodo correspondiente dentro de la escala de aproximadamente 25 a aproximadamente 85 gramos por kilogramo, y (C) una composición de agente de acoplamiento que tiene un residuo caracterizado porque es reactivo con la superficie de la sílice y otro residuo caracterizado porque es interactivo con los elastómeros que tienen enlaces dobles de carbono a carbono.
2. 2. La composición de caucho de conformidad con la reivindicación 1, que comprende (A) 100 partes en peso de por lo menos un elastómero a base de dieno, (B) de aproximadamente 60 a aproximadamente 90 phr del material de relleno o carga de refuerzo en partículas compuesto de sílice y negro de carbón en donde el material de relleno o carga comprende (i) de aproximadamente 30 a aproximadamente 40 phr de sílice precipitada y (ii) de aproximadamente 30 a aproximadamente 45 phr de negro de carbón en partículas, en donde el negro de carbón tiene un valor de absorción de DBP dentro de la escala de 100 a 125 centímetros cúbicos por 100 gramos, con un Número de Yodo correspondiente dentro de la escala de aproximadamente 45 a aproximdamente 80 gramos por kilogramo, y (C) un agente de acoplamiento como polisulfuro de trialcoxiorganosilano que tiene de 2 a aproximadamente 8 átomos de azufre en su puente de polisulfuro.
3. 3. La composición de caucho de conformidad con cualesquiera de las reivindicaciones que anteceden, caracterizada porque el elastómero a base de dieno se selecciona de por lo menos un caucho de cis-1, 4-poliisopreno, caucho de 3, 4-poliisopreno, cauchos de copolímero de estireno/butadieno, cauchos de copolímero de isopreno/butadieno, cauchos de copolímeros de estireno/isopreno, cauchos de terpolímero de estireno/isopreno/butadieno, caucho de cis-1, 4-polibutadieno, caucho de trans-1, 4-polibutadieno (de 70 por ciento a 95 por ciento de trans), caucho de polibutadieno de bajo contenido de vinilo (de 10 por ciento a 30 por ciento de vinilo) , caucho de polibutadieno de contenido de vinilo mediano (de 30 por ciento a 50 por ciento de vinilo) , caucho de polibutadieno de alto contenido de vinilo (de 50 por ciento a 90 por ciento de vinilo) y un caucho de terpolímero de estireno/butadieno/acrilonitrilo preparado mediante polimerización por emulsión y un caucho de copolímero de butadieno/acrilonitrilo.
4. 4. La composición de caucho de conformidad con cualesquiera de las reivindicaciones que anteceden, caracterizada porque el negro de carbón tiene un valor de absorción de DBP dentro de la escala de 60 a 125 centímetros cúbicos por 100 gramos.
5. 5. La composición de caucho de conformidad con la reivindicación 4, caracterizada porque el negro de carbón se selecciona de por lo menos uno de los negros de carbón N-330, N-326, N-351, N-550, N-660 y N-762.
6. 6. La composición de caucho de conformidad con cualesquiera de las reivindicaciones que anteceden 1 a 3, caracterizada porque el negro de carbón tiene un valor de absorción de DBP dentro de la escala de 100 a 125 centímetros cúbicos por 100 gramos, con un Número de Yodo correspondiente dentro de la escala de aproximadamente 45 a aproximadamente 80 gramos por kilogramo.
7. 7. La composición de caucho de conformidad con la reivindicación 6, caracterizada porque el negro de carbón es un negro de carbón N351.
8. 8. La composición de caucho de conformidad con cualesquiera de las reivindicaciones que anteceden, caracterizada porque la sílice está caracterizada porque tiene una área superficial de BET dentro de la escala de aproximadamente 50 a aproximdamente 300 metros cuadrados por gramo, y un valor de absorción de dibutilftalato (DBP) dentro de la escala de aproximadamente 150 a aproximadamente 300 centímetros cúbicos por 100 gramos.
9. 9. La composición de caucho de conformidad con cualesquiera de las reivindicaciones que anteceden, caracterizada porque el agente de acoplamiento es un polisulfuro de trialcoxiorganosilano que contiene de 2 a aproximadamente 8 átomos de azufre en su puente de polisulfuro.
10. 10. La composición de caucho de conformidad con cualesquiera de las reivindicaciones que anteceden, caracterizada porque el agente de acoplamiento es un bis- (3-trietoxisililpropil) tetrasulfuro, trisulfuro y/o disulfuro.
11. 11. La composición de caucho de conformidad con cualesquiera de las reivindicaciones que anteceden, caracterizada porque la composición de caucho se prepara (a) trabajando y mezclando termomecánicamente una mezcla que consiste del elastómero a base de dieno, sílice, negro de carbón y un acoplador de sílice con por lo menos un mezclador mecánico, (i) a la temperatura máxima dentro de la escala de aproximadamente 160°C a aproximadamente 200°C y a través de una duración de tiempo, al llegar a la temperatura máxima, dentro de la escala de aproximadamente l a aproximadamente 10 minutos a una temperatura dentro de aproximadamente 5°C a aproximadamente 10°C de la temperatura máxima, o (ii) a una temperatura máxima dentro de la escala de aproximadamente 155°C a aproximadamente 180°C y a través de una duración de tiempo de llegar a la temperatura máxima, dentro de la escala de aproximadamente 4 a aproximadamente 20 minutos a la temperatura dentro de aproximadamente 5°C a aproximadamente 10°C de la temperatura máxima, seguido por (b) mezclar los agentes de cueración con la mezcla en una etapa de mezclado final durante de aproximadamente 1 a aproximadamente 4 minutos hasta una temperatura de aproximadamente 90°C a aproximadamente 120°C; mientras que la mezcla de caucho se enfría a una temperatura menor de aproximadamente 40°C entre cada una de las etapas de mezcla anteriormente citadas.
12. 12. Una llanta que tiene una superficie de rodadura caracterizada porque es la composición de caucho de cualesquiera de las reivindicaciones que anteceden.