Composites elastómeros, mezclas elastómeras y métodos.

Un composite elastómero que comprende un elastómero y carga en partículas dispersada en el elastómero,

comprendiendo la carga en partículas al menos un negro de humo que tiene valores de estructura y área superficialque satisfacen la ecuación CDBP ≤ (BET : 2,9)-X, en donde X es aproximadamente, en donde CDBP se mide deacuerdo con el método de ensayo ASTM D3493, y en donde el composite elastómero tiene A) una pureza Shore A,medida de acuerdo con el método de ensayo ASTME 1415, mayor de 65 aproximadamente, una resistencia a latracción, medida de acuerdo con el método de ensayo ASTMD-D412, mayor de 30 megapascalesaproximadamente; y un alargamiento a la rotura, medido de acuerdo con el método de ensayo ASTMD-D412, de almenos 600% aproximadamente, o B) una resistencia al desgarramiento medida con el método de ensayo ASTMD-624 utilizando el Troquel C, de al menos 160 N/mm aproximadamente, en donde el composite elastómero seproduce mediante un método que comprende alimentar un flujo continuo de un primer fluido que comprende látex deelastómero a una zona de mezcla y alimentar un flujo continuo de un segundo fluido que comprende la carga enpartículas bajo presión a la zona de mezcla para formar una mezcla, siendo el mezclado del primer fluido y delsegundo fluido dentro de la zona de mezcla lo suficientemente energético para coagular de un modosustancialmente completo el látex de elastómero con la carga en partículas.

Composites elastómeros, mezclas elastómeras y métodos

Ciertos aspectos de la presente invención se refieren a composites elastómeros y mezclas elastómeras. Otros aspectos se refieren a nuevos métodos para preparar composites elastómeros y mezclas elastómeras.

Antecedentes

Numerosos productos de importancia comercial se forman a partir de composiciones elastoméricas en donde una carga en particulas se dispersa en varios elastómeros sintéticos, caucho natural o mezclas elastómeras. El negro de humo, por ejemplo, se utiliza ampliamente como un agente reforzante en caucho natural y otros elastómeros. Se emplean ciertas calidades de negro de humo comercialmente disponibles, las cuales varían tanto en el área superficial por unidad de peso como en estructura, pero las mismas han quedado limitadas por las técnicas convencionales de procesado discontinuo del caucho. Se forman numerosos productos de importancia comercial a partir de tales composiciones elastoméricas, incluyendo, por ejemplo, neumáticos para vehículos, casquillos para el montaje de motores, cintas transportadoras, limpiaparabrisas y similares. Si bien se puede conseguir una amplia variedad de características de comportamiento empleando material y técnicas de producción actualmente disponibles, ha existido una necesidad ya antigua en la industria para desarrollar composiciones elastoméricas que presenten propiedades mejoradas, en especial composiciones elastómeras que puedan producirse de un modo efectivo y económico.

Resumen

De acuerdo con un primer aspecto de la invención, se proporciona un composite elastómero que comprende un

elastómero y una carga en partículas dispersada en el elastómero. La carga en partículas comprende al menos un negro de humo que tiene valores de estructura y área superficial que satisfacen la ecuación CDBP ≤ (BET ÷ 2, 9) -X, en donde X es mayor de o igual a 0. Dichos negros de humo son referidos en ciertos casos a continuación como negros de humo de área superficial ultra-elevada/baja estructura. Con preferencia, el elastómero es caucho natural. En los composites elastómeros se pueden incluir ingredientes adicionales, por ejemplo cualquiera de los numerosos aditivos y otras cargas que ya se conocen para utilizarse en composites elastómeros, tal como para lograr propiedades de comportamiento, características de procesado, etc, deseadas.

De acuerdo con otro aspecto de la invención, se proporciona un composite elastómero que comprende un elastómero y una carga en partículas dispersada en el elastómero que tiene una resistencia al desgarramiento, medida por ejemplo por el método de ensayo ASTM-D624 que utiliza un Troquel C de más de 160 N/mm aproximadamente, más preferentemente mayor de 165 N/mm aproximadamente y con suma preferencia mayor de 170 N/mm aproximadamente.

De acuerdo con otro aspecto de la invención, se proporciona un composite elastómero que comprende un elastómero y una carga en partículas dispersada en el elastómero que tiene una dureza Shore A, medida por ejemplo de acuerdo con el método de ensayo ASTM-D1415, mayor de 65 aproximadamente, una resistencia a la tracción, medida por ejemplo de acuerdo con el método de ensayo ASTM-D412, mayor de 30 megapascales aproximadamente y un alargamiento a la rotura, medida por ejemplo de acuerdo con el método de ensayo ASTM-D412, mayor de 600% aproximadamente.

De acuerdo con otro aspecto de la invención, se proporciona un composite elastómero que comprende un elastómero y una carga en partículas dispersada en el elastómero, en donde la carga en partículas comprende al menos un negro de humo en una cantidad tal que el elastómero tiene una resistencia al desgarramiento, medida por el método de ensayo ASTM-D624 que utiliza el Troquel C, de al menos 160 N/mm aproximadamente.

De acuerdo con otro aspecto de la invención, se proporciona un composite elastómero que comprende un elastómero y una carga en partículas dispersada en el elastómero, en donde la carga en partículas comprende al menos un negro de humo en una cantidad tal que el elastómero tiene una dureza Shore A, medida por ejemplo de acuerdo con el método de ensayo ASTM-D1415, mayor de 65 aproximadamente, una resistencia a la tracción, medida por ejemplo de acuerdo con el método de ensayo ASTM-D412, mayor de 30 megapascales aproximadamente y un alargamiento a la rotura, medida por ejemplo de acuerdo con el método de ensayo ASTM-D412, mayor de 600% aproximadamente.

De acuerdo con otro aspecto de la invención, se proporciona un composite elastómero que comprende una carga en partículas dispersada en el elastómero por métodos referidos aquí como mezcla en húmedo y coagulación continuas, en donde el negro de humo tiene valores de estructura y área superficial que satisfacen la ecuación CDBP ≤ (BET ÷ 2, 9) -X, en donde X es mayor de o igual a 0. Ciertas modalidades preferidas de dichos composites elastómeros tienen una resistencia al desgarramiento medida por el método de ensayo ASTM-D624 utilizando el Troquel C, de al menos 160 N/mm aproximadamente. Otras ciertas modalidades preferidas de tales composites elastómeros tienen una dureza Shore A, medida por ejemplo de acuerdo con el método de ensayo ASTM-D1415, mayor de 65 aproximadamente, una resistencia a la tracción, medida por ejemplo de acuerdo con el método de ensayo ASTM-D412, mayor de 30 megapascales aproximadamente y un alargamiento a la rotura, medida por ejemplo de acuerdo con el método de ensayo ASTM-D412, mayor de 600% aproximadamente.

De acuerdo con otro aspecto de la invención, se proporcionan mezclas elastómeras que comprenden al menos un composite elastómero descrito anteriormente mezclado con un material elastómero. El material elastómero comprende al menos un elastómero, que puede ser el mismo que, o diferente del, el elastómero del composite elastómero. Opcionalmente, el material elastómero comprende una carga, por ejemplo negro de humo, aditivos u otras cargas dispersadas en el elastómero.

De acuerdo con otro aspecto más de la invención, se proporciona un método de preparación de los composites elastómeros y de las mezclas elastómeras que se han descrito anteriormente. Este método comprende combinar o mezclar el elastómero y la carga en partículas, que incluye el negro de humo, y opcionalmente otros ingredientes. En ciertas modalidades preferidas dichos composites elastómeros se producen mediante métodos que comprenden la mezcla y coagulación en húmedo de forma continua. Similarmente, en ciertas modalidades preferidas, dichas mezclas elastómeras se producen por métodos que comprenden la mezcla y coagulación en húmedo de forma continua seguido por otra combinación o mezcla con material elastómero adicional que comprende al menos un elastómero que puede ser el mismo que, o diferente de, el elastómero del composite elastómero. Opcionalmente, el material elastómero comprende carga, por ejemplo negro de humo, aditivos u otras cargas dispersas en el elastómero.

Estos y otros aspectos y ventajas podrán entenderse mejor a la vista de la siguiente exposición detallada de ciertas modalidades preferidas.

Descripción detallada de ciertas modalidades preferidas

Métodos y aparatos preferidos para producir los composites elastómeros aquí descritos se describen en las Patentes US Nos. 6.075.084, 6.048.923 y 6.040.364 cedidas legalmente. Dichos métodos son referidos aquí en ciertos casos como una operación continua de mezcla y coagulación en húmedo. Un método preferido para producir los composites elastómeros comprende alimentar un flujo continuo de un primer fluido que comprende látex elastómero a una zona de mezcla de un reactor de coágulo que define una zona de coágulo alargada que se extiende desde la zona de mezcla hasta un extremo de descarga, y alimentar un flujo continuo de un segundo fluido que comprende carga en partículas a presión en la zona de mezcla del reactor de coágulo para formar una mezcla con el látex elastómero. La mezcla pasa como un flujo continuo hacia el extremo de descarga del reactor de coágulo y la carga en partículas es eficaz para coagular el látex elastómero. Más concretamente, el segundo fluido se alimenta contra el primer fluido dentro de la zona de mezcla con energía suficiente para coagular prácticamente por completo el látex elastómero con la carga en partículas antes del extremo de descarga del reactor de coágulo. Por el extremo de descarga se descarga un flujo sustancialmente continuo del composite elastómero. Como se ha indicado anteriormente,... [Seguir leyendo]

1. Un composite elastómero que comprende un elastómero y carga en partículas dispersada en el elastómero, comprendiendo la carga en partículas al menos un negro de humo que tiene valores de estructura y área superficial que satisfacen la ecuación CDBP ≤ (BET ÷ 2, 9) -X, en donde X es 5 aproximadamente, en donde CDBP se mide de acuerdo con el método de ensayo ASTM D3493, y en donde el composite elastómero tiene A) una pureza Shore A, medida de acuerdo con el método de ensayo ASTME 1415, mayor de 65 aproximadamente, una resistencia a la tracción, medida de acuerdo con el método de ensayo ASTMD-D412, mayor de 30 megapascales aproximadamente; y un alargamiento a la rotura, medido de acuerdo con el método de ensayo ASTMD-D412, de al menos 600% aproximadamente, o B) una resistencia al desgarramiento medida con el método de ensayo ASTMD624 utilizando el Troquel C, de al menos 160 N/mm aproximadamente, en donde el composite elastómero se produce mediante un método que comprende alimentar un flujo continuo de un primer fluido que comprende látex de elastómero a una zona de mezcla y alimentar un flujo continuo de un segundo fluido que comprende la carga en partículas bajo presión a la zona de mezcla para formar una mezcla, siendo el mezclado del primer fluido y del segundo fluido dentro de la zona de mezcla lo suficientemente energético para coagular de un modo sustancialmente completo el látex de elastómero con la carga en partículas.

2. Un composite elastómero según la reivindicación 1, que comprende al menos 60 phr de la carga en partículas.

3. Un composite elastómero según la reivindicación 1, que comprende al menos 60 phr de negro de humo que satisface la ecuación CDBP ≤ (BET ÷ 2, 9) -X, en donde X es 5 aproximadamente.

4. Un composite elastómero según la reivindicación 1, en donde la carga en partículas comprende además al menos un material de carga adicional que tiene valores de estructura y área superficial que no satisfacen la ecuación CDBP ≤ (BET ÷ 2, 9) -X, en donde X es 5 aproximadamente.

5. Un composite elastómero según la reivindicación 1, en donde el elastómero se elige entre caucho natural, un homopolímero, copolímero o terpolímero o butadieno, estireno, isopreno, isobutileno, 2, 3-dialquil-1, 3-butadieno, en donde el grupo alquilo es alquilo C1 a C3, acrilonitrilo, etileno o propileno.

6. Un composite elastómero según la reivindicación 1, en donde el elastómero comprende caucho natural.

7. Un composite elastómero según la reivindicación 1, que comprende además al menos un aditivo seleccionado entre antiozonantes, antioxidantes, plastificantes, auxiliares del procesado, resinas, ignífugos, aceites extendedores, lubricantes y combinaciones de los mismos.

8. Un composite elastómero según la reivindicación 1, en donde la carga en partículas comprende al menos un negro de humo que tiene valores de estructura y área superficial que satisfacen la ecuación CDBP ≤ (BET ÷ 2, 9) -X, en donde X es 10 aproximadamente.

9. Una mezcla elastómera que comprende un composite elastómero mezclado con al menos un material elastómero, comprendiendo el composite elastómero un primer elastómero y carga en partículas dispersada en el primer elastómero, comprendiendo la carga en partículas al menos un negro de humo que tiene valores de estructura y área superficial que satisfacen la ecuación CDBP ≤ (BET ÷ 2, 9) -X, en donde X es 5 aproximadamente, en donde CDBP se mide de acuerdo con el método de ensayo ASTM D3493, y en donde el composite elastómero tiene A) una pureza Shore A, medida de acuerdo con el método de ensayo ASTME 1415, mayor de 65 aproximadamente, una resistencia a la tracción, medida de acuerdo con el método de ensayo ASTMD-D412, mayor de 30 megapascales aproximadamente; y un alargamiento a la rotura, medido de acuerdo con el método de ensayo ASTMD-D412, de al menos 600% aproximadamente, o B) una resistencia al desgarramiento medida con el método de ensayo ASTMD624 utilizando el Troquel C, de al menos 160 N/mm aproximadamente, en donde el composite elastómero se produce mediante un método que comprende alimentar un flujo continuo de un primer fluido que comprende látex de elastómero a una zona de mezcla y alimentar un flujo continuo de un segundo fluido que comprende la carga en partículas bajo presión a la zona de mezcla para formar una mezcla, siendo el mezclado del primer fluido y del segundo fluido dentro de la zona de mezcla lo suficientemente energético para coagular de un modo sustancialmente completo el látex de elastómero con la carga en partículas.

10. Una mezcla elastómera según la reivindicación 9, en donde el material elastómero comprende elastómero distinto del primer elastómero.

11. Un método de producción de un composite elastómero que comprende un elastómero y carga en partículas dispersada en el elastómero, comprendiendo el método: alimentar un flujo continuo de un primer fluido que comprende látex de elastómero a una zona de mezcla; y alimentar un flujo continuo de un segundo fluido que comprende la carga en partículas bajo presión a la zona de mezcla para formar una mezcla, siendo la operación de

mezcla del primer fluido con el segundo fluido dentro de la zona de mezcla lo suficientemente energética para

coagular de un modo sustancialmente completo el látex de elastómero con la carga en partículas; comprende un

elastómero y carga en partículas dispersada en el elastómero, comprendiendo la carga en partículas al menos un

negro de humo que tiene valores de estructura y área superficial que satisfacen la ecuación CDBP ≤ (BET ÷ 2, 9) -X,

en donde X es 5 aproximadamente, en donde CDBP se mide de acuerdo con el método de ensayo ASTM D3493, y

en donde el composite elastómero tiene A) una pureza Shore A, medida de acuerdo con el método de ensayo

ASTME 1415, mayor de 65 aproximadamente, una resistencia a la tracción, medida de acuerdo con el método de

ensayo ASTMD-D412, mayor de 30 megapascales aproximadamente; y un alargamiento a la rotura, medido de

acuerdo con el método de ensayo ASTMD-D412, de al menos 600% aproximadamente, o B) una resistencia al 10 desgarramiento medida con el método de ensayo ASTMD-624 utilizando el Troquel C, de al menos 160 N/mm

aproximadamente.

12. Un método según la reivindicación 11, que comprende además mezclar el composite elastómero con un material elastómero para formar una mezcla elastómera.

13. Un método según la reivindicación 12, en donde la mezcla de composite elastómero con el material elastómero 15 comprende mezclar en seco el composite elastómero con el material elastómero.

14. Un método según la reivindicación 12, en donde el material elastómero comprende carga adicional.

15. Un método según la reivindicación 11, que comprende además mezclar el composite elastómero con carga adicional.

16. Un composite elastómero según la reivindicación 1, en donde la carga en partículas comprende al menos un

negro de humo que tiene un valor CDBP de aproximadamente 43 a 45 ml/100 g y un valor BET de aproximadamente 260 a 264 m2/g.

17. Un composite elastómero según la reivindicación 16, en donde el negro de humo o negros de humo están presentes en un nivel de carga de aproximadamente 50 a 110 phr basado en el peso del elastómero en el composite elastómero.