Un elastómero funcionalizado definido por la fórmula:

Polímeros funcionalizados y neumáticos mejorados obtenidos a partir de ellos.

Esta solicitud se beneficia de la Solicitud Provisional Estadounidense Nº de Serie 60/710.545, presentada el 22 de Agosto de 2005 y de la Solicitud Provisional Estadounidense Nº de Serie 60/753.207, presentada el 20 de Diciembre de 2005, las cuales se incorporan en la presente memoria como referencia.

Campo de la invención

Uno o más modos de realización se refieren a polímeros funcionalizados y su uso en la elaboración de neumáticos.

Antecedentes de la invención

En la técnica de la elaboración de neumáticos, puede ser adecuado emplear vulcanizados de caucho que presentan pérdidas por histéresis reducidas, es decir una menor pérdida de energía mecánica en calor. Las pérdidas por histéresis se pueden atribuir a la presencia de extremos libres del polímero en la red de caucho reticulado, así como a la disociación de los aglomerados de relleno. El grado de dispersión del relleno en el vulcanizado también puede ser importante porque un aumento de dispersión puede proporcionar una mejor resistencia al desgaste.

Los polímeros funcionalizados se han empleado para reducir la pérdida por histéresis y aumentar el caucho enlazado. Se cree que el grupo funcional del polímero funcionalizado reduce el número de extremos de cadena libres mediante la interacción con las partículas del relleno. Además, esta interacción puede disminuir la aglomeración del relleno, lo que puede de este modo reducir las pérdidas por histéresis atribuibles a la disociación de los aglomerados del relleno (es decir, efecto Payne).

Los monómeros de dieno conjugados pueden a menudo ser polimerizados aniónicamente usando compuestos de alquil-litio como iniciadores. La elección de algunos compuestos de alquil-litio puede proporcionar un producto polimérico que tiene un grupo funcional en la cabeza de la cadena del polímero. También se puede unir un grupo funcional en la cola de un polímero aniónicamente polimerizado finalizando un polímero vivo con un compuesto funcionalizado.

Por ejemplo, los cloruros de trialquil-estaño, tales como el cloruro de tributil-estaño, se han empleado para finalizar la polimerización de dienos conjugados, así como la copolimerización de dienos conjugados y monómeros aromáticos de vinilo, para producir polímeros que tienen un grupo funcional trialquil-estaño en la cola del polímero. Estos polímeros han demostrado que son tecnológicamente útiles en la elaboración de superficies de rodadura de neumáticos que se caracterizan por una tracción mejorada, baja resistencia a la rodadura y desgaste mejorado.

Los rellenos inorgánicos, tales como la sílice, proporcionan tracción en húmedo, resistencia a la rodadura, resistencia al desgarro, tracción en nieve y otros parámetros de prestaciones mejorados cuando se usan como relleno en superficies de rodadura de neumáticos. Sin embargo, la mezcla de la sílice con el material del neumático es difícil porque las partículas de sílice se aglomeran extensivamente y por lo tanto no se dispersan fácilmente. Además, las partículas de sílice son menos compatibles que el negro de carbón con las moléculas de caucho. Como consecuencia, durante la elaboración se usan coadyuvantes para el procesamiento y la dispersión y agentes de acoplamiento.

Resumen de la invención

Un modo de realización de la presente invención proporciona un elastómero funcionalizado definido por la fórmula:

en la que p incluye una cadena de polímero, ? incluye un elemento del Grupo 14, R¹ y R² incluyen, cada uno de ellos independientemente, hidrógeno, un grupo orgánico monovalente, un grupo saliente, un grupo de adición o una cadena de polímero, R³ y R⁴ incluyen, cada uno de ellos independientemente, un grupo orgánico divalente o un enlace covalente, R⁵, R⁶, R⁷, R⁸ y R⁹ incluyen, cada uno de ellos independientemente, un grupo orgánico monovalente o un átomo de hidrógeno.

Uno o más modos de realización de la presente invención también proporcionan un método para preparar un polímero funcionalizado, comprendiendo el método proporcionar un polímero vivo, hacer reaccionar el polímero vivo con un compuesto epóxido funcionalizado definido por la fórmula:

en la que R¹ y R² son, cada uno de ellos independientemente, un grupo orgánico monovalente, un grupo saliente o un grupo de adición, R³ es un grupo orgánico divalente, R⁵, R⁶ y R⁷ incluyen, cada uno de ellos independientemente, un grupo orgánico monovalente o un átomo de hidrógeno, ? es un elemento del Grupo 14 y ? incluye un grupo saliente o un grupo de adición, para formar un precursor que incluye un grupo epóxido, y hacer reaccionar el precursor con una diamina para formar un polímero que incluye un grupo amina primaria.

Uno o más modos de realización de la presente invención proporcionan además un método para preparar un neumático, comprendiendo el método las etapas de combinar al menos un elastómero funcionalizado, sílice y un heterociclo que contiene nitrógeno, opcionalmente con ingredientes adicionales, para formar una primera mezcla, donde el elastómero funcionalizado incluye un grupo que interacciona con la sílice y un grupo funcional que disminuye la histéresis en las formulaciones con negro de carbón, enfriar la primera mezcla, mezclar adicionalmente la primera mezcla, opcionalmente con ingredientes adicionales que incluyen un agente de acoplamiento con la sílice y un agente de dispersión de la sílice, para formar una mezcla intermedia, añadir ingredientes que incluyen un vulcanizante a la mezcla intermedia para formar una mezcla vulcanizable, mezclar la mezcla vulcanizable, conformar la mezcla vulcanizable en un componente de neumático, fabricar un neumático incluyendo el componente de neumático y vulcanizar el neumático.

Uno o más modos de realización de la presente invención también proporcionan un neumático preparado por un método que comprende las etapas de combinar al menos un elastómero funcionalizado, sílice y un heterociclo que contiene nitrógeno, opcionalmente con ingredientes adicionales, para formar una primera mezcla, donde el elastómero funcionalizado incluye un grupo que interacciona con la sílice y un grupo funcional que disminuye la histéresis en las formulaciones negro de carbón, enfriar la primera mezcla, mezclar adicionalmente la primera mezcla, opcionalmente con ingredientes adicionales que incluyen un agente de acoplamiento con la sílice y un agente de dispersión de la sílice, para formar una mezcla intermedia, añadir ingredientes que incluyen un vulcanizante a la mezcla intermedia para formar una mezcla vulcanizable, mezclar la mezcla vulcanizable, conformar la mezcla vulcanizable en un componente de neumático, fabricar un neumático incluyendo el componente de neumático y vulcanizar el neumático.

Uno o más de los modos de realización de la presente invención proporcionan además una mezcla vulcanizable preparada por un método que comprende las etapas de combinar al menos un elastómero funcionalizado, sílice y un heterociclo que contiene nitrógeno, opcionalmente con ingredientes adicionales, para formar una primera mezcla, donde el elastómero funcionalizado incluye un grupo que interacciona con la sílice y un grupo funcional que disminuye la histéresis en las formulaciones con negro de carbón, enfriar la primera mezcla, mezclar adicionalmente la primera mezcla, opcionalmente con ingredientes adicionales que incluyen un agente de acoplamiento con la sílice y un agente de dispersión de la sílice, para formar una mezcla intermedia y añadir ingredientes que incluyen un vulcanizante a la mezcla intermedia para formar una mezcla vulcanizable.

Descripción detallada de los modos de realización ilustrativos

Los polímeros funcionalizados de uno o más modos de realización incluyen un grupo amina primaria o secundaria y un elemento del Grupo 14 en o cerca de al menos un extremo de la cadena de polímero. En uno o más modos de realización, los polímeros funcionalizados se emplean en la fabricación de bandas de rodadura de neumáticos y como resultado se pueden preparar neumáticos...

1. Un elastómero funcionalizado definido por la fórmula:

en la que p incluye una cadena de polímero, ? incluye un elemento del Grupo 14, R¹ y R² incluyen, cada uno de ellos independientemente, hidrógeno o un grupo orgánico monovalente o una cadena de polímero, R³ y R⁴ incluyen, cada uno de ellos independientemente, un grupo orgánico divalente o un enlace covalente, R⁵, R⁶, R⁷, R⁸ y R⁹ incluyen, cada uno de ellos independientemente, un grupo orgánico monovalente o un átomo de hidrógeno.

2. El elastómero funcionalizado según la reivindicación 1, en el que p es un polímero que tiene una temperatura de transición vítrea que es menor que 0ºC.

3. El elastómero funcionalizado según la reivindicación 1, en el que p es un polímero elegido entre polibutadieno, poli-isopreno, poli(estireno-co-butadieno), poli(estireno-co-butadieno-co-isopreno), poli(isopreno-co-estireno) y poli(butadieno-co-isopreno).

4. El elastómero funcionalizado según la reivindicación 1, en el que el polímero tiene un peso molecular medio en número de 5 a 1.000 kg/mol.

5. El elastómero funcionalizado según la reivindicación 1, en el que R¹ incluye un grupo alquilo que incluye de 1 a 10 átomos de carbono o un grupo alcoxi que incluye de 1 a 10 átomos de carbono.

6. El elastómero funcionalizado según la reivindicación 1, en el que R² incluye un grupo alquilo que incluye de 1 a 10 átomos de carbono o un grupo alcoxi que incluye de 1 a 10 átomos de carbono.

7. El elastómero funcionalizado según la reivindicación 1, en el que R³ incluye un grupo alquileno que incluye de 1 a 10 átomos de carbono.

8. El elastómero funcionalizado según la reivindicación 1, en el que R⁴ incluye un grupo alquileno que incluye de 1 a 10 átomos de carbono.

9. El elastómero funcionalizado según la reivindicación 1, en el que ? se elige entre el grupo que consiste en carbono, silicio, germanio, estaño y plomo.

10. Un método para preparar un polímero funcionalizado, comprendiendo el método:

11. El método según la reivindicación 10, en el que cada grupo saliente se elige independientemente entre el grupo que consiste en halogenuros, tioalcóxidos, alcóxido, dialquilaminas y sus mezclas.

12. El método según la reivindicación 10, en el que la diamina se define por la fórmula:

en la que R⁸ y R⁹ incluyen, cada uno de ellos independientemente, un grupo orgánico monovalente o un átomo de hidrógeno y R⁴ incluye un grupo orgánico divalente.

13. El método según la reivindicación 10, en el que se emplea un exceso molar de compuesto epóxido funcionalizado con respecto al polímero vivo en dicha etapa de hacer reaccionar el polímero vivo con un compuesto epóxido.

14. El método según la reivindicación 13, en el que se emplea un exceso molar de diamina con respecto al precursor en dicha etapa de hacer reaccionar el precursor con una diamina.

15. Un método para preparar un neumático, comprendiendo el método las etapas de:

16. El método según la reivindicación 15, en el que el heterociclo que contiene nitrógeno incluye compuestos representados por la fórmula:

en la que A incluye oxígeno, azufre o N-R¹³, R¹¹ es un grupo orgánico divalente, R¹² y R¹³ son independientemente un átomo de hidrógeno o un grupo orgánico monovalente, o en la que dos o más cualesquiera de R¹¹, R¹² y R¹³ se combinan para formar un grupo orgánico multivalente que produce un compuesto multicíclico.

17. El método según la reivindicación 15, en el que el heterociclo que contiene nitrógeno incluye un imidazol, pirimidina, tiazol, tiazolina, histadina, purina, adenina o guanina.

18. El método según la reivindicación 17, en el que el heterociclo que contiene nitrógeno incluye un imidazol sustituido o no sustituido definido por la fórmula:

en la que R¹² y R¹³ son independientemente un átomo de hidrógeno o un grupo orgánico monovalente, y R¹⁴ y R¹⁵ son independientemente un átomo de hidrógeno o un grupo orgánico monovalente, o en la que dos o más cualesquiera de R¹², R¹³, R¹⁴ o R¹⁵ se combinan para formar un grupo orgánico multivalente, lo que produce un compuesto multicíclico.

19. El método según la reivindicación 15, en el que el elastómero funcionalizado comprende un polímero definido por la fórmula:

en la que p incluye una cadena de polímero, ? incluye un elemento del Grupo 14, R¹ y R² incluyen, cada uno de ellos independientemente, un átomo de hidrógeno, una cadena de polímero, un grupo orgánico monovalente, un grupo saliente o un grupo de adición, R³ y R⁴ incluyen, cada uno de ellos independientemente, un grupo orgánico divalente o un enlace covalente, R⁵, R⁶, R⁷, R⁸ y R⁹ incluyen, cada uno de ellos independientemente, un grupo orgánico monovalente o un átomo de hidrógeno.

20. El método según la reivindicación 19, en el que p es un polímero elegido entre polibutadieno, poli-isopreno, poli(estireno-co-butadieno), poli(estireno-co-butadieno-co-isopreno), poli(isopreno-co-estireno) y poli(butadieno-co-isopreno).

21. El método según la reivindicación 19, en el que al menos uno de R¹ y R² incluye un grupo alquilo que incluye de 1 a 10 átomos de carbono o un grupo alcoxi que incluye de 1 a 10 átomos de carbono.

22. El método según la reivindicación 19, en el que al menos uno de R³ y R⁴ incluye un grupo alquileno que incluye de 1 a 10 átomos de carbono.

23. El método según la reivindicación 19, en el que ? se elige entre el grupo que consiste en carbono, silicio, germanio, estaño y plomo.

24. El método según la reivindicación 15, en el que el heterociclo que contiene nitrógeno se añade antes o durante dicha etapa de mezclar la sílice y al menos un elastómero.

25. El método según la reivindicación 15, en el que la mezcla vulcanizable comprende de 0,005 a 8 partes en peso de heterociclo que contiene nitrógeno por cien partes de elastómero funcionalizado.

26. El método según la reivindicación 15, en el que de 5 a 100 por ciento del elastómero total es elastómero funcionalizado.

27. El método según la reivindicación 15, en el que el polímero funcionalizado se prepara mediante un procedimiento que comprende:

28. El método según la reivindicación 27, en el que el primer agente de funcionalización comprende un compuesto epóxido funcionalizado definido por la fórmula:

en la que R¹ y R² son, cada uno de ellos independientemente, hidrógeno, un grupo orgánico monovalente, un grupo saliente o un grupo de adición, R³ es un grupo orgánico divalente o un enlace covalente, R⁵, R⁶ y R⁷ incluyen, cada uno de ellos independientemente, un grupo orgánico monovalente o un átomo de hidrógeno, ? es un elemento del Grupo 14 y ? incluye un grupo saliente o un grupo de adición.

29. El método según la reivindicación 27, en el que el primer agente de funcionalización comprende 3-(glicidoxi- propil)trimetoxisilano, 3-(glicidoxipropil)trietoxisilano epiclorohidrina, etilenglicol diglicidil éter, trimetiloletano triglicidil éter, 2,3-epoxibutirato de etilo, 2,3-epoxi-3-metilvalerato de etilo y 3-sec-butil-3-metilglicidato de metilo.

30. El método según la reivindicación 27, en la que el segundo agente de funcionalización comprende una diamina definida por la fórmula:

en la que R⁸ y R⁹, cada uno de ellos independientemente, incluye un grupo orgánico monovalente o un átomo de hidrógeno y R⁴ incluye un grupo orgánico divalente o un enlace covalente.

31. El método según la reivindicación 30, en el que la diamina comprende hexametilendiamina, p-fenilendiamina, 1,4-diaminobutano, 1,4-diaminociclohexano, 1,2-diaminocidohexano, 1,3-diaminociclohexano, ácido 4-hidrazinobenzoico o 2-hidrazino-2-imidazolina.

32. Un neumático preparado por un método que comprende las etapas de:

33. Una mezcla vulcanizable preparada por un método que comprende las etapas de: