Mezclas de composiciones de elastómeros y métodos para su producción.

Uso de una mezcla de composición elastomérica que comprende (a) un agente de relleno en partículas dispersado finamente en un elastómero,

y (b) elastómero adicional, donde la mezcla de composiciones elastomérica es obtenible por un método que comprende las etapas de:

alimentar un flujo continuo de un primer fluido que comprende un látex elastomérico a una zona de mezcla de un reactor de coagulación;

alimentar un flujo continuo de un segundo fluido que comprende un agente de relleno en partículas bajo presión a la zona de mezcla del reactor de coagulación para formar una mezcla con el látex elastomérico, siendo suficientemente energética la mezcla del primer fluido y el segundo fluido dentro de la zona de mezcla para coagular de forma sustancialmente completa el látex elastomérico en el reactor de coagulación;

descargar un flujo continuo de composición elastomérica desde el reactor de coagulación; y mezclar en seco la composición elastomérica con el elastómero adicional para formar una mezcla de composición elastomérica, en aplicaciones para neumáticos y en productos de goma industriales.

Mezclas de composiciones de elastómeros y métodos para su producción Campo de la invención La presente invención está dirigida a usos de mezclas de composiciones de elastómeros en la producción de neumáticos y en productos industriales de goma. La invención también está dirigida a productos de neumáticos y productos de gomas industriales que comprenden una mezcla de composición de elastómeros.

Antecedentes Numerosos productos de significado comercial están formados a partir de composiciones elastoméricas donde un agente de relleno en partículas está dispersado en cualquiera de diversos elastómeros sintéticos, goma natural o mezclas de elastómeros. El negro de carbón, por ejemplo, se utiliza ampliamente como agente de reforzamiento en goma natural y otros elastómeros. Es común producir un lote principal, esto es, una premezcla de agente de relleno, elastómero y diversos aditivos opcionales, tales como aceite de extensión, y entonces en algunos casos mezclar tal lote maestro con elastómeros adicionales en una etapa de mezcla subsecuente. El lote maestro de negro de carbón se prepara con diferentes grados de negro de carbón comercialmente disponible que varían tanto en área superficial por unidad de peso como en "estructura". Numerosos productos de significado comercial se forman a partir de tales composiciones elastoméricas de agente de relleno en partículas de negro de carbón dispersado en goma natural. Tales productos incluyen, por ejemplo, neumáticos para vehículos donde pueden utilizarse diferentes composiciones elastoméricas para la porción de rodamiento, paredes laterales, cubierta de alambre y carcasa. Otros productos incluyen, por ejemplo, soportes para montaje de motores, cintas transportadoras, limpiaparabrisas y similares. Mientras que pueda alcanzarse un amplio rango de características de rendimiento empleando materiales y técnicas de manufactura disponibles actualmente, ha habido una necesidad largamente esperada en la industria para desarrollar composiciones elastoméricas con propiedades mejoradas y para reducir el coste y complejidad de las técnicas de manufactura actuales. En particular, se sabe por ejemplo que el nivel de macrodispersión, esto es, la uniformidad de la dispersión del negro de carbón u otros agentes de relleno dentro del elastómero, puede impactar significativamente en las características de rendimiento. Para composiciones elastoméricas preparadas mezclando intensivamente el negro de carbón u otro agente de relleno con goma natural u otro elastómero (como en un mezclador Banbur y o similar) , cualquier incremento en la macrodispersión requiere una mezcla más larga o más intensiva, con las desventajas consecuentes de costes de energía, tiempo de manufactura incrementados y preocupaciones similares. Para los agentes de relleno de negro de carbón de cierta área superficial y de características de estructura, la dispersión más allá de un cierto grado no ha sido posible o practicable comercialmente utilizando aparatos y técnicas de mezcla conocidos. Además, tal mezcla prolongada o más intensiva degrada la goma natural por perturbación de las cadenas poliméricas del elastómero de goma natural, y reduce así su peso molecular, haciendo que el compuesto elastomérico terminado sea indeseable para ciertas aplicaciones. Para uso en el rodamiento de neumáticos, por ejemplo, el peso molecular reducido es conocido como una causa de un incremento indeseable en la así llamada resistencia al rodamiento del neumático.

Es bien conocido el empleo de negros de carbón que tienen estructura y área superficial más alta o más baja para manipular las características de rendimiento de una composición elastomérica. Los negros de carbón de área superficial más alta y de estructura más baja son conocidos por el mejoramiento de la resistencia a la aparición de rupturas y la resistencia al corte y desprendimiento así como, también en general, a la resistencia a la abrasión y otras características de comportamiento. Las técnicas de mezcla disponibles comercialmente han sido incapaces de alcanzar una uniformidad excelente de la dispersión de los negros de carbón a través del elastómero, sin embargo, sin degradación inaceptable de la goma natural. En efecto, para niveles de carga de negro de carbón típicas en goma natural, tales como 45 phr a 75 phr y una carga de aceite de 0 phr a 10 phr, los negros de carbón de estructura baja, tales como los negros de carbón de DBPA menor de 110 cc/100 g, particularmente aquellos que tienen un área superficial por encima de aproximadamente 45 m2/g hasta 65 m2/g (CTAB) , no ha sido posible alcanzar compuestos que tengan menos de aproximadamente 1% de negro de carbón no dispersado (medido como macrodispersión, tal como se describe más abajo) independientemente de la duración y nivel de intensidad de la mezcla.

Adicionalmente, mientras que un análisis teórico ha indicado mejoras deseables en ciertas características de comportamiento de las composiciones elastoméricas que emplean negros de carbón de área superficial más alta y estructura más baja, no ha sido posible utilizando procesos de molienda física conocidos u otros procesos de trituración obtener tales composiciones elastoméricas en las cuales tanto se conserva bien el peso molecular de la goma natural como se alcanzan niveles de macrodispersión satisfactorios del negro de carbón. En general, se ha encontrado, por ejemplo, que las propiedades de reforzamiento de los elastómeros de un negro de carbón se incrementan a medida que el tamaño de partícula del negro de carbón disminuye. Sin embargo, con negros de carbón extremadamente finos se sabe que se encuentra una condición anómala, en la cual el mejoramiento esperado en las propiedades no se alcanza. Esto se entiende debido al menos en parte a la incapacidad de los métodos de composición de elastómeros convencionales para dispersar adecuadamente el negro de carbón en la goma natural sin una ruptura indebida del polímero elastomérico. Ha habido, por lo tanto, una incapacidad consecuente para obtener ventajas de la afinidad natural del negro de carbón y la goma natural uno por otro en el caso de tales negros de carbón.

Puesto que una buena dispersión de un negro de carbón en compuestos de goma naturales ha sido reconocida durante algún tiempo como uno de los objetivos más importantes para alcanzar una buena calidad y comportamiento consistente del producto, se ha dedicado un esfuerzo considerable al desarrollo de procedimientos para establecer la calidad de la dispersión en goma. Los métodos desarrollados incluyen, por ejemplo, el Cabot Dispersion Chart y diversos procedimientos de análisis de imágenes. La calidad de la dispersión puede definirse como el estado de mezcla alcanzado. Una dispersión ideal de negro de carbón es el estado en el cual los aglomerados de negro de carbón (o pellas) se rompen en agregados (conseguido mediante mezcla dispersiva) separados uniformemente uno de otro (logrado mediante mezcla distributiva) , con las superficies de todos los agregados de negro de carbón humedecidas completamente por la matriz de goma (denominado usualmente como incorporación) .

Los problemas comunes en la industria de la goma que se relaciona frecuentemente con una pobre macrodispersión pueden clasificarse en cuatro categorías principales: comportamiento del producto, defectos de superficie, apariencia de la superficie y eficiencia de la dispersión. El rendimiento y durabilidad funcional de una formulación de goma que contiene negro de carbón, tal como resistencia a la tensión, vida frente a la fatiga y resistencia al desgaste, se afectan sustancialmente por la calidad de la macrodispersión. El negro de carbón no dispersado también puede producir defectos de superficie en los productos terminados, incluyendo defectos visibles. La eliminación de la presencia de defectos de superficie es de importancia crítica en partes delgadas moldeadas por razones funcionales y en perfiles extrudidos por razones tanto estéticas como funcionales.

Un analizador de imágenes comercial tal como el analizador de imágenes modelo IBAS Compact disponible de Kontron Electronik GmbH (Munich, Alemania) puede ser utilizado para medir la macrodispersión de negro de carbón o de otro agente de relleno. Típicamente, en pruebas de macrodispersión cuantitativas utilizadas en la industria de la goma, el tamaño de corte crítico es 10 micrones. Defectos superiores a aproximadamente 10 micrones de tamaño consisten típicamente de negro de carbón u otro agente de relleno no dispersado, así como cualquier cuerpo extraño u otros contaminantes, los cuales pueden afectar el comportamiento tanto visual como funcional. Así, la medición de la... [Seguir leyendo]

1. Uso de una mezcla de composición elastomérica que comprende (a) un agente de relleno en partículas dispersado finamente en un elastómero, y (b) elastómero adicional, donde la mezcla de composiciones elastomérica es obtenible por un método que comprende las etapas de:

alimentar un flujo continuo de un primer fluido que comprende un látex elastomérico a una zona de mezcla de un reactor de coagulación;

alimentar un flujo continuo de un segundo fluido que comprende un agente de relleno en partículas bajo presión a la zona de mezcla del reactor de coagulación para formar una mezcla con el látex elastomérico, siendo suficientemente energética la mezcla del primer fluido y el segundo fluido dentro de la zona de mezcla para coagular de forma sustancialmente completa el látex elastomérico en el reactor de coagulación;

descargar un flujo continuo de composición elastomérica desde el reactor de coagulación; y mezclar en seco la composición elastomérica con el elastómero adicional para formar una mezcla de composición elastomérica, en aplicaciones para neumáticos y en productos de goma industriales.

2. Uso de acuerdo con la reivindicación 1 donde el uso en aplicaciones para neumáticos es el uso como rodamientos para neumáticos, subrodamiento para neumáticos, corazas de alambre, paredes laterales, carcasa o gomas de amortiguación para neumáticos con rerodamiento.

3. Uso de acuerdo con la reivindicación 1 donde el uso en los productos industriales es un uso como soportes para motor, hidrosoportes, rodamientos para puente, aislamientos sísmicos, amortiguaciones, cintas transportadoras, limpiaparabrisas, rodaduras o rodamientos o cintas para minería.

4. Uso de acuerdo con cualquier reivindicación precedente donde la mezcla de composición elastomérica está caracterizada por una macrodispersión D (%) del agente de relleno en partículas menor de 0.2% de área no dispersada en una primera fase elastomérica de la mezcla de composición elastomérica, comprendiendo dicha primera fase elastomérica esencialmente solo el elastómero del látex elastomérico.

5. Uso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes donde la mezcla de composición elastomérica es una mezcla de composición elastomérica de fases múltiples que comprende una composición elastomérica y elastómero adicional, donde la composición elastomérica comprende al menos 30 phr de agente de relleno en partículas dispersado en un elastómero, siendo seleccionado el agente de relleno en partículas de negro de carbón, negro de carbón recubierto con silicio, negro de carbón tratado con silicio, sílica ahumada, sílica precipitada o una mezcla de cualquiera de ellos, y siendo cada fase de la mezcla de composición elastomérica de fases múltiples seleccionada independientemente de goma natural, un derivado clorado de goma natural, homopolímero, copolímero o terpolímero de butadieno, estireno, isopreno, isobutileno, 3, 3-dialquil-1, 3-butadieno donde el grupo alquilo es alquilo C1 a C3, acrilonitrilo, etileno y propileno, un derivado de aceite extensor de cualquiera de ellos y una mezcla de cualquiera de ellos donde la macrodispersión D (%) del agente de relleno en partículas en la mezcla de composición elastomérica de fases múltiples es menor de 0.2% de área no dispersada.

6. Un producto neumático o un producto de goma industrial que comprende una mezcla de composición elastomérica que comprende (a) un agente de relleno en partículas finamente dispersado en elastómero, y (b) un elastómero adicional, donde la mezcla de composición elastomérica es obtenible por un método que comprende las etapas de:

alimentar un flujo continuo de un primer fluido que comprende látex elastomérico a una zona de mezcla de un reactor de coagulación;

alimentar un flujo continuo de un segundo fluido que comprende un agente de relleno en partículas bajo presión en la zona de mezcla de un reactor de coagulación para formar una mezcla con el látex elastomérico, siendo la mezcla del primer fluido y el segundo fluido dentro de la zona de mezcla suficientemente energética para coagular sustancialmente de forma completa el látex elastomérico en el reactor de coagulación;

descargar un flujo continuo de composición elastomérica desde el reactor de coagulación; y mezclar en seco la composición elastomérica con el elastómero adicional para formar una mezcla de composición elastomérica, donde la mezcla de composición elastomérica está caracterizada por una macrodispersión D (%) del agente de relleno en partículas menor de 0.2% de área no dispersada en una primera fase elastomérica de la mezcla de composición elastomérica, comprendiendo dicha primera fase elastomérica esencialmente solo un elastómero del látex elastomérico.

7. Un producto para neumático de acuerdo con la reivindicación 6 el cual es un rodamiento para neumático, un rerodamiento para neumático, una carcasa de alambre, una pared lateral, carcasa o goma de amortiguación para neumáticos con reencauche.

8. Un producto de goma industrial de acuerdo la reivindicación 6 el cual es un soporte para motor, hidrosoportes, soportes de puente, aislamiento sísmico, amortiguaciones, cinta transportadora, limpiaparabrisas, rodaduras o rodamientos para tanques o cintas para minería.

9. Un rodamiento para neumático de autobús o camión de acuerdo con la reivindicación 6 donde el negro de carbón está presente en una cantidad d.

4. 60 phr, el aceite extensor está presente en una cantidad de 0-20 phr y la sílica está presente en una cantidad de 0-10 phr y el negro de carbón se selecciona de N110, N115, N121, N134, N220 y N299.

10. Un rodamiento OTR de acuerdo con la reivindicación 6 donde el negro de carbón está presente en una cantidad d.

4. 55 phr, el aceite extensor está presente en una cantidad de 5-10 phr y la sílica está presente en una cantidad de 5-20 phr y el negro de carbón es seleccionado de N110, N115, N220 y N231.

11. Una cinta de acero de acuerdo con la reivindicación 6 donde el negro de carbón está presente en una cantidad d.

5. 75 phr, el aceite extensor está presente en una cantidad de 0-5 phr y la sílica está presente en una cantidad de 0-20 phr y el negro de carbón seleccionado de N326.

12. Una base de rodamiento para autobús o camión de acuerdo con la reivindicación 6 donde el negro de carbón está presente en una cantidad d.

4. 60 phr y el aceite extensor está presente en una cantidad de 0-20 phr y el negro de carbón es seleccionado de N330 y N550.

13. Una cobertura de carcasa de acuerdo con la reivindicación 6 donde el negro de carbón está presente en una cantidad d.

4. 60 phr y el aceite extensor está presente en una cantidad de 5-30 phr y el negro de carbón es seleccionado de N326, N330 y N550.

14. Una pared lateral de acuerdo con la reivindicación 6 donde el negro de carbón está presente en una cantidad d.

3. 60 phr y el aceite extensor está presente en una cantidad de 5-30 phr y el negro de carbón es seleccionado de N330, N351 y N550.

15. Un ápice de acuerdo con la reivindicación 6 donde el negro de carbón está presente en una cantidad d.

5. 90 phr y el aceite extensor está presente en una cantidad de 0-20 phr y el negro de carbón es seleccionado de N326, N330 y N356.

16. Un rodamiento LRR PC de acuerdo con la reivindicación 6 donde el negro de carbón está presente en una cantidad d.

4. 60 phr y el aceite extensor está presente en una cantidad de 0-30 phr y el negro de carbón es seleccionado de N234, N299, N339, N343, N347 y N351.