Un producto para neumaticos que comprende un nanocompuesto que comprende

(a) un mediador cationico constituido por una unidad hidrofoba que es un grupo hidrocarbonado C24 o un grupo polimerico y una unidad cationica heterociclica,

(b) una arcilla, y

(c) una cadena de carbonos o un polimero de cadena heterogenea, en donde dicha arcilla es exfoliada o intercalada por dicho mediador y dicho polimero; en donde cuando la unidad hidrofoba es un grupo hidrocarbonado C24 el mediador comprende la formula (I) como se

muestra a continuacion

en la que al menos uno de entre R1, R2, R3, R4 y R5 es un grupo hidrocarbonado C24, y cuando la unidad hidrofoba es un grupo polimero la unidad cationica del mediador comprende un grupo imidazolio.

Nanocompuesto y metodo del mismo.

Antecedentes de la invencion

La presente invencion se refiere a un nanocompuesto que comprende una arcilla y un mediador cationico comprendido por una unidad hidrofoba y una unidad cationica. El nanocompuesto es util en la formulacion de composiciones tales como caucho y productos para neumaticos con propiedades mejoradas y bien equilibradas que incluyen la permeabilidad a los gases, las propiedades de curado y/o las propiedades mecanicas, etc.

Desde el descubrimiento de nanocompuestos de nilon/arcilla exfoliados por Usuki et al. (J. Mater. Res. 1993, 8, 1174) , ha habido cuantiosos esfuerzos dirigidos a la preparacion de varios materiales compuestos de polimeros/materiales estratificados. Una morfologia comun de las dispersiones miscibles se conoce como intercalacion y exfoliacion, que mejora las propiedades polimericas tal como las mecanicas, barrera/permeabilidad a los gases, la termica, y la temperatura de distorsion. Sin embargo, para los polimeros, particularmente los polimeros no polares, los nanocompuestos bien exfoliados de polimeros/materiales estratificados son notoriamente dificiles de obtener.

La impermeabilidad a los gases es importante para muchos productos polimericos, por ejemplo, caucho butilico. Sin embargo, los enlaces insaturados en el caucho butilico puede ser atacados por el ozono atmosferico. Estos ataques pueden, a lo largo del tiempo, llevar a degradacion oxidativa que, posteriormente puede llevar a la division de la cadena. Como tal, ahi reside un continuo interes en disminuir la permeabilidad de los polimeros a los gases. Una tecnica para disminuir la permeabilidad a los gases es usar materiales estratificados bien exfoliados como aditivo.

Sin embargo, la permeabilidad a los gases debe estar equilibrada frente a otras propiedades del polimero como el plato de la vulcanizacion, la dureza Shore A, la capacidad de curado, las propiedades amortiguadoras del caucho, el tiempo de curado, el modulo, y el esfuerzo-deformacion, para lograr un comportamiento global superior. Por ejemplo, aunque disminuyen la permeabilidad a los gases, las organoarcillas derivadas de algunas sales amonicas organicas de baja temperatura de descomposicion, pueden danar o retrasar el proceso de curado del compuesto de caucho, especialmente, cuando se usa el curado con radicales libres, el curado con azufre, el curado con ZnO, etc.

Ventajosamente, la presente invencion proporciona un nanocompuesto que es practicamente util en formular composiciones tal como cauchos y productos para neumaticos con propiedades mejoradas y bien equilibradas que incluyen la permeabilidad a los gases, las propiedades de curado, y/o las propiedades mecanicas, etc.

Sumario de la invencion

La presente invencion proporciona un producto para neumaticos que comprende un nanocompuesto que comprende una composicion de acuerdo con la reivindicacion 1 que comprende una arcilla; un mediador cationico comprendido por una unidad hidrofoba y una unidad cationica; y un polimero de cadena carbonada o un polimero de cadena heterogenea, en donde la arcilla esta exfoliada o intercalada por el mediador cationico y el polimero.

Breve descripcion de los dibujos

En los dibujos adjuntos aqui:

La Fig. 1 muestra la dispersion de rayos X de angulo pequeno (SAXS) de nanocompuestos que comprenden mica tratada con un mediador cationico tal como un tensioactivo ionico liquido.

La Fig. 2 muestra la imagen en 2 dimensiones de la dispersion de rayos X de angulo pequeno (SAXS) de nanocompuestos que comprenden mica tratada con un mediador cationico tal como un tensioactivo ionico liquido.

La Fig. 3 muestra la dispersion de rayos X de angulo pequeno (SAXS) de una nanocomposicion de organoarcilla/caucho butilico.

La Fig. 4 muestra la imagen en 2 dimensiones de la dispersion de rayos X de angulo pequeno de la nanocomposicion de organoarcilla/caucho butilico.

Las Figuras 1-4 muestran modelos de dispersion de rayos X de angulo pequeno medidos cuando la mica tratada con el tensioactivo ionico liquido y la nanocomposicion de organoarcilla/caucho butilico de acuerdo con la presente invencion se irradiaron con rayos X. La dispersion de rayos X de estas muestras se causo por la diferencia de las densidades electronicas en las capas de arcilla, tensioactivos y/o moleculas de caucho butilico. Los modelos de dispersion se formaron por la interferencia de ondas secundarias que fueron emitidas desde las capas de arcilla, tensioactivos y/o moleculas de caucho butilico. El resultado de SAXS es esencialmente la intensidad de la transformada de Fourier de la densidad electronica y refleja las microestructuras de la muestra. De acuerdo con la ley de Bragg, los parametros estructurales de la muestra, tal como la distancia entre capas de arcilla, pueden ser calculados de las posiciones de pico e intensidades.

La Fig. 5 muestra el cambio de par como una funcion del tiempo de curado para una organoarcilla tratada con caucho en una realizacion.

La Fig. 6 muestra las difracciones de rayos X de angulo amplio (XRD) de cuatro muestras en una realizacion de la invencion. Las cuatro muestras son polvo de MAE, MAE tratado con caucho Exxpro, MAE tratado con caucho 5 Exxpro modificado con trialilamina, y MAE tratado con caucho Exxpro modificado con tributilamina.

La Fig. 7 muestra dispersiones de rayos X de angulo pequeno (SAXS) de tres muestras en una realizacion de la invencion. Las tres muestras son MAE en polvo, MAE tratada con caucho Exxpro, MAE tratado con caucho Exxpro modificado con trialilamina, y MAE tratada con caucho Exxpro modificado con tributilamina.

Descripcion detallada de las realizaciones ilustrativas

La presente invencion proporciona un producto para neumaticos que comprenden un nanocompuesto de acuerdo con la reivindicacion 1 que comprende (a) un mediador cationico de una unidad hidrofoba y una unidad cationica, y

(b) una arcilla, (c) un polimero de cadena carbonada o de cadena heterogenea, en donde la arcilla esta intercalada y/o exfoliada por un mediador cationico y dicho polimero. Los nanocompuestos de la invencion pueden incluir, pero sin limitarse a ellos, los normalmente conocidos como organoarcillas.

La expresion "mediador cationico" usada aqui describe una especie quimica capaz de mediar de forma eficaz, o compatibilizar, un polimero organico inmiscible y un material estratificado inorganico tal como la arcilla, en un estado relativamente homogeneo sin separacion de fase. Generalmente, el mediador facilita la intercalacion del polimero organico entre las capas del material estratificado.

El mediador cationico comprende al menos una unidad cationica, que tipicamente es tambien hidrofila, que puede

enlazar con las capas de material estratificado inorganico con una afinidad efectivamente superior que un organico, y tipicamente tambien un material hidrofobo, como el caucho butilico. Mientras un mediador cationico enlaza tipicamente con un material estratificado inorganico mediante interaccion hidrofila o enlace ionico, puede tambien enlazar o unirse a un material organico a traves de diversas fuerzas fisicas y quimicas tal como interaccion hidrofoba, enlaces covalentes, interaccion de superposicion -, interaccion de tipo cerradura-llave, enlaces de

hidrogeno, y enlaces de coordinacion, etc. En consecuencia, un mediador cationico de la presente invencion comprende, ademas de "al menos una unidad cationica", un unidad de enlace organica, por ejemplo, una cadena alquilica suficientemente larga, o un grupo polimerico unido de forma covalente, etc.

La unidad cationica puede ser monoatomica o poliatomica y transporta una o mas cargas elementales del proton, es decir, cargas positivas. Dependiendo de la estructura especifica del mediador cationico, tal como la presencia o 30 ausencia de un sistema conjugado y si la unidad cationica incluye el sistema conjugado, la carga o cargas positivas puede estar o localizadas o deslocalizadas. El mediador cationico puede estar acompanado por especies negativamente cargadas para equilibrar su carga positiva y neutralizar la carga global del sistema. Aunque la especie negativamente cargada es tipicamente independiente, por ejemplo, un contraion o unos contraiones, es tambien factible que la especie negativamente cargada sea parte del mediador cationico, por lo que se forma una sal

interna. En varias realizaciones, el contraion de los mediadores cationicos... [Seguir leyendo]

REIviNDICACIONES

1. Un producto para neumaticos que comprende un nanocompuesto que comprende

(a) un mediador cationico constituido por una unidad hidrofoba que es un grupo hidrocarbonado C24 o un grupo polimerico y una unidad cationica heterociclica,

(b) una arcilla, y

(c) una cadena de carbonos o un polimero de cadena heterogenea, en donde dicha arcilla es exfoliada o intercalada por dicho mediador y dicho polimero; en donde cuando la unidad hidrofoba es un grupo hidrocarbonado C24 el mediador comprende la formula (I) como se

muestra a continuacion

en la que al menos uno de entre R1, R2, R3, R4 y R5 es un grupo hidrocarbonado C24, y cuando la unidad hidrofoba es un grupo polimero la unidad cationica del mediador comprende un grupo imidazolio.

2. Un producto para neumaticos segun la reivindicacion 1 en el que el cation heterociclico se selecciona del grupo constituido por imidazolio, 1-alquilimidazolio, 1, 3-dialquilimidazolio, 1-arilalquilimidazolio, 1-arilalquil-3-alquil

imidazolio, 1, 3-diarilalquilimidazolio, benzimidazolio, imidazolininio, y mezclas de los mismos.

3. El producto para neumatico segun la reivindicacion 1, en el que el mediador cationico tiene la formula mostrada a continuacion:

4. El producto para neumatico segun la reivindicacion 1, en el que el mediador cationico tiene la formula mostrada 20 a continuacion:

5. Un producto para neumatico segun la reivindicacion 1, en el que el grupo polimerico comprende caucho butilico

o copolimero de isobutileno y p-metilestireno.

6. Un producto para neumatico segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en las que el polimero se selecciona del grupo constituido por caucho butilico, caucho natural y caucho de estireno-butadieno.

.

7. Un metodo de fabricar un producto para neumaticos que comprende:

exfoliar una arcilla,

combinar con la arcilla una cantidad suficiente de un mediador cationico constituido por una unidad cationica heterociclica y una unidad hidrofoba que es un grupo hidrocarbonado C 4 o un grupo polimerico, en el que cuando la unidad hidrofoba es un grupo hidrocarbonado C 4 el mediador cationico tiene la formula (I) que se

muestra a continuacion:

en la que al menos uno de entre R1, R2, R3, R4 y R5 es un grupo hidrocarbonado C 4, y cuando la unidad hidrofoba es un grupo polimerico la unidad cationica del mediador comprende un grupo imidazolio; y

combinar la arcilla exfoliada con un polimero de cadena carbonada o de cadena heterogenea.

8. Un metodo segun la reivindicacion 7, en el que el polimero se selecciona del grupo constituido por: caucho butilico, caucho natural, y caucho de estireno-butadieno.

9. Un metodo segun se reivindica en las reivindicaciones 7 u 8, en el que el mediador cationico tiene la formula que se muestra a continuacion