CARGAS MODIFICADAS Y COMPUESTOS ELASTOMÉRICOS QUE COMPRENDEN LOS MISMOS.

Cargas modificadas y compuestos elastoméricos que comprenden los mismos.

Se describen cargas modificadas que tienen grupos químicos adsorbidos y/o adjuntos, tales como un triazol y/o pirazol en las mismas. También se describen otras cargas modificadas. Se describen adicionalmente composiciones elastoméricas que contienen la carga modificada, así como métodos para mejorar la histéresis y/o la resistencia a la abrasión en composiciones elastoméricas que usan las cargas modificadas de la presente invención.

Cargas modificadas y compuestos elastoméricos que comprenden los mismos

Antecedentes de la invención Esta solicitud reivindica el beneficio del artículo 35 U.S.C. §119 (e) de la solicitud de patente provisional de Estados Unidos anterior Nº 61/380.032, presentada el 3 de septiembre de 2010, que se incorpora en su totalidad por referencia en este documento.

La presente invención se refiere a cargas, composiciones o compuestos elastoméricos, y procedimientos para elaborar los mismos, y procedimientos para mejorar una o más propiedades de las composiciones elastoméricas. Más específicamente, la presente invención se refiere a cargas modificadas y el uso de estas cargas en composiciones elastoméricas.

Se han utilizado negros de humo y otras cargas como pigmentos, cargas y/o agentes de refuerzo en la preparación de compuestos y la preparación de composiciones usadas en aplicaciones de caucho, plástico, papel o tejido. Las propiedades del negro de humo u otras cargas son factores importantes para la determinación de las diversas características de rendimiento de estas composiciones.

Se ha hecho mucho esfuerzo en las últimas décadas para modificar la química superficial del negro de humo. Se describen procesos útiles para fijar un grupo orgánico al negro de humo y usos del producto resultante, por ejemplo, en las patentes de Estados Unidos Nº 5.559.169; 5.900.029; 5.851.280; 6.042.643; 6.494.946; 6.740.151; y 7.294.185, cada una de las cuales se incorpora en este documento por referencia en su totalidad. La patente de Estados Unidos Nº 5.559.169, por ejemplo, describe un producto de negro de humo que tiene un grupo orgánico adjunto de la fórmula --Ar--Sn --Ar'--o --Ar--Sn--Ar"-- (donde Ar y Ar' son grupo arileno, Ar" es un grupo arilo y n es de 1 a 8) que puede emplearse en monómeros de etilen-propilendieno (EPDM) , un copolímero parcialmente hidrogenado de acrilonitrilo y butadieno (HNBR) , o composiciones de caucho de butilo.

Usos importantes de composiciones elastoméricas se refieren a la fabricación de neumáticos, y a menudo se añaden ingredientes adicionales para impartir propiedades específicas al producto finalizado o sus componentes. La patente de Estados Unidos Nº 6.014.998, por ejemplo, describe el uso de benzotriazol o toliltriazol para mejorar las velocidades de curación, la eficacia de la curación, la dureza, los módulos estáticos y dinámicos, sin afectar de forma adversa a la histéresis en composiciones de caucho reforzadas con sílice para componentes de neumáticos. Estas composiciones incluyen de aproximadamente 2 a aproximadamente 35 partes de triazoles (preferiblemente de aproximadamente 2 a aproximadamente 6 partes de triazoles) por cien partes de caucho. En algunos casos, también se añaden polvo de bronce y negro de humo conductor, y las composiciones se mezclan por medios convencionales en una o múltiples etapas.

La patente de Estados Unidos Nº 6.758.891 se refiere al tratamiento de negro de humo, polvo de grafito, fibras de grafito, fibras de carbono, fibrillas de carbono, nanotubos de carbono, tejidos de carbono, productos de carbono similares al vidrio y carbono activo por la reacción con agentes de modificación de triaceno. El carbono resultante puede usarse en caucho, plásticos, tintas de impresión, tintas, lacas, tóner y colorantes, bitumen, hormigón, otros materiales de construcción y papel.

Como se ha indicado anteriormente, las cargas pueden proporcionar beneficios de refuerzo a una diversidad de materiales, incluyendo las composiciones elastoméricas. Además de los atributos de las cargas convencionales, existe el deseo de proporcionar cargas que puedan mejorar una o más propiedades elastoméricas, especialmente la histéresis y/o la resistencia a la abrasión. Sin embargo, en el pasado, con algunas composiciones elastoméricas que usan cargas, una carga puede mejorar típicamente una propiedad, pero en detrimento de la otra propiedad. Por ejemplo, mientras que la histéresis puede mejorar, la resistencia a la abrasión puede disminuir o no tener mejora. Por lo tanto, existe la necesidad de proporcionar cargas que puedan mejorar preferiblemente una de estas propiedades sin ningún detrimento significativo sobre la otra. Será incluso más preferiblemente una carga que pueda mejorar ambas propiedades, concretamente mejorar la histéresis y mejorar la resistencia a la abrasión.

Resumen de la presente invención Una característica de la presente invención es proporcionar nuevas clases de cargas que promuevan una o más propiedades beneficiosas.

Una característica adicional de la presente invención es proporcionar cargas que puedan tener la capacidad de mejorar la histéresis en composiciones elastoméricas cuando estén presentes.

Una característica adicional de la presente invención es proporcionar una carga que pueda tener la capacidad de mejorar la resistencia a la abrasión en una composición elastomérica cuando esté presente.

Una característica adicional de la presente invención es proporcionar métodos para conseguir un equilibrio de propiedades con respecto a la histéresis y la resistencia a la abrasión en composiciones elastoméricas.

Las características y ventajas adicionales de la presente invención se expondrán en parte en la descripción que se indica a continuación, y en parte serán evidentes a partir de la descripción, o pueden aprenderse por la práctica de la presente invención. Las características y otras ventajas de la presente invención se realizarán y conseguirán por medio de los elementos y combinaciones particularmente indicados en la descripción y las reivindicaciones adjuntas.

Para conseguir estas y otras ventajas, y de acuerdo con los fines de la presente invención, como se realiza y se describe ampliamente en este documento, la presente invención se refiere a una carga modificada, tal como un negro de humo modificado, un óxido de metal modificado, una carga modificada que tiene una fase de carbono y una fase de especie que contiene silicio, y similares. La carga modificada puede ser una carga que tiene adsorbido en la misma al menos un triazol, o al menos un pirazol,

o cualquier combinación de los mismos. Se proporcionan fórmulas y ejemplos más específicos.

Esta carga modificada puede tener adjunto opcionalmente al menos un grupo químico, tal como un grupo orgánico, por ejemplo, un grupo orgánico que comprende al menos un grupo alquilo y/o un grupo aromático. El grupo alquilo y/o el grupo aromático pueden unirse directamente a la carga. El grupo químico puede ser el mismo o similar o diferente al grupo que se adsorbe en la carga. El grupo químico adjunto puede ser o incluir al menos un triazol, o al menos un pirazol, o al menos un imidazol, o cualquier combinación de los mismos.

La presente invención también se refiere a una carga modificada, tal como un negro de humo modificado o un óxido de metal modificado o similares, que tiene adjunto a la misma al menos un triazol.

La presente invención también se refiere a composiciones elastoméricas que contienen una cualquiera o más de las cargas modificadas de la presente invención y al menos un elastómero, y procedimientos para fabricar los mismos.

La presente invención también se refiere a artículos hechos de o que contienen una o más cargas modificadas de la presente invención y/o una o más composiciones elastoméricas o composiciones poliméricas de la presente invención, tal como un neumático o parte del mismo, u otros artículos elastoméricos y/o poliméricos.

La presente invención también se refiere a un método para mejorar la histéresis y/o la resistencia a la abrasión en una composición elastomérica, tal como un neumático o parte del mismo, incorporando una o más cargas modificadas de la presente invención en una composición elastomérica.

Debe apreciarse que tanto la descripción general anterior como la siguiente descripción detallada son únicamente ejemplares y explicativas y pretenden proporcionar una explicación adicional de la presente invención, según se reivindica.

Descripción detallada de la presente invención La presente invención se refiere a cargas modificadas, composiciones elastoméricas que contienen las cargas modificadas, artículos fabricados de o que contienen las cargas modificadas o composiciones elastoméricas u otras poliméricas, métodos para fabricar las mismas, y métodos para mejorar las propiedades elastoméricas, incluyendo, pero sin limitación, la histéresis y/o la resistencia a la abrasión.

En más detalle, la presente invención se refiere, en parte, a una carga modificada que es o incluye una carga que tiene adsorbido en la misma: (a) al menos un triazol, tal como... [Seguir leyendo]

1. Una carga modificada que comprende una carga que tiene adsorbido en la misma un triazol que comprende:

o tautómeros del mismo; en la que Zb es un grupo alquileno, donde b es 0 ó 1; X, que es el mismo o diferente, es H, NH2, SH, NHNH2, CHO, COOR, COOH, CONR2, CN,

CH3, OH, NDD' o CF3; Y es H, o NH2; 10 A es un grupo funcional que es SkR, SSO3H, SO2NRR', SO2SR, SNRR', SNQ, SO2NQ, CO2NQ,

S- (1, 4-piperazinadiil) -SR, 2- (1, 3-ditianilo) , o 2- (1, 3-ditiolanilo) ; o un radical hidrocarburo lineal, ramificado, aromático o cíclico sustituido con uno o más de dicho grupo funcional; donde R y R', que son el mismo o diferentes, son hidrógeno; alquilo C1-C12 ramificado o no

ramificado, sin sustituir o sustituido, alquenilo, alquinilo; arilo sin sustituir o sustituido; 15 heteroarilo sin sustituir o sustituido; alquilarilo sin sustituir o sustituido; arilalquilo, arileno, heteroarileno o alquilarileno sin sustituir o sustituidos;

k es unnúmeroentero de 1 a8cuandoR esH y, de otromodo, k esde 2a 8; Q es (CH2) w, (CH2) x O (CH2) z, (CH2) x NR (CH2) z, o (CH2) x S (CH2) z, donde x es de 1 a 6, z es de 1 a 6, ywes de 2 a6;

E es un grupo que contiene polisulfuro; y dicho triazol está opcionalmente N-sustituido con un sustituyente NDD', donde D y D', que son el mismo o diferentes, son H o alquilo C1-C4.

2. La carga modificada de la reivindicación 1, en la que dicho triazo comprende:

o tautómeros del mismo, y E es Sw, donde w es de 2 a 8, SSO, SSO2, SOSO2, SO2SO2.

3. La carga modificada de la reivindicación 1, en la que dicha carga ha adsorbido en la misma: 3-amino-1, 2, 4-triazol-5-tiol, disulfuro de 3-amino-1, 2, 4-triazol-5-ilo, 1, 2, 4-triazol-3-tiol, o disulfuro de 1, 2, 4-triazol-3-ilo, o cualquier combinación de los mismos.

4. La carga modificada de la reivindicación 1, en la que dicho triazol comprende:

o tautómeros del mismo.

5. Una carga modificada que comprende una carga que tiene adsorbido en la misma:

al menos un triazol; o cualquier combinación de los mismos, en la que dicha carga mejora la abrasión cuando está 10 presente en una composición elastomérica en comparación con dicha carga que no está modificada.

6. La carga modificada de la reivindicación 5, que incluye un sustituyente que contiene azufre.

7. La carga modificada de una cualquiera de las reivindicaciones 1-6, que comprende adicionalmente al menos un grupo químico unido a dicha carga.

8. La carga modificada de la reivindicación 7, en la que dicho grupo químico es al menos un grupo orgánico, y dicho grupo orgánico comprende: a) al menos un triazol; b) al menos un pirazol;

c) al menos un imidazol; o 20 cualesquiera combinaciones de los mismos.

9. La carga modificada de la reivindicación 8, en la que dicho triazol está unido a dicha carga y comprende:

o tautómeros del mismo; 25 donde Zb es un grupo alquileno, donde b es 0 ó 1;

al menos un X comprende un enlace a la carga, y cualquier X restante comprende un enlace a la carga o un grupo funcional que es H, NH2, SH, NHNH2, CHO, COOR, COOH, CONR2, CN, CH3, OH, NDD', o CF3, o es A, R o R';

A es un grupo funcional que es SkR, SSO3H, SO2NRR', SO2SR, SNRR', SNQ, SO2NQ, CO2NQ, S- (1, 4-piperazinadiil) -SR, 2- (1, 3-ditianilo) , o 2- (1, 3-ditiolanilo) ; o un radical hidrocarburo lineal, ramificado, aromático o cíclico sustituido con uno o más de dicho grupo funcional;

donde R y R', que son el mismo o diferentes, son hidrógeno; alquilo C1-C12 ramificado o no ramificado, sin sustituir o sustituido, alquenilo, alquinilo; arilo sin sustituir o sustituido; heteroarilo sin sustituir o sustituido; alquilarilo sin sustituir o sustituido; arilalquilo, arileno, heteroarileno o alquilarileno sin sustituir o sustituidos;

k es unnúmeroentero de 1 a8cuandoR esH y, de otromodo, k esde 2a 8;

Q es (CH2) w, (CH2) x O (CH2) z, (CH2) x NR (CH2) z, o (CH2) x S (CH2) z, donde x es de 1 a 6, z es de 1 a 6, ywes de 2 a6;

E es un radical que contiene polisulfuro; y

dicho triazol está opcionalmente N-sustituido con un sustituyente NDD', donde D y D', que son el mismo o diferentes, son H o alquilo C1-C4.

10. La carga modificada de la reivindicación 8, en la que dicho triazol está unido a dicha carga y es un grupo 1, 2, 4-triazol-3-ilo, o un grupo 3-mercapto-1, 2, 4-triazol-5-ilo.

11. La carga modificada de la reivindicación 7, en la que dicho grupo químico comprende un grupo alquilo o un grupo aromático que tiene al menos un grupo funcional que es R, OR, COR, COOR, OCOR, una sal carboxilato, halógeno, CN, NR2, SO3H, una sal sulfonato, NR (COR) , CONR2, NO2, PO3H2, una sal fosfonato, una sal fosfato N=NR, NR3+X-, PR3+X-, SkR, SSO3H, una sal SSO3-, SO2NRR', SO2SR, SNRR', SNQ, SO2NQ, CO2NQ, S- (1, 4-piperazinadiil) -SR, 2 (1, 3-ditianil) 2- (1, 3-ditiolanilo) , SOR, o SO2R, donde R y R', que son el mismo o diferentes, son independientemente hidrógeno, hidrocarburo C1-C12 ramificado o no ramificado, sustituido o sin sustituir, saturado o insaturado, y k es un número entero que varía de 1-8, y X-es un haluro o un anión obtenido a partir de un ácido mineral u orgánico, Q es (CH2) w, (CH2) xO (CH2) z, (CH2) xNR (CH2) z, o (CH2) xS (CH2) z, donde w es un número entero de 2 a 6 y x y z son independientemente números enteros de 1 a 6.

12. La carga modificada de la reivindicación 7, en la que dicho grupo químico comprende un grupo aromático que tiene una formula AyAr-, en la que Ar es un radical aromático y A es R, OR, COR, COOR, OCOR, una sal carboxilato, halógeno, CN, NR2, SO3H, una sal sulfonato, NR (COR) , CONR2, NO2, PO3H2, una sal fosfonato, una sal fosfato N=NR, NR3+X-, PR3+X-, SkR, SSO3H, una sal SSO3-, SO2NRR', SO2SR, SNRR', SNQ, SO2NQ, CO2NQ, S- (1, 4piperazinadiil) -SR, 2- (1, 3-ditianil) 2- (1, 3-ditiolanilo) , SOR, o SO2R, donde R y R', que son el mismo o diferentes, son independientemente hidrógeno, hidrocarburo C1-C100 ramificado o no ramificado, sustituido o sin sustituir, saturado o insaturado, y k es un número entero que varía de 1-8, y X-es un haluro o un anión obtenido a partir de un ácido mineral u orgánico, Q es (CH2) w, (CH2) xO (CH2) z, (CH2) xNR (CH2) z, o (CH2) xS (CH2) z, donde w es un número entero de 2 a 6 y x y z son independientemente números enteros de 1 a 6, y es un número entero de 1 al número total de radicales -CH en el radical aromático.

13. La carga modificada de la reivindicación 12, en la que dicho Ar comprende un grupo triazol, un grupo pirazol, o un grupo imidazol.

14. La carga modificada de la reivindicación 7, en la que dicho grupo químico es al menos un grupo aminometilfenilo.

15. La carga modificada de la reivindicación 7, en la que dicho grupo químico comprende al menos un sulfuro o polisulfuro aromático.

16. La carga modificada de una cualquiera de las reivindicaciones 1-15, en la que dicha carga modificada mejora la abrasión cuando está presente en una composición elastomérica en comparación con dicha carga que no está modificada.

17. La carga modificada de una cualquiera de las reivindicaciones 7-15, en la que dicha carga modificada mejora la abrasión cuando está presente en una composición elastomérica en comparación con dicha carga que no está modificada y mejora (reduce) la histéresis cuando está presente en dicha composición elastomérica en comparación con dicha carga que está sin modificar.

18. Una carga modificada que comprende una carga que tiene unido en la misma un triazol que comprende:

o tautómeros del mismo, en la que en la que Zb es un grupo alquileno, donde b es 0 ó 1; al menos un X comprende un enlace a la carga y cualquier X restante comprende un enlace a la carga o un grupo funcional que es H, NH2, SH, NHNH2, CHO, COOR, COOH, CONR2, CN,

CH3, OH, NDD', o CF3, o es A, R o R'; A es un grupo funcional que es SkR, SSO3H, SO2NRR', SO2SR, SNRR', SNQ, SO2NQ, CO2NQ, S- (1, 4-piperazinadiil) -SR, 2- (1, 3-ditianilo) , o 2- (1, 3-ditiolanilo) ; o un radical hidrocarburo lineal, ramificado, aromático o cíclico sustituido con uno o más de dicho grupo funcional;

donde R y R', que pueden ser el mismo o diferente, son hidrógeno; alquilo C1-C12 ramificado o no ramificado, sin sustituir o sustituido, alquenilo, alquinilo; arilo sin sustituir o sustituido; heteroarilo sin sustituir o sustituido; alquilarilo sin sustituir o sustituido; arilalquilo, arileno, heteroarileno o alquilarileno sin sustituir o sustituidos;

k es un número entero de 1 a 8;

Q es (CH2) w, (CH2) x O (CH2) z, (CH2) x NR (CH2) z, o (CH2) x S (CH2) z, donde x es de 1 a 6, z es de 1 a 6, ywes de 2 a6; E es un radical que contiene polisulfuro; y dicho triazol está opcionalmente N-sustituido con un sustituyente NDD', donde D y D', que son el mismo o diferentes, son H o alquilo C1-C4.

19. Una composición elastomérica que comprende la carga modificada de una cualquiera de las reivindicaciones 1-18 y al menos un elastómero.

20. Un artículo de fabricación que comprende la composición elastomérica de la reivindicación

19.

21. El artículo de la reivindicación 20, en el que dicho artículo es un neumático o un componente del mismo.

22. Un método para mejorar la resistencia a la abrasión en una composición elastomérica que comprende introducir al menos una carga modificada de una cualquiera de las reivindicaciones 1-18 en dicha composición elastomérica antes de la curación.

23. Un método para mejorar (reducir) la histéresis en una composición elastomérica que comprende introducir al menos una carga modificada de una cualquiera de las reivindicaciones 7-15 o la reivindicación 18 en dicha composición elastomérica antes de la curación.

24. Un método para aumentar la resistencia a la abrasión y reducir la histéresis en una composición elastomérica que comprende introducir la carga modificada de una cualquiera de 15 las reivindicaciones 7-15 en dicha composición elastomérica antes de la curación.