PROCEDIMIENTO DE FABRICACION DE UNA COMPOSICION DE NEUMATICO CON REFUERZO DE SILICE MEJORADO.

Un procedimiento para preparar una composición elastomérica vulcanizable,

que comprende las etapas de:

(a) mezclar, a una temperatura de mezclador de al menos 25ºC, un elastómero que tiene un grupo funcional interactivo con sílice, una carga que comprende sílice y un catalizador, para formar una composición inicial, en la que dicha composición inicial comprende menos de 5 partes en peso de cualquier óxido de zinc, azufre o agentes de curado por cien partes en peso de caucho, y en la que dicha composición inicial comprende menos de 3 partes en peso de adyuvantes de procesamiento de sílice, agentes de acoplamiento de sílice, y otros compuestos polares por cien partes en peso de caucho.

(b) mezclar la composición inicial obtenida en la etapa (a), a una temperatura de superficie comprendida entre 70ºC y 175ºC, opcionalmente con un agente de acoplamiento de sílice, un adyuvante de procesamiento de sílice y carga adicional, para formar una composición intermedia; y (c) mezclar la composición intermedia obtenida en la etapa (b), a una temperatura de superficie menor a la temperatura de vulcanización, con un agente de curado y, opcionalmente, un acelerador de curado, para formar una composición de elastómero vulcanizable

Procedimiento de fabricación de una composición de neumático con refuerzo de sílice mejorado.

La presente solicitud reivindica el beneficio de la solicitud provisional estadounidense No. 60/565,723, presentada el 27 de abril de 2004.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un procedimiento para preparar una composición elastomérica vulcanizable, útil en la fabricación de composiciones de neumáticos con refuerzo de sílice mejorado.

Antecedentes de la invención

Las cargas inorgánicas, como la sílice, imparten tracción en húmedo mejorada, resistencia al rodamiento, resistencia a la rotura, tracción sobre nieve y otros parámetros de desempeño cuando se los utiliza como cargas en las bandas de rodamiento de los neumáticos. Sin embargo, es difícil mezclar sílice en una materia prima para neumáticos, porque las partículas de sílice se aglomeran mucho y por lo tanto no son fáciles de dispersar. Además, las partículas de sílice son menos compatibles que el negro de carbón con las moléculas de caucho. En respuesta, se utilizan adyuvantes de procesamiento y dispersión y agentes de acoplamiento durante la composición.

En la técnica de fabricación de neumáticos, es deseable emplear vulcanizados de caucho que demuestran una mejor resistencia al rodamiento, resistencia al deslizamiento húmedo, y pérdida de histéresis reducida a ciertas temperaturas. Los factores que se cree que afectan estas propiedades incluyen el grado de contacto de la carga (aglomeración de partículas), el grado de interacción polímero-relleno, la densidad de reticulación del caucho, y los extremos libres de polímero en el contacto del caucho reticulado.

Debido a que la sílice precipitada se ha utilizado cada vez más como una carga de refuerzo particulado en neumáticos, existe la necesidad de superar los problemas de procesamiento asociados con Las cargas de sílice. Además, existe la necesidad de aumentar la interacción polímero-relleno en neumáticos rellenas de sílice, mejorando así la resistencia al rodamiento, resistencia al desgaste, y la resistencia al deslizamiento en húmedo.

Sumario de la invención

En general, la presente invención proporciona un procedimiento para preparar una composición elastomérica vulcanizable, el procedimiento comprende las etapas de (a) mezclar, a una temperatura de mezcla de al menos 25ºC, un elastómero con un grupo funcional interactivo con sílice, una carga que comprende sílice, y opcionalmente un catalizador, para formar una composición inicial, en la que dicha composición inicial comprende menos de 5 partes aproximadamente en peso de cualquiera de óxido de zinc, azufre, o agentes de curado, por cien partes en peso de caucho y en la que dicha composición inicial comprende menos de 3 partes en peso de cualquier adyuvante de procesamiento de sílice, agentes de acoplamiento de sílice, y otros compuestos polares, por cien partes en peso de caucho; (b) mezclar la composición inicial obtenida en la etapa (a), a una temperatura comprendida entre 70ºC a 175ºC, opcionalmente con un agente de acoplamiento de sílice, un adyuvante de procesamiento de sílice y una carga adicional, para formar una composición intermedia; y (c) mezclar la composición intermedia obtenida en la etapa (b), a una temperatura de superficie más baja que una temperatura de vulcanización, con un agente de curado y, opcionalmente, un acelerador de curado, para formar una composición de elastómero vulcanizable.

La presente invención también incluye un procedimiento para preparar una composición elastomérica vulcanizable y dicho procedimiento comprende las etapas de mezclar ingredientes que consisten sustancialmente en un elastómero que tiene un grupo funcional interactivo con sílice, una carga que comprende sílice, opcionalmente, un catalizador que puede incluir un vehículo, opcionalmente, uno o más cargas adicionales, opcionalmente, uno o más elastómeros adicionales, y opcionalmente, uno o más ingredientes no polares, para formar una composición inicial; mezclar la composición inicial con ingredientes que comprenden un agente de acoplamiento de sílice, opcionalmente, un adyuvante de procesamiento de sílice, y opcionalmente, una carga adicional, para formar una composición intermedia, y mezclar la composición intermedia con ingredientes que comprenden un agente de curado y opcionalmente, un acelerador de curado, para formar una composición elastomérica vulcanizable.

La presente invención incluye además un procedimiento para preparar composiciones vulcanizables del tipo que se preparan mezclando sílice y un elastómero, comprendiendo la mejora mezclar un elastómero que tiene un grupo funcional interactivo con sílice con sílice en ausencia esencial de óxido de zinc, azufre, agentes de curado, agentes de acoplamiento de sílice, y adyuvantes de procesamiento de sílice a una temperatura mayor a 120ºC.

Descripción detallada de las realizaciones ilustrativas

En una o más realizaciones, las composiciones elastoméricas vulcanizables se preparan utilizando un procedimiento que incluye al menos tres etapas de mezclado. En una primera etapa de mezcla, los ingredientes incluyen un elastómero que tiene un grupo funcional interactivo con sílice, una carga que comprende sílice o una mezcla del mismo con negro de carbón, y opcionalmente un catalizador se mezclan para formar una composición inicial. En la primera etapa, la presencia de óxido de zinc, azufre y agentes de curado es limitada. Además, la presencia de adyuvantes de procesamiento de sílice, agentes de acoplamiento de sílice, y otros compuestos polares se puede limitar. En una segunda etapa de mezcla opcional, la composición inicial se puede mezclar aún más y combinarse opcionalmente con ingredientes que incluyen agentes de acoplamiento de sílice, una carga adicional opcional, y adyuvantes de procesamiento de sílice opcionales, para formar una composición intermedia. En una tercera etapa de mezcla, se pueden agregar un agente de curado y opcionalmente un acelerador de curado para formar una composición de elastómero vulcanizable.

Una etapa de mezcla incluye etapas de mezcla en la que se agregan los ingredientes, así como etapas donde la composición se mezcla simplemente pero no se agregan ingredientes adicionales. Se puede hacer referencia a las etapas de mezcla donde se pueden agregar ingredientes como etapas de mezcla madre, y se puede hacer referencia a las composiciones que se forman durante una etapa de mezcla madre como mezcla-madre. En algunos procesos, se forma más de una mezcla madre, y por lo tanto es útil además denominar a las composiciones como primera mezcla madre, segunda mezcla madre y así sucesivamente. Las etapas donde no se agregan ingredientes se pueden denominar como etapas de remolienda y las composiciones resultantes se pueden denominar remoliendas.

En una o más realizaciones, el procedimiento de la presente invención incluye al menos tres etapas de mezcla denominadas primera, segunda y tercera etapas de mezclado. Sin embargo, el procedimiento puede incluir etapas de mezcla adicionales que se pueden realizar antes o después de cualquiera de las etapas primera, segunda o tercera mencionadas. Por ejemplo, el procedimiento puede incluir una etapa de remolienda entre la segunda y la tercera etapa de mezclado.

En una realización, se combinan en una primera etapa de mezcla un elastómero que tiene un grupo funcional interactivo con sílice, una carga que comprende sílice, opcionalmente un segundo elastómero funcionalizado o no funcionalizado, y opcionalmente un catalizador que puede incluir un vehículo. Esta mezcla resultante se puede llamar composición inicial o primera mezcla madre.

El elastómero que tiene un grupo funcional interactivo con sílice unido al mismo puede incluir cualquier elastómero empleado en forma convencional en composiciones elastoméricas vulcanizables. Los elastómeros, también llamados en ocasiones elastómeros gomosos o polímeros gomosos, incluyen elastómeros naturales y sintéticos. Los elastómeros sintéticos derivan generalmente de la polimerización de monómeros dieno conjugados. Estos monómeros dieno conjugados pueden copolimerizarse con otros monómeros como monómeros aromáticos de vinilo. Otros elastómeros gomosos pueden derivar de la polimerización de etileno junto con una o más olefinas a y opcionalmente uno o más monómeros dieno.

Los ejemplos de elastómeros gomosos incluyen caucho natural, poliisopreno sintético, polibutadieno, poliisobutilenoCo-isopreno, neopreno, poli(etilen-co-propileno), poli(estireno-co-butadieno),...

1. Un procedimiento para preparar una composición elastomérica vulcanizable, que comprende las etapas de:

(a) mezclar, a una temperatura de mezclador de al menos 25ºC, un elastómero que tiene un grupo funcional interactivo con sílice, una carga que comprende sílice y un catalizador, para formar una composición inicial, en la que dicha composición inicial comprende menos de 5 partes en peso de cualquier óxido de zinc, azufre o agentes de curado por cien partes en peso de caucho, y en la que dicha composición inicial comprende menos de 3 partes en peso de adyuvantes de procesamiento de sílice, agentes de acoplamiento de sílice, y otros compuestos polares por cien partes en peso de caucho.

(b) mezclar la composición inicial obtenida en la etapa (a), a una temperatura de superficie comprendida entre 70ºC y 175ºC, opcionalmente con un agente de acoplamiento de sílice, un adyuvante de procesamiento de sílice y carga adicional, para formar una composición intermedia; y (c) mezclar la composición intermedia obtenida en la etapa (b), a una temperatura de superficie menor a la temperatura de vulcanización, con un agente de curado y, opcionalmente, un acelerador de curado, para formar una composición de elastómero vulcanizable.

2. Un procedimiento como se reivindica en la reivindicación 1, en el que el grupo interactivo con sílice es un alcoxisililo, amina, hidroxilo, polialquilenglicol, epoxi, ácido carboxílico o grupo anhídrido.

3. Un procedimiento como se reivindica en la reivindicación 1 ó 2, en la que la carga de sílice se agrega en incrementos.

4. Un procedimiento como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, que comprende además las etapas de extrusión de la composición elastomérica vulcanizable obtenida en la etapa (c) para formar una composición extruida; y construir un neumático verde a partir de la composición extruida.

5. Un procedimiento como se reivindica en la reivindicación 4, que comprende además la etapa de curado del neumático verde.

6. Un procedimiento como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que dicha composición inicial comprende menos de 2 partes en peso de cualquiera de los adyuvantes de procesamiento de sílice, los agentes de acoplamiento de sílice y otros compuestos polares por cien partes en peso de caucho.

7. Un procedimiento como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que dicho agente de acoplamiento de sílice es un bis(trialcoxisililorgano) polisulfuro o mercaptosilano.

8. Un procedimiento como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que dichos ingredientes incluyen un agente de curado y, opcionalmente un acelerador de curado en la etapa (c), incluyen además óxido de zinc.

9. Un procedimiento como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que la etapa de mezcla (a) ocurre sustancialmente en ausencia de óxido de zinc, adyuvantes de procesamiento de sílice, agentes de acoplamiento de sílice y otros compuestos polares.

10. Un procedimiento como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que el catalizador comprende una base orgánica fuerte.

11. Un procedimiento como se reivindica en la reivindicación 10, en el que la base orgánica fuerte comprende N,N dimetil-1-octadecilamina.

12. Un procedimiento para preparar una composición elastomérica vulcanizable, procedimiento que comprende las etapas de:

(a) mezclar ingredientes que consisten esencialmente en:

(i)        un elastómero que tiene un grupo funcional interactivo con sílice;

(ii)        una carga que comprende sílice;

(iii)        un catalizador que puede incluir un vehículo;

(iv)        opcionalmente, una o más cargas adicionales;

(v)        opcionalmente, uno o más elastómeros adicionales; y

(vi)        opcionalmente, uno o más ingredientes no polares, para formar una composición inicial;

(b) mezclar la composición inicial obtenida en la etapa (a) con ingredientes que comprenden:

(vii)        un agente de acoplamiento de sílice;

(viii)        opcionalmente, un adyuvante de procesamiento de sílice; y

(ix)        opcionalmente, carga adicional, para formar una composición intermedia; y

(b) mezclar la composición intermedia obtenida en la etapa (b) con ingredientes que comprenden:

(x)        un agente de curado; y

(xi)        opcionalmente, un acelerador de curado, para formar una composición elastomérica vulcanizable.

13. Un procedimiento como se reivindica en la reivindicación 12, en el que el grupo interactivo con sílice es un alcoxisililo, amina, hidroxilo, polialquilenglicol, epoxi, ácido carboxílico o grupo anhídrido.

14. Un procedimiento como se reivindica en la reivindicación 12 ó 13, en el que dicha composición inicial incluye un catalizador que comprende una base orgánica fuerte.

15. Un procedimiento como se reivindica en la reivindicación 14, en el que la base orgánica fuerte es N,N-dimetil1-octadecilamina.

16. Un procedimiento como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 12 a 15, en el que dicha composición inicial incluye carga adicional que comprende negro de carbón.

17. Un procedimiento como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 12 a 16, en el que dicha composición inicial incluye uno o más elastómeros adicionales seleccionados de caucho natural, poliisopreno sintético, polibutadieno, poliisobutileno-co-isopreno, neopreno, poli(etilen-co-propileno), poli(estireno-co-butadieno), poli(estireno-co-isopreno), poli(estireno-co-isopreno-co-butadieno), poli(isopreno-co-butadieno), poli(etileno-co-propileno-co-dieno), caucho de polisulfuro, caucho acrílico, caucho de uretano, caucho de silicona y caucho de epiclorhidrina.

18. Un procedimiento como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 12 a 17, en el que el agente de acoplamiento de sílice es un bis(trialcoxisililorgano) polisulfuro o mercaptosilano.

19. Un procedimiento como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 12 a 17, en el que el agente de acoplamiento de sílice es 3,3'-bis(trietoxisililpropil)disulfuro.

20. Un procedimiento para preparar composiciones vulcanizables del tipo que se preparan mezclando sílice y un elastómero, que comprende mezclar sílice con un elastómero que tiene un grupo funcional interactivo con sílice y un catalizador en ausencia sustancial de óxido de zinc, azufre, agentes de curado, agentes de acoplamiento de sílice y adyuvantes de procesamiento de sílice a una temperatura del mezclador mayor a 120ºC.

21. Un procedimiento como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en el que la etapa (a) ocurre a una temperatura de superficie comprendida entre 135ºC y 165ºC.