ES2280380T3 - Composicion de caucho. - Google Patents

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ES2280380T3 ES01945727T ES01945727T ES2280380T3 ES 2280380 T3 ES2280380 T3 ES 2280380T3 ES 01945727 T ES01945727 T ES 01945727T ES 01945727 T ES01945727 T ES 01945727T ES 2280380 T3 ES2280380 T3 ES 2280380T3
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Toshihiro Jsr Corporation Tadaki
Yoshiyuki Udagawa
Tomohisa Jsr Corporation Konno
Takafumi Bridgestone Corp. Tech. Center Fueki
Hajime Bridgestone Corp. Technical Center Kondou
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Abstract

Una composición de caucho caracterizada porque comprende [1B] una partícula de caucho reticulado que contiene, como unidades repetitivas, (b1) de 40 a 99, 89% en peso de una unidad de monómero de dieno conjugado, (b2) de 0 a 50% en peso de una unidad de monómero de vinilo aromático, (b3) de 0, 01 a 10% en peso de una unidad de monómero formada por un monómero que tiene al menos dos grupos insaturados polimerizables y (b4) de 0, 1 a 30% en peso de una unidad de monómero formada por un monómero que tiene un grupo insaturado polimerizable y al menos un grupo funcional seleccionado del grupo que consiste en un grupo carboxílico (CO2H y/o CO2-), un grupo hidroxilo y un grupo epoxi con respecto a 100% en peso del total de (b1), (b2), (b3) y (b4), y [2B] un caucho copolímero de dieno conjugado/vinilo aromático en el que el contenido de enlaces vinilo de la unidad de dieno conjugado es de 10 a 30% en peso y el contenido de enlaces 1, 4-trans supera 55% en peso.

Description

Composición de caucho.
Campo de la técnica
La presente invención se refiere a una composición de caucho con una composición específica. El caucho vulcanizado hecho de la composición de caucho de la presente invención muestra baja resistencia a la rodadura y excelente resistencia al derrape en húmedo, así como resistencia al desgaste, resistencia a la tracción y similares satisfactorias, y es particularmente útil para bandas de rodadura de neumáticos.
Técnica precedente
Los recientes requerimientos para un consumo de combustible inferior por los automóviles han creado una necesidad de una composición tal como composiciones de caucho basadas en dieno conjugado cuyos cauchos tengan baja resistencia a la rodadura, resistencia al desgaste y propiedades de fractura excelentes y alta resistencia al derrape en húmedo como un indicador representativo de una buena estabilidad de conducción.
La resistencia a la rodadura del neumático puede reducirse disminuyendo la pérdida por histéresis del caucho vulcanizado. Esta pérdida por histéresis puede evaluarse basándose en diversas propiedades. Por ejemplo, es preferible una composición que tiene alta resistencia a los impactos a de 50 a 80ºC, baja \delta a de 50 a 80ºC o baja liberación térmica de Goodrich. Un caucho en bruto que tiene pérdida por histéresis baja incluye caucho natural, caucho de isopreno, caucho de butadieno y similares, pero estos también están asociados con el problema de una baja resistencia al derrape en húmedo.
Por otra parte, se ha propuesto un método para usar una carga inorgánica tal como sílice y similares como un agente de refuerzo, o un método para combinar una carga inorgánica y negro de carbono en los últimos años. Las bandas de rodadura de neumáticos que emplean una carga inorgánica o tanto una carga inorgánica como negro de carbono muestran baja resistencia a la rodadura y excelente estabilidad de conducción representada por la resistencia al derrape en húmedo. Sin embargo, exhiben el problema de una resistencia al desgaste, una resistencia a la tracción y similares escasas para el caucho vulcanizado. Se cree que la causa es el hecho de que la afinidad de la carga inorgánica por el caucho basado en dieno conjugado es inferior que la del negro de carbono, de modo que no puede alcanzarse un efecto de refuerzo suficiente.
Para incrementar la afinidad entre la carga inorgánica y el caucho basado en dieno conjugado, se ha intentado usar un caucho basado en dieno conjugado que tiene introducido en el mismo un grupo funcional con afinidad para una carga inorgánica. Por ejemplo, se ha propuesto un caucho basado en dieno conjugado que tiene introducido en el mismo un grupo hidroxilo (WO96/23027), un caucho basado en dieno conjugado que tiene un introducido en el mismo un grupo alcoxisililo (JP-A-9-208623) y un caucho basado en dieno conjugado que tiene introducido en el mismo un grupo alcoxisililo y un grupo amino y/o hidroxilo (JP-A-9-208633). Sin embargo, la mayoría de los cauchos basados en dieno conjugados que tienen introducido tal grupo funcional exhiben fuerte interacción con la carga inorgánica cuando la carga inorgánica se combina con los mismos, y esto crea problemas tales como la dispersión dificultada de la carga inorgánica, mayor liberación de calor
\hbox{durante el procesamiento,  escasa capacidad de
procesamiento y similares.}
Un objetivo de la invención es vencer los problemas mencionados anteriormente proporcionando una composición de caucho que puede dar un caucho vulcanizado que tiene baja resistencia de rodadura y excelente resistencia al derrape en húmedo, así como resistencia al desgaste y resistencia a la tracción satisfactorias, que sea útil para bandas de rodadura de neumáticos de automóviles y similares.
EP-A-0 854 170 describe mezclas de caucho que contienen geles de caucho de SBR. Estos geles de caucho de SBR se especifican además por ser partículas que se preparan reticulando estireno, butadieno y opcionalmente otros compuestos multifuncionales. Estas partículas forman una mezcla de caucho junto con un caucho, que contiene especialmente dobles enlaces, por ejemplo caucho natural o caucho sintético, que pueden tener un alto contenido de cis-1,4 (> 90%) o un contenido de vinilo de 0 a 75%.
Descripción de la invención
Una composición de caucho para la formación de una banda de rodadura de neumático y similares contiene habitualmente un agente de refuerzo con el propósito de mejorar la resistencia a la tracción y la resistencia al desgaste, pero una carga inorgánica tal como sílice no se dispersa fácilmente de forma uniforme debido a su tendencia a agregarse. Usando una composición de caucho en la que un agente de refuerzo no se dispersa uniformemente conduce al resultado de que no puede alcanzarse el efecto deseado de incluir el agente de refuerzo, así como que también se deteriora la capacidad de procesamiento. Por esta razón, generalmente se ha intentado mejorar las propiedades de dispersión formulando un agente de acoplamiento de silano cuando se usa una sílice como carga inorgánica. Sin embargo, se ha encontrado que la inclusión de las partículas finas compuestas por caucho reticulado que tiene una composición específica en una composición de caucho puede mejorar adecuadamente la resistencia a la tracción incluso con una pequeña cantidad de un agente de acoplamiento de silano o incluso sin incluir un agente de acoplamiento de silano, y que la composición de caucho resultante tiene excelente capacidad de procesamiento.
La presente invención se basa en los hallazgos descritos anteriormente y puede describirse como sigue.
Una composición de caucho de la invención se caracteriza porque comprende [1B] una partícula de caucho reticulado que contiene, como unidades repetitivas, (b1) de 40 a 99,89% en peso de una unidad de monómero de dieno conjugado, (b2) de 0 a 50% en peso de una unidad de monómero de vinilo aromático, (b3) de 0,01 a 10% en peso de una unidad de monómero formada por un monómero que tiene al menos dos grupos insaturados polimerizables y (b4) de 0,1 a 30% en peso de una unidad de monómero formada por un monómero que tiene un grupo insaturado polimerizable y al menos un grupo funcional seleccionado del grupo que consiste en un grupo carboxílico (CO_{2}H y/o CO_{2}^{-}), un grupo hidroxilo y un grupo epoxi con respecto a 100% en peso del total de (b1), (b2), (b3) y (b4), y [2B] un caucho copolímero de dieno conjugado/vinilo aromático en el que el contenido de enlaces vinilo de la unidad de dieno conjugado es de 10 a 30% en peso y el contenido de enlaces 1,4-trans supera 55% en peso.
Y la partícula de caucho reticulado de acuerdo con el segundo aspecto de la invención se prepara polimerizando un monómero de dieno conjugado formando una unidad de monómero de dieno conjugado (b1), un monómero de vinilo aromático formando una unidad de monómero de vinilo aromático (b2) según sea necesario, un monómero que tiene al menos dos grupos insaturados polimerizables y un monómero que tiene un grupo insaturado polimerizable y al menos un grupo funcional seleccionado del grupo que consiste en un grupo carboxílico (CO_{2}H y/o CO_{2}^{-}), un grupo hidroxilo y un grupo epoxi.
En la invención, también puede usarse otro monómero insaturado polimerizable descrito posteriormente aquí.
Como el monómero de dieno conjugado que forma la unidad de monómero de dieno conjugado (b1) descrita anteriormente puede usarse 1,3-butadieno, isopreno, 2,3-dimetil-1,3-butadieno, cloropreno y similares. Cualquiera de estos monómeros puede usarse solo o en combinación de dos o más, respectivamente.
El contenido de la unidad de monómero de dieno conjugado (b1) de acuerdo con el segundo aspecto de la invención es de 40 a 99,89% en peso y preferiblemente de 55 a 99,89% en peso. Si el contenido de la unida de monómero de dieno conjugado descrita anteriormente está por debajo de los límites inferiores respectivos, la capacidad de procesamiento no se mejora y la resistencia a la tracción del caucho vulcanizado se disminuye.
Como el monómero de vinilo aromático que forma la unidad de monómero de vinilo aromático (b2) descrita anteriormente puede usarse estireno, 2-metilestireno, 3-metilestireno, 4-metilestireno, \alpha-metilestireno, 2,4-dimetilestireno, 2,4-diisopropilestireno, 4-terc-butilestireno, terc-butoxiestirenos y similares. Estos monómeros pueden usarse solos o en una combinación de dos o más, respectivamente.
El contenido de la unidad de monómero de vinilo aromático (b2) de acuerdo con la invención es de 0 a 50% en peso y preferiblemente de 0 a 45% en peso. Si el contenido de la unidad de monómero de vinilo aromático descrita anteriormente supera 50% en peso, la resiliencia frente a los impactos del caucho vulcanizado se reduce y el valor de tan \delta del caucho vulcanizado a 50ºC tiende a ser mayor.
Como el monómero que tiene al menos dos grupos insaturados polimerizables que forman la unidad de monómero (b3) descrita anteriormente puede usarse di(met)acrilato de etilenglicol, di(met)acrilato de propilenglicol, di(met)acrilato de 1,4-butanodiol, di(met)acrilato de 1,6-hexanodiol, di(met)acrilato de trimetilolpropano, tri(met)acrilato de trimetilolpropano, tri(met)acrilato de pentaeritritol, tetra(met)acrilato de pentaeritritol, divinilbenceno, diisopropenilbenceno, trivinilbenceno y similares. Entre estos, se prefieren el divinilbenceno y similares. Cualquiera de estos monómeros puede usarse solo o en combinación de dos o más, respectivamente.
El contenido de la unidad de monómero (b3) que tiene al menos dos grupos insaturados polimerizables descrita anteriormente de acuerdo con los aspectos tanto primero como segundo de la invención es de 0,01 a 10% en peso y preferiblemente de 0,1 a 10% en peso, respectivamente. Si el contenido de (b3) es menor que 0,01% en peso, la capacidad de procesamiento de la composición de caucho de la invención se reduce. Por otra parte, si el contenido es mayor que 10% en peso, no solo se deteriora la capacidad de procesamiento de la composición de caucho sino que también se reduce mucho la resistencia a la tracción del caucho vulcanizado, hasta un nivel no deseable.
Como el monómero que tiene un grupo insaturado polimerizable y un grupo carboxílico (CO_{2}H y/o CO_{2}^{-}) para la unidad de monómero (b4) de acuerdo con la invención, puede usarse
\ding{192} un ácido carboxílico insaturado tal como ácido (met)acrílico, ácido maleico, ácido fumárico, ácido itacónico, ácido tetracónico, ácido cinámico y similares, y
\ding{193} un éster que contiene un grupo carboxilo libre tal como monoéster de ácido carboxílico polivalente no polimerizable, tal como ácido ftálico, ácido succínico y ácido adípico con compuesto insaturado que contiene un grupo hidroxilo tal como alcohol (met)alílico y (met)acrilato de 2-hidroxietilo, y sus sales y similares.
Entre estos, se prefieren los ácidos carboxílicos insaturados (especialmente ácido (met)acrílico y similares). Cualquiera de estos monómeros que tienen un grupo carboxílico listados anteriormente puede usarse solo o en combinación de dos o más.
Como el monómero que tiene un grupo insaturado polimerizable y un grupo hidroxilo de acuerdo con el segundo aspecto de la invención, pueden usarse
\ding{192} (met)acrilatos de hidroxialquilo tales como (met)acrilato de 2-hidroxietilo, (met)acrilato de 2-hidroxipropilo, (met)acrilato de 3-hidroxipropilo, (met)acrilato de 2-hidroxibutilo, (met)acrilato de 3-hidroxibutilo, (met)acrilato de 4-hidroxibutilo y similares,
\ding{193} mono(met)acrilatos de un polialquilenglicol (el número de unidades de alquilenglicol es, por ejemplo, de 2 a 23) tales como polietilenglicol, polipropilenglicol y similares,
\ding{194} amidas insaturadas que contienen grupos hidroxilo tales como N-hidroximetil(met)acrilamida, N-(2-hidroxietil)(met)acrilamida, N,N-bis(2-hidroxietil)(met)acrilamida y similares,
\ding{195} compuestos de vinilo aromático que contienen grupos hidroxilo tales como o-hidroxiestireno, m-hidroxiestireno, p-hidroxiestireno, o-hidroxi-\alpha-metilestireno, m-hidroxi-\alpha-metilestireno, p-hidroxi-\alpha-metilestireno, alcohol p-vinilbencílico y similares, y
\ding{196} compuestos que contienen grupo hidroxilo tales como alcohol (met)alílico y similares.
Entre estos, se prefieren los (met)acrilatos de hidroxialquilo y los compuestos de vinilo aromático que contienen grupos hidroxilo. Cualquiera de estos monómeros puede emplearse solo o en combinación de dos o más.
Como el monómero que tiene un grupo insaturado polimerizable y un grupo epoxi de acuerdo con la invención, pueden usarse compuestos que contienen grupos epoxi tales como (met)alil-glicidil-éter, (met)acrilato de glicidilo, (met)acrilato de 3,4-oxiciclohexilo y similares. Cualquiera de estos monómeros puede emplearse solo o en combinación de dos o más.
El monómero que forma la unidad de monómero (b4) descrita anteriormente es preferiblemente un monómero que tiene un grupo hidroxilo y/o un grupo epoxi en vista de la resiliencia frente a los impactos y la resistencia al desgaste de un caucho vulcanizado así como la capacidad de procesamiento de la composición de caucho, especialmente una contracción reducida de una composición de caucho no vulcanizado.
El monómero que forma la unidad de monómero (b4) puede seleccionarse para el uso según se describe. Y la capacidad de procesamiento de la composición de caucho de la invención y la resistencia mecánica del caucho vulcanizado y similares pueden mejorarse aún más mediante una combinación adecuada de una partícula de caucho reticulado y un grupo funcional compuesto en el caucho copolímero de dieno conjugado/vinilo aromático descrito posteriormente aquí. También puede usarse una combinación de dos o más monómeros que tienen un grupo carboxílico, un grupo hidroxilo o un grupo epoxi. Por ejemplo, una combinación de un monómero que tiene un grupo carboxílico y un monómero que tiene un grupo hidroxilo puede usarse como el monómero que forma la unidad de monómero (b4). El contenido de la unidad de monómero (b4) descrita anteriormente es de 0,1 a 30% en peso y especialmente de 0,3 a 15% en peso. Si el contenido de la unida de monómero (b4) es menor que 0,1% en peso, la afinidad entre la partícula de caucho reticulado y una carga inorgánica es insuficiente y la capacidad de procesamiento de la composición de caucho puede reducirse. Por otra parte, si el contenido es mayor que 30% en peso, la partícula de caucho reticulado y una carga inorgánica interactúan fuertemente entre sí y la capacidad de procesamiento puede reducirse.
La partícula de caucho reticulado [1B] descrita anteriormente en la invención contiene la unidad de monómero (b1) en de 40 a 99,89% en peso (preferiblemente de 50 a 99,89% en peso), la unidad de monómero (b2) en de 0 a 50% en peso (preferiblemente de 0 a 45% en peso), la unidad de monómero (b3) en de 0,01 a 10% en peso (preferiblemente de 0,1 a 10% en peso) y la unidad de monómero (b4) en de 0,1 a 30% en peso (preferiblemente de 0,3 a 15% en peso), respectivamente. Una combinación de contenidos preferibles de la unidad de monómero descrita anteriormente no está particularmente limitada.
En la invención, el contenido de la unidad de monómero de vinilo aromático (b2) descrita anteriormente no está particularmente limitada con tal de que esté dentro del intervalo de 0 a 50% en peso. El contenido de la unidad de monómero de vinilo aromático (b2) descrita anteriormente puede ser, por ejemplo, de 20 a 50% en peso (el contenido de la unidad de monómero de dieno conjugado es de 40 a 59,89% en peso en este caso) o de 20 a 45% en peso (el contenido de la unidad de monómero de dieno conjugado es de 40 a 79,89% en peso en este caso) o menor que 20% en peso o 10% en peso o menos, o también 0% en peso (así, no está contenida). En cualquiera de estos casos, el monómero (b4) descrito anteriormente es preferiblemente una unidad de monómero formada por un monómero que tiene un grupo insaturado polimerizable y al menos un grupo funcional seleccionado del grupo que consiste en un grupo hidroxilo y un grupo epoxi. Especialmente, el contenido de la unidad de monómero de vinilo aromático (b2) puede ser de 20 a 50% en peso, el contenido de la unidad de monómero de dieno conjugado (b1) puede ser de 40 a 79,89% en peso y la unidad de monómero (b4) puede ser una unidad de monómero formada por un monómero que tiene un grupo insaturado polimerizable y al menos un grupo funcional seleccionado del grupo que consiste en un grupo hidroxilo y un grupo epoxi. Y el contenido de la unida de monómero de vinilo aromático (b2) puede ser 0% en peso, el contenido de la unidad de monómero de dieno conjugado (b1) puede ser de 40 a 99,89% en peso y la unidad de monómero (b4) puede ser una unidad de monómero formada por un monómero que tiene un grupo insaturado polimerizable y al menos un grupo funcional seleccionado del grupo que consiste en un grupo hidroxilo y un grupo epoxi. Una partícula de caucho reticulado que tiene tal composición puede ser un polibutadieno reticulado modificado con un grupo funcional.
La unidad de monómero que constituye la partícula de caucho reticulado [1B] incluye la otra unidad de monómero. El otro monómero insaturado polimerizable que forma la otra unidad de monómero es preferiblemente un compuesto que tiene un grupo insaturado polimerizable y, aunque no hay restricciones particulares sobre este tipo, se prefieren los que tienen grupos polares.
Como tal monómero descrito anteriormente pueden usarse (met)acrilonitrilo, cianuro de vinilideno, cloruro de vinilo, cloruro de vinilideno, (met)acrilamida, maleimida, (met)acrilato de metilo, (met)acrilato de etilo, (met)acrilato de n-propilo, (met)acrilato isopropilo, (met)acrilato de n-butilo, (met)acrilato de isobutilo, (met)acrilato de sec-butilo, (met)acrilato de terc-butilo, (met)acrilato de n-amilo, (met)acrilato de n-hexilo, (met)acrilato de 2-etilhexilo, (met)acrilato de ciclohexilo y similares. Cualquiera de estos monómeros puede usarse solo o en combinación de dos o más, respectivamente.
En la invención, la cantidad del monómero mencionado anteriormente que ha de usarse puede ser de 0,1 a 5% en peso y especialmente de 0,5 a 3% en peso con respecto a 100% en peso del total de los monómeros que forman la partícula de caucho reticulado.
La partícula que comprende el caucho reticulado descrita anteriormente es un caucho en partículas con un contenido insoluble en tolueno preferiblemente de 80% en peso o más. El contenido insoluble en tolueno se determina sumergiendo 1 g de la partícula que comprende el caucho reticulado en 100 ml de tolueno durante 24 horas a temperatura ambiente y a continuación midiendo el peso de un contenido de sólido en el filtrado obtenido filtrando con una malla de alambre de tamaño de malla 100. Y la partícula de caucho reticulado descrita anteriormente es un caucho en partículas con un tamaño de partícula preferiblemente de 500 mm o menos según se mide usando un sistema de análisis lasérico de partículas (Modelo Nº "LPA-3100" de Otsuka Electronics Co., Ltd.).
La partícula de caucho reticulado puede producirse mediante polimerización en emulsión, polimerización en suspensión y similares, usando un iniciador de la polimerización por radicales. Se produce preferiblemente mediante polimerización en emulsión desde el punto de vista del tamaño de partícula y la uniformidad del tamaño de partícula.
El iniciador de la polimerización por radicales para una polimerización en emulsión incluye un peróxido orgánico tal como peróxido de benzoílo, peróxido de lauroílo, peróxido de terc-butilo, hidroperóxido de cumeno, hidroperóxido de p-mentano, peróxido de di-terc-butilo, peróxido de dicumilo y similares. Además, también puede usarse un compuesto diazoico tal como azobisisobutironitrilo, un peróxido inorgánico tal como persulfato potásico y un catalizador redox tal como una combinación de cualquiera de estos peróxidos con sulfato ferroso y similares. Cualquiera de estos iniciadores de la polimerización por radicales puede usarse solo o en combinación de dos o más.
Un agente de transferencia de cadena, tal como mercaptanos incluyendo terc-dodecilmercaptano, n-dodecilmercaptano y similares, tetracloruro de carbono, tioglicoles, diterpenos, terpinoleno, \gamma-terpineno y similares, también puede usarse en combinación.
Un emulsionante empleado en una polimerización en emulsión puede, por ejemplo, ser un tensioactivo aniónico, un tensioactivo no iónico, un tensioactivo catiónico así como un tensioactivo anfótero y similares. También puede emplearse un tensioactivo basado en flúor. Cualquiera de estos emulsionantes puede usarse solo o en combinación de dos o más.
Un estabilizante de suspensión empleado en una polimerización en suspensión puede, por ejemplo, ser poli(alcohol vinílico), poliacrilato sódico, hidroxietilcelulosa y similares. Cualquiera de estos estabilizantes de la suspensión puede usarse solo o en combinación de dos o más.
En una polimerización en emulsión o suspensión, monómeros, un iniciador de la polimerización por radicales y similares pueden cargarse todos de una vez al recipiente de reacción, o pueden añadirse continuamente o intermitentemente a lo largo del período de la reacción. La polimerización puede realizarse en un recipiente de reacción libre de oxígeno a de 0 a 80ºC con cambio de temperatura, condición de agitación o similares, según se desee durante la reacción. La polimerización puede ser de un sistema continuo o un sistema discontinuo.
El caucho copolímero de dieno conjugado/vinilo aromático en la invención no está particularmente restringido con tal de que sea un caucho que comprenda un monómero que forma una unidad de monómero de dieno conjugado y un monómero que forma una unidad de monómero de vinilo aromático. Como el monómero que forma la unidad de monómero de dieno conjugado, puede usarse el monómero que forma la unidad de monómero (b1) mencionado anteriormente, y como el monómero que forma la unidad de monómero de vinilo aromático, puede usarse el monómero que forma la unidad de monómero (b2) mencionado anteriormente. El contenido de la unidad de monómero de vinilo aromático en el caucho copolímero de dieno conjugado/vinilo aromático es preferiblemente de 20 a 50% en peso y especialmente de 22 a 48% en peso.
Además, puede usarse como una opción un monómero insaturado polimerizable que es copolimerizable con estos monómeros. Como monómero insaturado polimerizable puede usarse (met)acrilonitrilo, cianuro de vinilideno, cloruro de vinilo, cloruro de vinilideno, (met)acrilamida, maleimida, (met)acrilato de metilo, (met)acrilato de etilo, (met)acrilato de n-propilo, (met)acrilato isopropilo, (met)acrilato de n-butilo, (met)acrilato de isobutilo, (met)acrilato de sec-butilo, (met)acrilato de terc-butilo, (met)acrilato de n-amilo, (met)acrilato de n-hexilo, (met)acrilato de 2-etilhexilo, (met)acrilato de ciclohexilo y similares. Cualquiera de estos monómeros puede usarse solo o en combinación de dos o más.
El caucho copolímero de dieno conjugado/vinilo aromático puede ser un caucho copolímero de dieno conjugado/vinilo aromático en el que al menos un grupo funcional seleccionado del grupo que consiste en un grupo carboxílico, un grupo amino, un grupo hidroxilo, un grupo epoxi y un grupo alcoxisililo se introduce en su molécula. Esto puede incrementar la afinidad entre una carga inorgánica y el caucho copolímero de dieno conjugado/vinilo aromático. El grupo funcional puede ser el mismo tipo que el introducido en la partícula de caucho reticulado, o pueden ser diferentes entre sí. Estos grupos funcionales pueden introducirse usando un monómero insaturado polimerizable que tenga un grupo funcional y sea copolimerizable con el monómero descrito anteriormente.
En caso de que se emplee un caucho copolímero de dieno conjugado/vinilo aromático con un grupo funcional introducido usando el monómero que contiene un grupo funcional descrito anteriormente, el contenido de la unidad de monómero que contiene un grupo funcional es preferiblemente de 0,1 a 30% en peso con respecto al total del componente de caucho. Si el contenido de cualquiera de estas unidades de monómero es menor que 0,1% en peso, es difícil obtener un efecto de introducción de un grupo funcional. Y el contenido que supera 30% en peso da como resultado una fuerte interacción entre un caucho copolímero de dieno conjugado/vinilo aromático y una sílice, lo que puede conducir a la reducción en la capacidad de procesamiento.
En el caso de que la partícula de caucho reticulado sea una cuyo contenido de la unidad de monómero de vinilo aromático (b2) descrita anteriormente es cero, y la unidad de monómero (b4) sea una unidad de monómero formada por un monómero que tiene un grupo insaturado polimerizable y al menos un grupo funcional seleccionado del grupo que consiste en un grupo hidroxilo y un grupo epoxi, un grupo funcional introducido en el caucho copolímero de dieno conjugado/vinilo aromático descrito anteriormente es al menos uno seleccionado de grupo que consiste en un grupo carboxílico (CO_{2}H y/o CO_{2}^{-}), un grupo amino, un grupo hidroxilo, un grupo epoxi y un grupo alcoxisililo, se prefieren un grupo hidroxilo y/o un grupo epoxi.
Como un monómero que tiene un grupo insaturado polimerizable y al menos un grupo funcional seleccionado del grupo que consiste en un grupo carboxílico (CO_{2}H y/o CO_{2}^{-}), un grupo amino, un grupo hidroxilo, un grupo epoxi y un grupo alcoxisililo, puede usarse un monómero que tiene el mismo tipo de grupo carboxílico, grupo hidroxilo o grupo epoxi que para la producción en la partícula de caucho reticulado descrita anteriormente, y puede usarse un monómero que tiene un grupo amino o un grupo alcoxisililo.
Como un monómero que forma la unidad de monómero que tiene un grupo insaturado polimerizable y un grupo amino, un monómero que contiene un grupo amino terciario es preferible y pueden mencionarse
\ding{192} (met)acrilatos de dialquilaminoalquilo tales como (met)acrilato de dimetilaminometilo, (met)acrilato de dietilaminometilo, (met)acrilato de 2-dimetilaminoetilo, (met)acrilato de 2-dietilaminoetilo, (met)acrilato de 2-dimetilaminoetilo, (met)acrilato de 2-dietilaminoetilo, (met)acrilato de 2-(di-n-propilamino)etilo, (met)acrilato de 2-dimetilaminopropilo, (met)acrilato de 2-dietilaminopropilo, (met)acrilato de 2-(di-n-propilamino)propilo, (met)acrilato de 3-dimetilaminopropilo, (met)acrilato de 3-dietilaminopropilo, (met)acrilato de 3-(di-n-propilamino)propilo y
similares,
\ding{193} Amidas insaturadas que contienen un grupo N-dialquilaminoalquilo tales como N-dimetilaminometil(met)acrilamida, N-dietilaminometil(met)acrilamida, N-(2-dimetilaminoetil)(met)acrilamida, N-(2-dietilaminoetil)(met)acrilamida, N-(2-dimetilaminopropil)(met)acrilamida, N-(2-dietilaminopropil)(met)acrilamida, N-(3-dimetilaminopropil)
(met)acrilamida, N-(3-dietilaminopropil)(met)acrilamida y similares,
\ding{194} Compuestos de vinilo aromático que contienen un grupo amino terciario, tales como N,N-dimetil-p-aminoestireno, N,N-dietil-p-aminoestireno, dimetil(p-vinilbencil)amina, dietil(p-vinilbencil)amina, dimetil(p-vinilfenetil)amina, dietil(p-vinilfenetil)amina, dimetil(p-vinilbenciloximetil)amina, dimetil[2-(p-vinilbenciloxi)etil]amina, dietil(p-vinilbenciloximetil)amina, dietil[2-(p-vinilbenciloxi)etil]amina, dimetil(p-vinilfenetiloximetil)amina, dimetil[2-(p-vinilfenetiloxi)etil]amina, dietil(p-vinilfenetiloximetil)amina, dietil[2-(p-vinilfenetiloxi)etil]amina, 2-vinilpiridina, 3-vinilpiridina, 4-vinilpiridina y similares.
Entre los listados anteriormente, se prefieren los (met)acrilatos de dialquilaminoalquilo y compuestos de vinilo aromático que contienen grupo amino terciario.
Como un monómero que forma la unidad de monómero que tiene un grupo insaturado polimerizable y un grupo alcoxisililo pueden mencionarse (met)acriloximetiltrimetoxisilano, (met)acriloximetilmetildimetoxisilano, (met)acriloximetildimetilmetoxisilano, (met)acriloximetiltrietoxisilano, (met)acriloximetilmetildietoxisilano, (met)acriloximetildimetiletoxisilano, (met)acriloximetiltripropoxisilano, (met)acriloximetilmetildipropoxisilano, (met)acriloximetildimetilpropoxisilano, \gamma-(met)acriloxipropiltrimetoxisilano, \gamma-(met)acriloxipropilmetildimetoxisilano, \gamma-(met)acriloxipropildimetilmetoxisilano, \gamma-(met)acriloxipropiltrietoxisilano, \gamma-(met)acriloxipropilmetildietoxisilano, \gamma-(met)acriloxipropildimetiletoxisilano, \gamma-(met)acriloxipropiltripropoxisilano, \gamma-(met)acriloxipropilmetildipropoxisilano, \gamma-(met)acriloxipropildimetilpropoxisilano, \gamma-(met)acriloxipropilmetildifenoxisilano, \gamma-(met)acriloxipropildimetilfenoxisilano, \gamma-(met)acriloxipropilmetildibenciloxisilano, \gamma-(met)acriloxipropildimetilfenoxisilano y similares.
Cualquiera de los monómeros que tienen estos grupos funcionales puede usarse solo o en combinación de dos o más, y monómeros que tienen grupos funcionales diferentes pueden usarse en combinación.
El caucho copolímero de dieno conjugado/vinilo aromático de acuerdo con la invención puede ser un caucho copolímero de estireno-butadieno y similares. El contenido de enlaces vinilo en la unidad de dieno conjugado del caucho copolímero de dieno conjugado/vinilo aromático es preferiblemente de 10 a 30% en peso, más preferiblemente de 12 a 25% en peso, y el contenido de enlaces 1,4-trans preferiblemente supera 55% en peso, más preferiblemente supera 60% en peso. El límite superior es habitualmente aproximadamente 85% en peso. Si el contenido de enlace vinílico se incrementa, puede reducirse la resistencia a los impactos y la resistencia al desgaste del caucho vulcanizado. Por otra parte, si el contenido de enlaces 1,4-trans es pequeño, la resistencia a la tracción se reduce. Ajustando una microestructura dentro del intervalo especificado anteriormente, puede obtenerse un caucho vulcanizado que es excelente en estas características.
En la invención, el contenido de la unidad de dieno conjugado que constituye el caucho copolímero de dieno conjugado/vinilo aromático es aproximadamente de 50 a 80% en peso, particularmente de 55 a 80% en peso. Y el contenido de la unidad de monómero de vinilo aromático es preferiblemente de 20 a 50% en peso, particularmente de 20 a 45% en peso.
En caso de que el caucho copolímero de dieno conjugado/vinilo aromático sea el que tiene grupos funcionales introducidos en el mismo, el contenido de la unidad de dieno conjugado que constituye el caucho copolímero de dieno conjugado/vinilo aromático es preferiblemente de 40 a 79,9% en peso, particularmente de 50 a 77,9% en peso, y el contenido de la unidad de monómero de vinilo aromático es preferiblemente de 20 a 50% en peso, particularmente de 20 a 45% en peso.
Si el contenido de la unidad de monómero de vinilo aromático es pequeño, puede reducirse la resistencia al derrape en húmedo y la resistencia al desgaste del caucho vulcanizado. Por otra parte, si el contenido es grande, la resiliencia frente a los impactos del caucho vulcanizado se reduce y el valor de tan \delta del caucho vulcanizado a 50ºC tiende a ser mayor. Ajustando el contenido de la unidad de monómero de vinilo aromático dentro del intervalo especificado anteriormente, puede obtenerse una composición de caucho que es excelente en estas características físicas.
El caucho copolímero de dieno conjugado/vinilo aromático es un caucho con un contenido insoluble en tolueno preferible de 30% en peso o menos, determinado sumergiendo 1 g del caucho copolímero en 100 ml de tolueno durante 24 horas a temperatura ambiente y a continuación midiendo el peso de una porción sólida en el filtrado obtenido filtrando con una malla de alambre de tamaño de malla 100, y con un peso molecular medio en peso preferible de 100.000 a 2.000.000, según se mide mediante GPC (cromatografía de penetración en gel) en términos de poliestireno.
En la invención, el caucho copolímero de dieno conjugado/vinilo aromático descrito anteriormente puede producirse mediante polimerización en emulsión o polimerización en suspensión. El método de polimerización no está particularmente limitado y se prefiere la polimerización en emulsión.
La composición de caucho en la invención puede ser una en la que se añada el otro componente de caucho. Un caucho basado en dieno se usa preferiblemente como el componente de caucho y puede usarse caucho natural, caucho de isopreno, caucho copolímero de estireno-butadieno, caucho de butadieno, caucho butílico, caucho de copolímero terciario de etileno-propileno-dieno, y similares. Entre estos cauchos, el caucho natural, el caucho copolímero de estireno-butadieno y el caucho de butadieno son preferibles en vista de la caracterización física de una composición de caucho no vulcanizado o una composición de caucho vulcanizado obtenida y la facilidad para llevar a cabo la adquisición de un caucho en bruto.
Una carga se incorpora habitualmente en la composición de caucho de la presente invención. La carga no está particularmente restringida, puede usarse una sílice, una carga inorgánica que consiste en un compuesto inorgánico como el representado por la fórmula (I), negro de carbono, carga en fase doble de negro de carbono-sílice y similares.
(I)mM_{1} \cdot xSiO_{y} \cdot zH_{2}O
[En la fórmula (I), M_{1} es al menos uno seleccionado del grupo que consiste en Al, Mg, Ti y Ca; cualquier óxido de uno cualquiera de los metales; o cualquier hidróxido de uno cualquiera de los metales; y m, x, y y z son números enteros de 1 a 5, 0 a 10, 2 a 5 y 0 a 10, respectivamente].
Una composición de caucho con una carga inorgánica de refuerzo incorporada muestra un efecto notable de la invención.
Ejemplos de los compuestos inorgánicos de fórmula (I) incluyen monohidrato de alúmina (Al_{2}O_{3}\cdotH_{2}O), hidróxido de aluminio [Al(OH)_{3}] tal como gibsita y bayerita, hidróxido de magnesio [Mg(OH)_{2}], óxido de magnesio (MgO), talco (3MgO\cdot4SiO_{2}\cdotH_{2}O), atapulgita (5MgO\cdot8SiO_{2}\cdot9H_{2}O), blanco de titanio (TiO_{2}), negro de titanio (TiO_{2n-1}), óxido cálcico (CaO), hidróxido cálcico [Ca(OH)_{2}], óxido de magnesio y aluminio (MgO\cdotAl_{2}O_{3}), arcilla (Al_{2}O_{3}\cdot2SiO_{2}), caolín (Al_{2}O_{3}\cdot2SiO_{2}\cdot2H_{2}O), pirofilita (Al_{2}O_{3}\cdot4SiO_{2}\cdotH_{2}O), bentonita (Al_{2}O_{3}\cdot4SiO_{2}\cdot2H_{2}O), silicato de aluminio (por ejemplo, Al_{2}SiO_{5}, Al_{4}\cdot3SiO_{4}\cdot5H_{2}O), silicato magnésico (por ejemplo, Mg_{2}SiO_{4}, MgSiO_{3}), silicato cálcico (Ca_{2}\cdotSiO_{4}), silicato de calcio y aluminio (por ejemplo, Al_{2}O_{3}\cdotCaO\cdot2SiO_{2}) y silicato de calcio y magnesio (CaMgSiO_{4}), silicato de aluminio cristalino que contiene hidrógeno que corrige una carga tal como una variedad de zeolita, metal alcalino o metal alcalinotérreo y similares. El "M" es preferiblemente aluminio. Tamaños de partícula de estos compuestos inorgánicos son preferiblemente 10 \mum o menos, más preferiblemente 3 \mum o menos. Usar un compuesto inorgánico cuyo tamaño de partícula es 10 \mum o menos conduce a buenas propiedades frente a la fractura y excelente resistencia al desgaste del caucho vulcanizado.
Entre la carga de refuerzo descrita anteriormente, se prefiere sílice, hidróxido de aluminio, negro de carbono y carga en fase doble de negro de carbono-sílice.
La sílice usada puede ser una sílice usada comúnmente como un aditivo de refuerzo blanco para caucho sintético. Aunque el tipo de sílice no está particularmente limitado, pueden emplearse un carbono blanco de tipo de procesamiento en húmedo (una sílice precipitada descrita en JP-A-62-62838), un carbono blanco de tipo de procesamiento en seco, una sílice coloidal y similares. Entre los listados anteriormente, se prefiere particularmente un carbono blanco de tipo de procesamiento en húmedo cuyo componente principal es hidrato silícico. Cualquiera de estos compuestos basados en sílice puede emplearse solo o en combinación de dos o más. Aunque la superficie específica de la sílice no está particularmente limitada, una superficie específica por absorción de nitrógeno (área determinada por el método de BET de acuerdo con ASTM D3037-81) es preferiblemente de 50 a 400 m^{2}/g, más preferiblemente de 50 a 220 m^{2}/g, lo más preferiblemente de 70 a 220 m^{2}/g, con el propósito de alcanzar una mejora suficiente en el funcionamiento de refuerzos, la resistencia al desgaste, el comportamiento exotérmico y similares.
Aunque el tipo de un negro de carbono y similares no está particularmente limitado, los que pueden emplearse son un negro de horno, un negro de acetileno, un negro térmico, un negro de humo, un grafito y similares. Entre los listados anteriormente, se prefiere un negro de horno tal como SAF, ISAF, ISAF-HS, ISAF-LS, IISAF-HS, HAF, HAF-HS, HAF-LS, FEF y similares. Cualquiera de estos negros de carbono puede emplearse solo o en combinación de dos o más.
Aunque la superficie específica por absorción de nitrógeno de un negro de carbono determinada de forma similar a una sílice no está particularmente limitada, es preferiblemente de 5 a 200 m^{2}/g, más preferiblemente de 50 a 150 m^{2}/g, lo más preferiblemente de 80 a 130 m^{2}/g, con el propósito de alcanzar una mejora suficiente en la resistencia a la tracción y la resistencia al desgaste de un caucho vulcanizado y similares. Aunque el nivel de absorción DBP del negro de carbono tampoco está particularmente limitado, es de 5 a 300 ml/100 g, preferiblemente de 5 a 200 ml/100 g, más preferiblemente de 80 a 160 ml/100 g, con el propósito de una mejora suficiente en la resistencia a la tracción y la resistencia al desgaste y similares. Una mejora adicional en la resistencia al desgaste puede alcanzarse usando como negro de carbono un negro de carbono de alta estructura descrito en JP-A-5-230290, cuya superficie específica por absorción de bromuro de cetiltrimetilamonio es de 110 a 170 m^{2}/g y cuyo nivel de absorción de aceite DBP (24M4DBP) después de comprimir bajo 165 MPa y cuatro veces repetitivamente es de 110 a 130 ml/100 g.
El contenido de la carga de refuerzo es preferiblemente de 20 a 200 partes, especialmente de 30 a 180 partes, más especialmente de 30 a 150 partes, con respecto a 100 partes del total de la partícula de caucho reticulado y el caucho copolímero del dieno conjugado-vinilo aromático. Poco contenido de la carga de refuerzo conduce a un efecto de refuerzo insuficiente, dando como resultado una resistencia a la tracción problemáticamente reducida y similares. Por otra parte, mucho contenido conduce a una capacidad de trabajo reducida. Ajustando el contenido en el intervalo descrito anteriormente, puede obtenerse una composición de caucho cuya capacidad de trabajo en estado no vulcanizado es excelente y cuya caracterización física en la vulcanización es excelente.
La composición de caucho de la invención también puede contener los otros diversos componentes mencionados posteriormente además de la carga.
También puede incorporarse un aceite de extensión tal como aceites de procesamiento basados en compuestos aromáticos, aceites de procesamiento basados en parafinas y otros aceites combinados basados en petróleo. Se prefieren como el aceite de extensión aceites de procesamiento basados en compuestos aromáticos y basados en naftaleno. La cantidad del aceite de extensión que ha de incorporarse es preferiblemente 100 partes o menos, más preferiblemente 80 partes o menos, lo más preferiblemente 70 partes o menos, con respecto a 100 partes de contenido de sólidos del componente de caucho. Si el contenido supera 100 partes, la viscosidad de la composición de caucho puede reducirse.
Como un acelerador de la vulcanización pueden usarse los basados en aldehído-amoníaco, los basados en guanidina, los basados en tiourea, los basados en tiazol y los basados en ácidos ditiocarbámicos, y estos se usan preferiblemente en de 0,5 a 15 partes y especialmente de 1 a 10 partes con respecto a 100 partes del total de la partícula de caucho reticulado, el caucho copolímero de dieno conjugado/vinilo aromático y el otro componente de caucho. Además, el azufre es representativo como un agente vulcanizante, pero también puede usarse un compuesto que contiene azufre, peróxido y similares. El agente vulcanizante, tal como azufre, un compuesto que contiene azufre, un peróxido y similares, se usa habitualmente como el contenido de azufre, a de 0,5 a 10 partes y preferiblemente de 1 a 6 partes con respecto a 100 partes como el total de la partícula de caucho reticulado, el caucho copolímero de dieno conjugado-vinilo aromático y el otro componente de caucho.
Además, también pueden incorporarse cantidades apropiadas de un agente de acoplamiento de silano, un adyuvante de la vulcanización, un agente antienvejecimiento, un adyuvante de trabajo, un reblandecedor, una carga inorgánica tal como óxido de zinc, carbonato cálcico y carbonato magnésico y similares.
La composición de caucho de la presente invención y los productos de caucho que la emplean pueden fabricarse del siguiente modo.
En primer lugar, una partícula de caucho reticulado, un caucho copolímero de dieno conjugado/vinilo aromático, el otro componente de caucho, una carga inorgánica, una carga de refuerzo, un reblandecedor y otros aditivos se amasan a una temperatura en el intervalo de 70 a 180ºC usando una máquina amasadora tal como un mezclador Banbury. El producto amasado se enfría a continuación, el agente vulcanizante, tal como azufre, y los aceleradores de la vulcanización se añaden usando un mezclador Banbury o un rodillo de mezcladura y la mezcla se moldea en la conformación deseada. Esto es seguido por vulcanización a una temperatura en el intervalo de 140 a 180ºC para obtener el caucho vulcanizado deseado como el producto de caucho.
Un caucho vulcanizado obtenido usando la composición de caucho de acuerdo con la presente invención exhibe excelentes resistencia al derrape en húmedo, resistencia a la tracción, resistencia a los impactos y similares. También tiene capacidad de procesamiento satisfactoria y por lo tanto la composición de caucho es útil como una composición de caucho para neumáticos, y es particularmente adecuada para bandas de rodadura de neumáticos.
Un neumático obtenido usando la composición de caucho de la presente invención como su banda de rodadura es excelente en kilometraje, estabilidad de dirección, propiedades de fractura y resistencia al desgaste. Y la composición de caucho da una alta capacidad de producción debido a una capacidad de procesamiento satisfactoria.
Un neumático de acuerdo con la invención se produce mediante un método estándar. Así, una composición de caucho complementada, si es necesario, con diversos agentes según se describe anteriormente se extruye según está sin vulcanizar como una parte de banda de rodadura, se fija a un molde para neumáticos mediante un método estándar para formar un neumático en bruto, que a continuación se presuriza con calentamiento en una máquina de vulcanización, obteniendo de ese modo un neumático de acuerdo con la invención.
No solo aire sino también un gas inerte tal como nitrógeno puede usarse como un gas en el neumático de acuerdo con la invención.
Modalidades preferidas de la invención
La presente invención se explicará ahora con más detalle mediante ejemplos, que no debe considerarse que limiten el alcance de la presente invención.
[1] Producción de una partícula de caucho reticulado
Un recipiente de polimerización se cargó con 200 partes de agua, 4,5 partes de jabón ácido de colofonia y monómeros con la composición listada en la Tabla 1 (las unidades en la Tabla 1 son "partes"). La temperatura del recipiente de polimerización se fijó a continuación hasta 5ºC y, después de añadir 0,1 partes de hidroperóxido de p-mentano como un iniciador de la polimerización por radicales, 0,07 partes de etilendiaminotetraacetato sódico, 0,05 partes de heptahidrato de sulfato ferroso y 0,15 partes de formaldehidosulfoxilato sódico y efectuar la polimerización durante 12 horas, se obtuvieron emulsiones que contenían partículas que comprenden caucho reticulado 1 a 11. La velocidad de conversión de polimerización era aproximadamente 100%.
A continuación, se añadió aceite aromático a la emulsión a 37,5 partes para 100 partes de contenido de sólidos de la partícula de caucho reticulado, y, después de coagular esta usando ácido sulfúrico y sal y formar un grumo, se secó con un secador de aire caliente para obtener partículas que comprendían caucho reticulado 1a a 11a que contenían el aceite aromático (denominada aquí en lo sucesivo partícula que constituye el caucho reticulado que contiene aceite aromático).
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\dotable{\tabskip\tabcolsep#\hfil\tabskip0ptplus1fil\dddarstrut\cr}{
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[2] Producción de un caucho copolímero de dieno conjugado/vinilo aromático
Un recipiente de polimerización se cargó con 200 partes de agua, 4,5 partes de jabón ácido de colofonia y monómeros con las composiciones listadas en las Tablas 2 y 3 (las unidades en las Tablas 2 y 3 son "partes"). La temperatura del recipiente de polimerización se fijó a continuación hasta 5ºC y a continuación se añadieron antes de la polimerización 0,1 partes de hidroperóxido de p-mentano como un iniciador de la polimerización por radicales, 0,07 partes de etilendiaminotetraacetato sódico, 0,05 partes de heptahidrato de sulfato ferroso y 0,15 partes de formaldehidosulfoxilato sódico. Cuando la velocidad de conversión por polimerización alcanzaba aproximadamente 60%, se añadió dietilhidroxilamina para suspender la polimerización, después de lo cual el monómero sin reaccionar se recuperaba mediante separación por arrastre con vapor de agua para obtener una emulsión que contenía cauchos basados en dieno conjugado 1 a 11.
A continuación, se añadió aceite aromático a la emulsión a 37,5 partes para 100 partes del caucho copolímero de dieno conjugado/vinilo aromático y, después de coagular esta usando ácido sulfúrico y sal y formar un grumo, se secó con un secador de aire caliente para obtener cauchos copolímeros de dieno conjugado/vinilo aromático 1b a 10b que contienen el aceite aromático.
El peso molecular medio en peso de los cauchos copolímeros de dieno conjugado/vinilo aromático se midió mediante GPC en términos de poliestireno estándar.
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(Tabla pasa a página siguiente)
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3
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[3] Combinación en húmedo de la partícula de caucho reticulado y el caucho copolímero de dieno conjugado/vinilo aromático
La emulsión que contiene la partícula de caucho reticulado y la emulsión que contiene el caucho copolímero de dieno conjugado/vinilo aromático se mezclaron en las relaciones en peso de porciones sólidas mostradas en la Tabla 4 para obtener cauchos combinados números 1 a 12. Después de añadir a continuación 37,5 partes de aceite aromático para 100 partes de sólido de la partícula que comprende el caucho reticulado y el caucho copolímero de dieno conjugado/vinilo aromático en cada una de las emulsiones combinadas y agregarlas usando ácido sulfúrico y sal y formar un grumo, se secaron con un secador de aire caliente para obtener cauchos combinados en húmedo 1c a 11c que contienen aceite aromático. Esta combinación en húmedo permite una combinación más uniforme de las partículas que comprenden el caucho reticulado y el caucho copolímero de dieno conjugado/vinilo aromático que mediante combinación en seco.
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TABLA 4
4
[4] Preparación y estimación de la composición de caucho y el caucho vulcanizado
Las partículas de caucho reticulado que contienen aceite aromático 1a a 11a y los cauchos copolímeros de dieno conjugado/vinilo aromático que contienen aceite aromático 1b a 10b obtenidos en lo descrito anteriormente se usaron para obtener composiciones de caucho amasando con Labo Plastomill (producto de Toyo Seiki Co., Ltd.) usando las formulaciones listadas en las Tablas 5 a 8. El número de la columna "partícula de caucho reticulado" en cada Tabla significa el contenido de caucho contenido en la partícula de caucho reticulado que contiene aceite aromático y el número de la columna "caucho copolímero de dieno conjugado/vinilo aromático" significa el contenido de caucho contenido en el caucho copolímero de dieno conjugado/vinilo aromático que contiene aceite aromático. El número de la columna "contenido de aceite aromático contenido" significa el contenido total del contenido de aceite aromático contenido en la partícula de caucho reticulado que contiene aceite aromático y el contenido de aceite aromático contenido en el caucho copolímero de dieno conjugado/vinilo aromático que contiene aceite aromático. Después de esto, se usó a continuación una prensa de vulcanización para la vulcanización a 160ºC durante 20 minutos para obtener cauchos vulcanizados (Ejemplos 1 a 26; el Ejemplo 1 es un ejemplo de referencia fuera del alcance de la invención). Los cauchos combinados en húmedo que contienen aceite aromático 1c a 11c y el caucho combinado en húmedo que no contiene aceite aromático 12 se usaron para obtener composiciones de caucho de forma similar a las descritas anteriormente, vulcanizándolas para obtener cauchos vulcanizados (Ejemplos 27 a 41; el Ejemplo 30 es un ejemplo de referencia fuera del alance de la invención) de la misma manera. Además, usando solo el caucho copolímero de dieno conjugado/vinilo aromático que contiene aceite aromático pero no la partícula de caucho reticulado que contiene aceite aromático ni el caucho combinado en húmedo que contiene aceite aromático, se obtenía composiciones de caucho de la misma manera mostrada en la Tabla 9, 10, 12 y 13, y a continuación se vulcanizaban hasta caucho vulcanizado (Ejemplos comparativos 1 a 13). El Ejemplo 41 y el Ejemplo comparativo 13 son aquellos en los que 10 partes del aceite aromático se añadían al caucho no extendido prescrito. En la Tabla 13, se usaron caucho natural y caucho de butadieno (JSR Corp., Nombre Comercial: "JSR BR01") como el otro componente de caucho, excepto la partícula de caucho reticulado que contiene aceite aromático y el caucho copolímero de dieno conjugado/vinilo aromático que contiene aceite aromático.
Las propiedades de las composiciones de caucho y los cauchos vulcanizados de los Ejemplos 1 a 40 y los Ejemplos comparativos 1 a 12 se midieron a continuación. Los resultados se muestran en las Tablas 5 a 13.
Los componentes incorporados en las formulaciones descritas anteriormente eran como sigue.
(i)
Sílice; NIPPON SILICA INDUSTRIAL Co., Ltd., Nombre comercial: "NIPSIL AQ"
(ii)
Hidróxido de aluminio; Showa Denko K. K., Nombre comercial: "HIGILITE H-43"
(iii)
Negro de carbono; MITSUBISHI CHEMICAL Co., Ltd., Nombre comercial: "DIABLACK N220"
(iv)
Agente de acoplamiento de silano; DEGUSSA HULS, Nombre comercial: "Si69"
(v)
Agente antienvejecimiento; OUCHISHINKO CHEMICAL INDUSTRIAL CO., LTD., Nombre comercial: "NOCRAC 810NA"
(vi)
Acelerador de la vulcanización (I); OUCHISHINKO CHEMICAL INDUSTRIAL CO., LTD., Nombre comercial: "NOCCELER CZ"
(vii)
Acelerador de la vulcanización (II); OUCHISHINKO CHEMICAL INDUSTRIAL CO., LTD., Nombre comercial: "NOCCELER D"
Los contenidos unidos de los monómeros y las propiedades se midieron mediante los siguientes métodos.
(a)
Contenido de estireno unido (% en peso): Determinado a partir de una curva de calibración preparada mediante espectrometría de absorción de infrarrojos.
(b)
Contenido de enlaces vinilo y contenido de enlaces 1,4-trans de la unidad de butadieno (% en peso): Determinados mediante espectrometría de absorción de infrarrojos (método de Morello).
(c)
Contenido de monómero que contiene un grupo carboxílico unido (% en peso): Se llevó a cabo dos veces un procedimiento de disolución del caucho en tolueno y reprecipitación con metanol y, a continuación, después de la purificación y el secado a vacío, el caucho reprecipitado se disolvió en cloroformo y el contenido de uniones de monómero se determinó mediante valoración por neutralización.
(d)
Contenido de monómero que contiene un grupo amino unido (% en peso): Se llevó a cabo dos veces un procedimiento de disolución del caucho en tolueno y reprecipitación con metanol y, a continuación, después de la purificación y el secado a vacío, se realizó un análisis elemental sobre el caucho precipitado y se calculó el contenido de nitrógeno.
(e)
Contenido de monómero que contiene un grupo hidroxilo unido (% en peso): Se llevó a cabo dos veces un procedimiento de disolución del caucho en tolueno y reprecipitación con metanol y, a continuación, después de la purificación y el secado a vacío, se realizó la medida sobre el caucho precipitado usando ^{1}H-NMR a 270 MHz.
(f)
Contenido de monómero que contiene un grupo epoxi unido (% en peso): Se llevó a cabo dos veces un procedimiento de disolución del caucho en tolueno y reprecipitación con metanol y, a continuación, después de la purificación y el secado a vacío, la medida se realizó sobre el caucho precipitado mediante valoración de acuerdo con el método de Jay [R.R. Jay; Anal. Chem., 36, 667(1964)].
(g)
Contenido de monómero que contiene un grupo alcoxisililo unido (% en peso): Se llevó a cabo dos veces un procedimiento de disolución del caucho en tolueno y reprecipitación con metanol y, a continuación, después de la purificación y el secado a vacío, la medida se realizó sobre el caucho precipitado usando ^{1}H-NMR 270 MHz.
(h)
Capacidad de procesamiento: Una composición de caucho se evaluó basándose en su arrollamiento alrededor de un rodillo al amasar usando el rodillo. Los criterios de evaluación se muestran posteriormente.
\circoncentricos:
Excelente sin separación de la superficie del rodillo.
\medcirc:
Satisfactorio con separación ligera.
\Delta:
Escaso arrollamiento con separación frecuente.
\times:
Extremadamente pobre casi sin arrollamiento.
(i)
Contracción de una lámina de caucho no vulcanizado: La evaluación se basó en el grado de contracción de una lámina de caucho no vulcanizado después de amasar una composición de caucho mediante un rodillo y también se basaba en el estado superficial cuando se determinaba visualmente. Los criterios de evaluación se muestran posteriormente.
\circoncentricos:
Excelente con contracción extremadamente baja, superficie lisa y brillante de una lámina de caucho no vulcanizado.
\medcirc:
Satisfactorio con ligera contracción y superficie lisa de una lámina de caucho no vulcanizado.
\Delta:
Escaso con contracción.
\times:
Extremadamente pobre con contracción extremadamente alta y agrietamiento en el borde de la lámina de caucho no vulcanizado.
(j)
Viscosidad de Mooney [ML_{1+4} (100ºC)]: Esto se midió de acuerdo con JIS K 6300-1994, bajo condiciones con una temperatura de medida de 100ºC, 1 minuto de precalentamiento y 4 minutos de medida.
(k)
Propiedades de tracción: La elongación en el momento de la rotura (%) y la resistencia a la tracción (MPa) se midieron de acuerdo con JIS K 6301-1995 usando una muestra de pieza de prueba Nº 3 bajo condiciones con una temperatura de medida de 25ºC y una velocidad de arrastre de 500 mm/min.
(l)
Resistencia frente a los impactos: Esta se midió a 50ºC usando un tripsómetro de Dunlop.
(m)
tan\delta: Esta se midió usando un Analizador Dinámico (RDA) de Rheometrix (EE.UU.) bajo condiciones con deformación dinámica de 3%, una frecuencia de 10 Hz y una temperatura de medida de 50ºC. Un valor menor indica menor resistencia a la rodadura y por lo tanto es más satisfactorio.
(n)
Índice de desgaste de Lambourn. Se usó un medidor del desgaste de Lambourn y se calculó el grado de desgaste con una velocidad de deslizamiento de 60%. La temperatura de medida era 50ºC. Un índice mayor implica una resistencia al desgaste más satisfactoria.
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\newpage
\dotable{\tabskip\tabcolsep#\hfil\+#\hfil\tabskip0ptplus1fil\dddarstrut\cr}{
\+\cr
\+\cr}
13
\newpage
Resultado del examen
De acuerdo con los resultados de las Tablas, 5, 6, 7, 8, 11 y 12, las composiciones de caucho de los Ejemplos 1-38 mostraban todas excelencia en la capacidad de procesamiento y la estabilidad dimensional, y sus cauchos vulcanizados mostraban propiedades satisfactorias. Puesto que la resiliencia frente a los impactos era especialmente alta y la tan \delta era especialmente pequeña, la resistencia a la rodadura puede reducirse cuando estas se usan en neumáticos. El índice de desgaste de Lambourn también era adecuadamente grande, demostrando que pueden obtenerse cauchos vulcanizados que tienen una excelente resistencia al desgaste. Incluso las muestras que no contenían agente de acoplamiento de silano mostraban una excelente caracterización de la composición de caucho no vulcanizado y el caucho vulcanizado. Comparando el Ejemplo 1 y el Ejemplo comparativo 2 cuyas cantidades de ambos agentes de acoplamiento de silano incorporados son 3 partes, el índice de desgaste de Lambourn del Ejemplo comparativo 1 es 88, pero el del Ejemplo 1 es 101 y el Ejemplo 1 está muy mejorado. Y de acuerdo con el resultado (Ejemplos 39 y 40) de la Tabla 13, incluso si se usaba un caucho basado en dieno además de la partícula de caucho reticulado y el caucho copolímero de dieno conjugado/vinilo aromático, se encontraba que las composiciones de caucho son excelentes en capacidad de procesamiento y estabilidad dimensional, y se obtienen cauchos vulcanizados buenos en resistencia a los impactos e índice de desgaste de Lambourn.
Por otra parte, de acuerdo con los resultados de las Tablas 9 y 10 (Ejemplos comparativos 1 a 9), la Tabla 12 (Ejemplo comparativo 10) y la Tabla 13 (Ejemplos comparativos 1 y 11), los ejemplos, excepto el Ejemplo comparativo 1, son escasos en capacidad de procesamiento, los ejemplos, excepto los Ejemplos comparativos 6, 7, 11 y 12, son pobres en resiliencia frente a los impactos y todos los ejemplos comparativos también son pobres en tan \delta e índice de desgaste de Lambourn y conducen a cauchos vulcanizados no bien equilibrados en toda la caracterización. Por lo tanto, se concluye que las composiciones de caucho de los ejemplos comparativos no pueden dar cauchos vulcanizados útiles para neumáticos que tengan buena resistencia de rodadura y propiedades excelentes y estables incluyendo la resistencia al desgaste.
Efecto de la invención
La composición de caucho de la presente invención muestra buena capacidad de procesamiento y elabora un caucho vulcanizado cuya resistencia a la rodadura es baja y cuya resistencia al derrape en húmedo y resistencia al desgaste son excelentes, que por lo tanto es útil para neumáticos.

Claims (11)

1. Una composición de caucho caracterizada porque comprende [1B] una partícula de caucho reticulado que contiene, como unidades repetitivas, (b1) de 40 a 99,89% en peso de una unidad de monómero de dieno conjugado, (b2) de 0 a 50% en peso de una unidad de monómero de vinilo aromático, (b3) de 0,01 a 10% en peso de una unidad de monómero formada por un monómero que tiene al menos dos grupos insaturados polimerizables y (b4) de 0,1 a 30% en peso de una unidad de monómero formada por un monómero que tiene un grupo insaturado polimerizable y al menos un grupo funcional seleccionado del grupo que consiste en un grupo carboxílico (CO_{2}H y/o CO_{2}^{-}), un grupo hidroxilo y un grupo epoxi con respecto a 100% en peso del total de (b1), (b2), (b3) y (b4), y [2B] un caucho copolímero de dieno conjugado/vinilo aromático en el que el contenido de enlaces vinilo de la unidad de dieno conjugado es de 10 a 30% en peso y el contenido de enlaces 1,4-trans supera 55% en peso.
2. La composición de caucho de acuerdo con la reivindicación 1, en la que el contenido de dicha unidad de monómero de dieno conjugado (b1) es de 40 a 79,89% en peso, el contenido de dicha unidad de monómero de vinilo aromático (b2) es de 20 a 50% en peso y dicha unidad de monómero (b4) está formada por un monómero que tiene un grupo insaturado polimerizable y al menos un grupo funcional seleccionado del grupo que consiste en un grupo hidroxilo y un grupo epoxi.
3. La composición de caucho de acuerdo con la reivindicación 1, en la que el contenido de dicha unidad de monómero de vinilo aromático (b2) es cero y dicha unidad de monómero (b4) está formada por un monómero que tiene un grupo insaturado polimerizable y al menos un grupo funcional seleccionado del grupo que consiste en un grupo hidroxilo y un grupo epoxi.
4. La composición de caucho de acuerdo con las reivindicaciones 1 ó 2, en la que
un monómero que forma dicha unidad de dieno conjugado que constituye dicha partícula de caucho reticulado es al menos uno seleccionado del grupo que consiste en 1,3-butadieno, 2,3-dimetil-1,3-butadieno, isopreno y cloro-
preno,
un monómero que forma dicha unidad de monómero de vinilo aromático que constituye dicha partícula de caucho reticulado es al menos uno seleccionado del grupo que consiste en estireno, 2-metilestireno, 3-metilestireno, 4-metilestireno, \alpha-metilestireno, 2,4-dimetilestireno, 2,4-diisopropilestireno, 4-terc-butilestireno y terc-butoxiestireno, y
un monómero que forma dicha unidad de monómero que tiene dicho grupo insaturado polimerizable que constituye dicha partícula de caucho reticulado es al menos uno seleccionado del grupo que consiste en di(met)acrilato de etilenglicol, di(met)acrilato de propilenglicol, di(met)acrilato de 1,4-butanodiol, di(met)acrilato de 1,6-hexanodiol, di(met)acrilato de trimetilolpropano, tri(met)acrilato de trimetilolpropano, tri(met)acrilato de pentaeritritol, tetra(met)acrilato de pentaeritritol, divinilbenceno, diisopropenilbenceno y trivinilbenceno.
5. La composición de caucho de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en la que
un monómero que forma dicha unidad de dieno conjugado que constituye dicho caucho copolímero de dieno conjugado/vinilo aromático es al menos uno seleccionado del grupo que consiste en 1,3-butadieno, 2,3-dimetil-1,3-butadieno, isopreno y cloropreno, y
un monómero que forma dicha unidad de monómero de vinilo aromático que constituye dicho caucho copolímero de dieno conjugado/vinilo aromático es al menos uno seleccionado del grupo que consiste en estireno, 2-metilestireno, 3-metilestireno, 4-metilestireno, \alpha-metilestireno, 2,4-dimetilestireno, 2,4-diisopropilestireno, 4-terc-butilestireno y terc-butoxiestireno.
6. La composición de caucho de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, que comprende además una unidad de monómero formada por al menos uno seleccionado del grupo que consiste en (met)acrilonitrilo, cianuro de vinilideno, cloruro de vinilo, cloruro de vinilideno, (met)acrilamida, maleimida, (met)acrilato de metilo, (met)acrilato de etilo, (met)acrilato de n-propilo, (met)acrilato isopropilo, (met)acrilato de n-butilo, (met)acrilato de isobutilo, (met)acrilato de sec-butilo, (met)acrilato de terc-butilo, (met)acrilato de n-amilo, (met)acrilato de n-hexilo, (met)acrilato de 2-etilhexilo y (met)acrilato de ciclohexilo como dicha unidad de monómero que constituye dicho caucho copolímero de dieno conjugado/vinilo aromático.
7. La composición de caucho de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en la que un monómero que forma dicho caucho copolímero de dieno conjugado/vinilo aromático es un monómero que tiene un grupo insaturado polimerizable y al menos un grupo funcional seleccionado del grupo que consiste en un grupo carboxílico (CO_{2}H y/o CO_{2}^{-}), un grupo amino, un grupo hidroxilo, un grupo epoxi y un grupo alcoxisililo, y el contenido de unidad de monómero formada por dicho monómero es de 0,1 a 30% en peso con respecto a dicho caucho copolímero de dieno conjugado/vinilo aromático.
\newpage
8. La composición de caucho de acuerdo con la reivindicación 7, en la que dicho monómero que tiene un grupo insaturado polimerizable y dicho grupo funcional es al menos uno seleccionado del grupo que consiste en
un compuesto que contiene un grupo carboxilo tal como ácido (met)acrílico, ácido maleico, ácido fumárico, ácido itacónico, ácido tetracónico, ácido cinámico, monoésteres de al menos uno seleccionado del grupo que consiste en ácido ftálico, ácido succínico y ácido adípico con alcohol (met)alílico o (met)acrilato de 2-hidroxietilo, y sus
sales,
un compuesto que contiene un grupo amino tal como (met)acrilato de dimetilaminometilo, (met)acrilato de dietilaminometilo, (met)acrilato de 2-dimetilaminoetilo, (met)acrilato de 2-dietilaminoetilo, (met)acrilato de 2-dimetilaminoetilo, (met)acrilato de 2-dietilaminoetilo, (met)acrilato de 2-(di-n-propilamino)etilo, (met)acrilato de 2-dimetilaminopropilo, (met)acrilato de 2-dietilaminopropilo, (met)acrilato de 2-(di-n-propilamino)propilo, (met)acrilato de 3-dimetilaminopropilo, (met)acrilato de 3-dietilaminopropilo, (met)acrilato de 3-(di-n-propilamino)propilo, N-dimetilaminometil(met)acrilamida, N-dietilaminometil(met)acrilamida, N-(2-dimetilaminoetil)(met)acrilamida, N-(2-dietilaminoetil)(met)acrilamida, N-(2-dimetilaminopropil)(met)acrilamida, N-(2-dietilaminopropil)(met)acrilamida, N-(3-dimetilaminopropil)(met)acrilamida, N-(3-dietilaminopropil)(met)acrilamida, N,N-dimetil-p-aminoestireno, N,N-dietil-p-aminoestireno, dimetil(p-vinilbencil)amina, dietil(p-vinilbencil)amina, dimetil(p-vinilfenetil)amina, dietil(p-vinilfenetil)amina, dimetil(p-vinilbenciloximetil)amina, dimetil[2-(p-vinilbenciloxi)etil]amina, dietil(p-vinilbenciloximetil)amina, dietil[2-(p-vinilbenciloxi)etil]amina, dimetil(p-vinilfenetiloximetil)amina, dimetil[2-(p-vinilfenetiloxi)etil]amina, dietil(p-vinilfenetiloximetil)amina, dietil[2-(p-vinilfenetiloxi)etil]amina, 2-vinilpiridina, 3-vinilpiridina y 4-vinilpiridina,
un compuesto que contiene un grupo hidroxilo tal como (met)acrilatos de 2-hidroxietilo, (met)acrilatos de 2-hidroxipropilo, (met)acrilatos de 3-hidroxipropilo, (met)acrilatos de 2-hidroxibutilo, (met)acrilatos de 3-hidroxibutilo, (met)acrilatos de 4-hidroxibutilo, mono(met)acrilatos de polietilenglicol (el número de unidades de etilenglicol es de 2 a 23), mono(met)acrilatos de propilenglicol (el número de unidades de propilenglicol es de 2 a 23), N-hidroximetil(met)acrilamida, N-(2-hidroxietil)(met)acrilamida, N,N-bis(2-hidroxietil)(met)acrilamida, o-hidroxiestireno, m-hidroxiestireno, p-hidroxiestireno, o-hidroxi-\alpha-metilestireno, m-hidroxi-\alpha-metilestireno, p-hidroxi-\alpha-metilestireno, alcohol p-vinilbencílico y alcohol(met)alílico,
un compuesto que contiene un grupo epoxi tal como (met)alil-glicidil-éter, (met)acrilato de glicidilo y (met)acrilato de 3,4-oxiciclohexilo, y
un compuesto que contiene un grupo alcoxisililo tal como (met)acriloximetiltrimetoxisilano, (met)acriloximetilmetildimetoxisilano, (met)acriloximetildimetilmetoxisilano, (met)acriloximetiltrietoxisilano, (met)acriloximetilmetildietoxisilano, (met)acriloximetildimetiletoxisilano, (met)acriloximetiltripropoxisilano, (met)acriloximetilmetildipropoxisilano, (met)acriloximetildimetilpropoxisilano, \gamma-(met)acriloxipropiltrimetoxisilano, \gamma-(met)acriloxipropilmetildimetoxisilano, \gamma-(met)acriloxipropildimetilmetoxisilano, \gamma-(met)acriloxipropiltrietoxisilano, \gamma-(met)acriloxipropilmetildietoxisilano, \gamma-(met)acriloxipropildimetiletoxisilano, \gamma-(met)acriloxipropiltripropoxisilano, \gamma-(met)acriloxipropilmetildipropoxisilano, \gamma-(met)acriloxipropildimetilpropoxisilano, \gamma-(met)acriloxipropilmetildifenoxisilano, \gamma-(met)acriloxipropildimetilfenoxisilano, \gamma-(met)acriloxipropilmetildibenciloxisilano y \gamma-(met)acriloxipropildimetilfenoxisilano.
9. La composición de caucho de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en la que un monómero que forma dicha unidad de monómero (b4) es al menos uno seleccionado del grupo que consiste en
un compuesto que contiene un grupo carboxilo tal como ácido (met)acrílico, ácido maleico, ácido fumárico, ácido itacónico, ácido tetracónico, ácido cinámico, monoésteres de al menos uno seleccionado del grupo que consiste en ácido ftálico, ácido succínico y ácido adípico con alcohol (met)alílico o (met)acrilato de 2-hidroxietilo, y sus
sales,
un compuesto que contiene un grupo hidroxilo tal como (met)acrilatos de 2-hidroxietilo, (met)acrilatos de 2-hidroxipropilo, (met)acrilatos de 3-hidroxipropilo, (met)acrilatos de 2-hidroxibutilo, (met)acrilatos de 3-hidroxibutilo, (met)acrilatos de 4-hidroxibutilo, mono(met)acrilatos de polietilenglicol (el número de unidades de etilenglicol es de 2 a 23), mono(met)acrilatos de propilenglicol (el número de unidades de propilenglicol es de 2 a 23), N-hidroximetil(met)acrilamida, N-(2-hidroxietil)(met)acrilamida, N,N-bis(2-hidroxietil)(met)acrilamida, o-hidroxiestireno, m-hidroxiestireno, p-hidroxiestireno, o-hidroxi-\alpha-metilestireno, m-hidroxi-\alpha-metilestireno, p-hidroxi-\alpha-metilestireno, alcohol p-vinilbencílico y alcohol(met)alílico, y
un compuesto que contiene un grupo epoxi tal como (met)alil-glicidil-éter, (met)acrilato de glicidilo y (met)acrilato de 3,4-oxiciclohexilo.
10. La composición de caucho de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, que comprende además al menos uno de una carga de refuerzo seleccionada del grupo que consiste en el compuesto inorgánico representado por la fórmula (I), sílice y negro de carbono
(I)mM_{1} \cdot xSiO_{y} \cdot zH_{2}O
\newpage
[en la fórmula (I), M_{1} es al menos uno seleccionado del grupo que consiste en Al, Mg, Ti y Ca; cualquier óxido de uno cualquiera de los metales o cualquier hidróxido de uno cualquiera de los metales; y m, x, y y z son números enteros de 1 a 5, 0 a 10, 2 a 5 y 0 a 10, respectivamente].
11. Uso de una composición de caucho de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10 para un neumático.
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