IT201900008361A1

IT201900008361A1 - Mescola ad elevata impermeabilita' per body ply skim e/o innerliner

Info

Publication number: IT201900008361A1
Application number: IT102019000008361A
Authority: IT
Inventors: Paolo Fiorenza; Roberto Lombardi
Original assignee: Bridgestone Europe Nv Sa
Priority date: 2019-06-07
Filing date: 2019-06-07
Publication date: 2020-12-07
Also published as: EP3747670B1; EP3747670A1

Description

D E S C R I Z I O N E

del brevetto per invenzione industriale dal titolo:

“MESCOLA AD ELEVATA IMPERMEABILITA' PER BODY PLY SKIM E/O INNERLINER”

La presente invenzione è relativa a una mescola per Body Ply Skim e/o innerliner comprendente un sistema di filler tale da garantire un miglioramento in termini di impermeabilità.

Da tempo nell’industria degli pneumatici è particolarmente sentita l’esigenza di impartire allo strato di innerliner una sempre maggiore impermeabilità.

Qui e nel seguito per strato di innerliner si intende lo strato interno di gomma che, essendo sostanzialmente impermeabile all’aria, è utilizzato negli pneumatici tubeless allo scopo di mantenere in pressione l’aria di gonfiaggio confinata nella cavità definita dalla concavità della carcassa.

Una maggiore impermeabilità dello strato di innerliner garantisce una minore diffusione dell’aria all’interno della carcassa, con il conseguente vantaggio di evitare fenomeni di degradazione ossidativa delle porzioni in gomma della carcassa stessa e, quindi, di favorire una maggiore tempo di vita dello pneumatico.

Un’altra esigenza particolarmente sentita nell’industria degli pneumatici è relativa alla riduzione del peso dello pneumatico, con effetti positivi sul consumo energetico globale del veicolo e sulla resistenza al rotolamento.

Come può risultare immediato ad un tecnico del ramo, un aumento di impermeabilità dell’innerliner consentirebbe una diminuzione del suo spessore e, quindi, un minore peso dello pneumatico risultante.

Nel contesto sopra riportato, una parte della ricerca è concentrata sull’aumento dell’impermeabilità di quella porzione di pneumatico indicata con la dicitura inglese “body ply skim” (gomma di ricopertura delle tele della carcassa). Qualora si rendesse la body ply skim altamente impermeabile, si potrebbe ridurre ulteriormente lo spessore dell’innerliner. Infatti, in questo caso l’azione impermeabile all’ossigeno verrebbe ad essere svolta in parte dalla body ply skim. In quest’ottica, qualora l’impermeabilità della body ply skim raggiungesse livelli elevati sarebbe addirittura possibile eliminare del tutto la presenza dell’innerliner.

Gli inventori della presente invenzione hanno sorprendentemente trovato che modificando opportunamente il sistema di filler all’interno della mescola, è possibile impartire alla mescola stessa elevate caratteristiche di impermeabilità all’aria. Una tale soluzione, se applicata alla mescola di innerliner e/o alla mescola del body ply skim, è in grado di soddisfare le esigenze sentite dall’industria degli pneumatici come sopra riportato.

Oggetto della presente invenzione è una mescola in gomma per innerliner e/o body ply skim comprendente almeno:

- una base polimerica a catena insatura reticolabile, - un sistema di filler, e

- un sistema di vulcanizzazione;

detta mescola essendo caratterizzata dal fatto che detto sistema di filler comprende una miscela di almeno tre diverse tipologie di filler aventi tra loro una differente area superficiale e la quale costituisce almeno il 50% in peso di detto sistema di filler; detta miscela di almeno tre diverse tipologie di filler aventi tra loro una differente area superficiale comprendendo:

un primo filler avente un’area superficiale > 140 m<2>/g,

un secondo filler avente un’area superficiale < 0,25 x area superficiale di detto primo filler,

un terzo filler avente un’area superficiale > 1,7 x area superficiale di detto secondo filler e 0,75 x area superficiale di detto primo filler.

Qui e nel seguito, con il termine “base polimerica a catena insatura reticolabile” si intende un qualsiasi polimero non reticolato naturale o sintetico in grado di assumere tutte le caratteristiche chimico-fisiche e meccaniche tipicamente assunte dagli elastomeri in seguito a reticolazione (vulcanizzazione) con sistemi a base di zolfo.

Qui e nel seguito, per sistema di vulcanizzazione si intende un complesso di ingredienti comprendente almeno zolfo e dei composti acceleranti, che nella preparazione della mescola vengono aggiunti in una fase finale di miscelazione, ed hanno lo scopo di promuovere la vulcanizzazione della base polimerica una volta che la mescola viene sottoposta ad una temperatura di vulcanizzazione.

Preferibilmente, i filler utilizzati sono compresi nel gruppo composto da nero di carbonio e/o silice.

Preferibilmente, la miscela di almeno tre tipologie di filler è costituita da tre tipologie di nero di carbonio.

Preferibilmente, la miscela di almeno tre tipologie di filler è costituita da un primo nero di carbonio con area superficiale compresa tra 25 e 40 m<2>/g, un secondo nero di carbonio con area superficiale compresa tra 70 e 90 m<2>/g e un terzo nero di carbonio con area superficiale compresa tra 800 e 1200 m<2>/g.

Preferibilmente, detto primo nero di carbonio costituisce dall’80 al 20 % in peso della miscela di almeno tre tipologie di filler, detto secondo nero di carbonio costituisce dal 10 al 40 % in peso miscela di almeno tre tipologie di filler, detto terzo nero di carbonio costituisce dal 10 al 40 % in peso della miscela di almeno tre tipologie di filler; più preferibilmente, detto primo nero di carbonio costituisce dal 60 al 20 % in peso della miscela di almeno tre tipologie di filler, detto secondo nero di carbonio costituisce dal 20 al 40 % in peso miscela di almeno tre tipologie di filler, detto terzo nero di carbonio costituisce dal 20 al 40 % in peso della miscela di almeno tre tipologie di filler.

Un ulteriore oggetto della presente invenzione è uno strato di innerliner e/o un body ply skim realizzato con la mescola oggetto della presente invenzione.

Un altro oggetto della presente invenzione è uno pneumatico comprendente un innerliner e/o un body ply skim realizzato con la mescola oggetto della presente invenzione.

Gli inventori hanno impostato la loro invenzione sull’utilizzo di una miscela di filler aventi una larga distribuzione delle aree superficiali. Infatti, gli inventori hanno dimostrato che l’uso in mescole in gomma di filler aventi aree superficiali significativamente diverse tra loro (larga distribuzione delle aree superficiali) è in grado di garantire importanti miglioramenti in termini di impermeabilità all’aria della porzione in gomma risultante.

In altre parole, gli inventori hanno dimostrato che tra filler con aree superficiali significativamente diverse si realizza un effetto sinergico in termini di impermeabilità all’aria.

Come sotto riportato nella parte sperimentale, è importante rilevare che la soluzione della presente invenzione riesce a impartire dei miglioramenti in termini di impermeabilità all’aria senza aumentare il contenuto di filler nella mescola, ma solamente modificandone la tipologia. In questo modo, i vantaggi in termini di impermeabilità intaccano solo in maniera marginale le caratteristiche meccaniche della porzione in gomma risultante.

Gli esempi che seguono servono a scopo illustrativo e non limitativo, per una migliore comprensione dell'invenzione.

ESEMPI

Sono stati realizzati due set di prove sperimentali utilizzando rispettivamente una mescola per Body Ply Skim e una mescola per Innerliner.

Ognuno dei set di prove comprende sei esempi di confronto, in cui il sistema di filler comprende una miscela di tre tipologie di nero di carbonio le cui aree superficiali non soddisfano i requisiti della presente invenzione, e cinque esempi dell’invenzione, in cui il sistema di filler comprende una miscela di tre nero di carbonio le cui aree superficiali e le cui quantità soddisfano i requisiti della presente invenzione.

In particolare, va evidenziato come gli esempi di confronto e gli esempi dell’invenzione comprendano la stessa quantità di filler (nero di carbonio).

Nelle Tabelle I – IV sono riportate in phr le composizioni delle mescole dei due set di prove sperimentali.

Le Tabelle I e II si riferiscono rispettivamente agli esempi di confronto (B1 – B6) e agli esempi dell’invenzione (B7 – B11) relativamente a una mescola per Body Ply Skim; mentre le Tabelle III e IV si riferiscono rispettivamente agli esempi di confronto (I1 – I6) e agli esempi dell’invenzione (I7 – I11) relativamente a una mescola per Innerliner.

TABELLA I

TABELLA II

TABELLA III

TABELLA IV

E-NR sta per gomma naturale epossidata, presentante un grado di epossidazione del 25%.

La Polyepihalohydrin rubber è una gomma derivante dal terpolimero epicloroidrina/etilenossido/etere glicidilallilico commercializzata con la sigla T3000 dalla società ZEON.

Br-IIR sta per gomma bromo butilica.

La laminated clay è un riempitivo minerale prodotto e commercializzato da con la sigla ASP® NC X-1.

MBTS è la sigla di mercapto benzotiazol-disolfuro utilizzato come accelerante di vulcanizzazione.

TBBS è la sigla di N-terz-butil-2-benzotiazilsulfenammide utilizzato come accelerante di vulcanizzazione.

N6 sta ad indicare un Nero di Carbonio con un’area superficiale pari a 36 m<2>/g.

N3 sta ad indicare un Nero di Carbonio con un’area superficiale pari a 82 m<2>/g.

N2 sta ad indicare un Nero di Carbonio con un’area superficiale pari a 120 m<2>/g.

PRINTEX sta ad indicare un Nero di Carbonio con un’area superficiale pari a 1000 m<2>/g.

Gli esempi dell’invenzione si differenziano dagli esempi di confronto per il fatto di sostituire il nero di Carbonio N2 con il nero di Carbonio Printex nelle medesime quantità. In particolare, gli esempi B2 – B6 hanno la stessa composizione rispettivamente degli esempi B7 – B11 con la sola sostituzione del nero di Carbonio N2 con il nero di Carbonio Printex; mentre gli esempi I2 – I6 hanno la stessa composizione rispettivamente degli esempi I7 – I11 con la sola sostituzione del nero di Carbonio N2 con il nero di Carbonio Printex.

Preparazione delle mescole

Le mescole sono state realizzate secondo una procedura standard sotto riportata, la quale non è rilevante ai fini della presente invenzione.

(1<a >fase di impasto)

In un miscelatore con rotori tangenziali (denominato comunemente Banbury) e di volume interno compreso tra 230 e 270 litri sono stati caricati prima dell'inizio della miscelazione, tutti gli ingredienti riportati nelle tabelle I – IV ad eccezione del sistema di vulcanizzazione (zolfo e acceleranti) raggiungendo un fattore di riempimento compreso tra 66-72%.

Il miscelatore è stato azionato ad una velocità compresa tra 40-60 giri/minuto, e la miscela formatasi è stata scaricata una volta raggiunta una temperatura compresa tra 140-160°C.

(2<a >fase di impasto)

Alla miscela ottenuta dalla precedente fase è stato aggiunto il sistema di vulcanizzazione (zolfo e acceleranti) raggiungendo un fattore di riempimento compreso tra 63-67%.

Il miscelatore è stato azionato ad una velocità compresa tra 20-40 giri/minuto, e la miscela formatasi è stata scaricata una volta raggiunta una temperatura compresa tra 100-110°C.

Dalle mescole sopra riportate sono stati realizzati dei rispettivi provini di gomma vulcanizzata. I suddetti provini sono stati sottoposti a prove di permeabilità all’aria.

Il test di permeabilità all’aria è stato eseguito su materiali con spessore pari a 0,7 mm ed utilizzando un apparato convenzionale quale il MOCON® OX-TRA® (modello 2/61). Le misure sono state realizzate ad una temperatura di 25°C.

Nelle Tabelle V e VI sono riportati i risultati del test di cui sopra.

Per evidenziare in maniera più immediata i vantaggi derivanti dalla presente invenzione, i valori sono stati indicizzati ai rispettivi valori relativi rispettivamente ai provini derivanti dalle mescole B1 e I1.

In particolare, nelle Tabelle V e VI, minori sono i valori, migliore è la caratteristica di impermeabilità.

TABELLA V – permeabilità all’aria

TABELLA VI – permeabilità all’aria

Dai dati riportati nelle Tabelle V e VI si evince chiaramente come la miscela di filler secondo la presente invenzione è in grado di garantire un miglioramento in termini di impermeabilità all’aria.

Le Tabelle V e VI sono strutturate in maniera tale da offrire una immediata evidenza del miglioramento in termini di impermeabilità all’aria attraverso la sola sostituzione del nero di carbonio N2 con il nero di Carbonio Printex a parità di tutte le altre condizioni. Infatti, mentre la presenza del nero di Carbonio N2 non soddisfa i requisiti di area superficiali della presente invenzione, il nero di carbonio Printex soddisfa i requisiti di area superficiale della presente invenzione.

Da una analisi dei dati esposti nelle Tabelle V e VI risulta immediato come l’interazione di diverse tipologie di nero di Carbonio con aree superficiali secondo la presente invenzione, produca un effetto sinergico in termini di impermeabilità all’aria.

Infatti, mentre i valori di permeabilità relativi agli esempi di confronto procedono con un andamento lineare in funzione dell’aumento dell’area superficiale media del sistema di filler, i valori di permeabilità relativi agli esempi dell’invenzione hanno un andamento curvilineo. Un tale andamento dimostra che per gli esempi dell’invenzione l’aumento dell’area superficiale media del sistema di filler produce un aumento dell’impermeabilità all’aria non deriva semplicemente da un effetto additivo ma da un effetto sinergico tra i filler.

Claims

R I V E N D I C A Z I O N I 1. Mescola in gomma per innerliner e/o body ply skim comprendente almeno: - una base polimerica a catena insatura reticolabile, - un sistema di filler, e - un sistema di vulcanizzazione; detta mescola essendo caratterizzata dal fatto che detto sistema di filler comprende una miscela di almeno tre diverse tipologie di filler aventi tra loro una differente area superficiale e la quale costituisce almeno il 50% in peso di detto sistema di filler; detta miscela di almeno tre diverse tipologie di filler aventi tra loro una differente area superficiale comprendendo: un primo filler avente un’area superficiale > 140 m<2>/g, un secondo filler avente un’area superficiale < 0,25 x area superficiale di detto primo filler, un terzo filler avente un’area superficiale > 1,7 x area superficiale di detto secondo filler e 0,75 x area superficiale di detto primo filler.
2. Mescola in gomma secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che le tipologie di filler sono comprese nel gruppo composto da nero di carbonio e/o silice.
3. Mescola in gomma secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzata dal fatto che il sistema di filler è costituito da tre tipologie di nero di carbonio.
4. Mescola in gomma secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che la miscela di almeno tre tipologie di filler è costituita da un primo nero di carbonio con area superficiale compresa tra 25 e 40 m<2>/g, un secondo nero di carbonio con area superficiale compresa tra 70 e 90 m<2>/g e un terzo nero di carbonio con area superficiale compresa tra 800 e 1200 m<2>/g.
5. Mescola in gomma secondo la rivendicazione 4, caratterizzata dal fatto che detto primo nero di carbonio costituisce dall’80 al 20 % in peso della miscela di almeno tre tipologie di filler, detto secondo nero di carbonio costituisce dal 10 al 40 % in peso della miscela di almeno tre tipologie di filler, detto terzo nero di carbonio costituisce dal 10 al 40 % in peso della miscela di almeno tre tipologie di filler.
6. Mescola in gomma secondo la rivendicazione 5, caratterizzata dal fatto che detto primo nero di carbonio costituisce dal 60 al 20 % in peso della miscela di almeno tre tipologie di filler, detto secondo nero di carbonio costituisce dal 20 al 40 % in peso della miscela di almeno tre tipologie di filler, detto terzo nero di carbonio costituisce dal 20 al 40 % in peso della miscela di almeno tre tipologie di filler.
7. Uno strato di innerliner caratterizzato dal fatto di essere realizzato con una mescola secondo una delle rivendicazioni precedenti.
8. Body ply skim caratterizzato dal fatto di essere realizzato con una mescola secondo una delle rivendicazioni da 1 a 6.
9. Pneumatico caratterizzato dal fatto di comprendere uno strato di innerliner e/o un body ply skim realizzati secondo una delle rivendicazioni da 1 a 6.