ITTO20101015A1

ITTO20101015A1 - Metodo per la realizzazione di uno strato impermeabile di gomma

Info

Publication number: ITTO20101015A1
Application number: IT001015A
Authority: IT
Inventors: Salvatore Cotugno; Paolo Fiorenza; Paolo Straffi
Original assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2010-12-20
Filing date: 2010-12-20
Publication date: 2012-06-21
Also published as: WO2012085846A1

Description

DESCRIZIONE

del brevetto per invenzione industriale dal titolo:

"METODO PER LA REALIZZAZIONE DI UNO STRATO IMPERMEABILE DI GOMMA"

La presente invenzione è relativa ad un metodo per la realizzazione di uno strato impermeabile di gomma.

In particolare, l'invenzione è relativa ad un innerliner realizzato da una emulsione acquosa a cui la descrizione farà esplicito riferimento senza per questo perdere in generalità.

Come è noto, in molte applicazioni industriali vi è l'esigenza di poter realizzare strati impermeabili presentanti uno spessore sempre più ridotto senza che questo pregiudichi le prestazioni di impermeabilità degli strati stessi.

Nell'industria dei pneumatici un minore spessore dello strato impermeabile, denominato innerliner, si traduce principalmente in un minore quantitativo di materiale utilizzato, con gli ovvi vantaggi che questo comporta sia in termini di produttività sia in termini di un minore peso del pneumatico stesso, con effetti positivi sulla resistenza al rotolamento del pneumatico e sul consumo energetico globale del veicolo.

Generalmente, le mescole per la realizzazione di strati impermeabili, quali 1'innerliner, sono realizzate mediante l'utilizzo di opportuni miscelatori interni denominati comuncemente Banbury. La preparazione della mescola in Banbury richiede almeno due fasi di miscelazione: una prima fase di miscelazione, caratterizzata da alta temperatura e da tempi più lunghi, nella quale avviene la preparazione della mescola madre ed in cui vengono addizionati e miscelati alla base polimerica gli ingredienti quali il nero di carbonio, l'ossido di Zinco, l'acido stearico, la cera, gli antiossidanti ecc, ed una seconda fase di miscelazione, caratterizzata da una temperatura più bassa, nella quale avviene il completamento della mescola madre ed in cui alla mescola ottenuta dalla prima fase vengono aggiunti gli agenti di vulcanizzazione quali lo Zolfo e gli acceleranti e/o ritardanti. Una tale procedura è dovuta al fatto di dover garantire la dispersione degli agenti vulcanizzanti senza rischiare di raggiungere valori di temperatura tali da favorire una precoce vulcanizzazione della mescola. La mescola così ottenuta deve, poi, essere sottoposta ad una fase di estrusione o calandratura per realizzare la opportuna conformazione di utilizzo.

Generalmente, i manufatti in gomma con elevata impermeabilità sono realizzati con una matrice di gomma butilica.

Come è noto, un contributo ulteriore alla impermeabilità delle gomme può derivare dall'utilizzo di riempitivi, che se opportunamente miscelati realizzano un ingombro sterico tale da migliorare notevolmente la impermeabilità del materiale. In altre parole, i riempitivi, quali argilla, caolino, mica ecc, quando miscelati alla base polimerica, vanno a realizzare nel manufatto finale uno ostacolo al passaggio dell'aria attraverso il manufatto stesso aumentandone la proprietà di impermeabilità .

A tale riguardo, va considerato che l'eventuale anisotropia del riempitivo può enfatizzare le caratteristiche di impermeabilità della gomma.

Infine, è altresì noto che i materiali polimerici mostrano un incremento della impermeabilità ai gas o a sostanze a basso peso molecolare all'aumentare della loro transizione vetrosa (Tg). Un esempio tipico è il Polietilentereftalato (PET) comunemente utilizzato nell'industria alimentare per il confezionamento di cibi e di bevande. Purtroppo, l'accoppiamento meccanico di polimeri ad alta Tg, quali il PET, e le gomme è spesso molto difficile se avviene con la tecnologia tradizionale.

Nonostante le soluzioni sopra descritte siano in grado di aumentare la impermeabilità dei manufatti in gomma con possibilità, quindi, di diminuirne lo spessore, tuttavia comportano una serie di problematiche di processo. Infatti, secondo la metodica classica in Banbury il mescolamento di una base polimerica comprendente argilla comporta un elevato consumo di energia ed una non sempre efficace omogeneizzazione e/o compatibilità di tutti gli ingredienti della mescola. La non corretta omogeneizzazione e/o compatibilità dei riempitivi con il resto della matrice gommosa pregiudica le caratteristiche meccaniche del manufatto finale. Tali problematiche sono ulteriormente enfatizzate qualora la base polimerica comprenda polimeri con una elevata Tg.

Va considerato inoltre che un elevato consumo di energia si traduce necessariamente in un maggiore impatto ambientale del processo di produzione ed in un maggior aggravio economico.

Un ulteriore elemento da considerare è che l'attuale tecnologia limita la possibilità di ottenere strati con spessori al di sotto di una certa soglia. Infatti, la fase di estrusione e/o di calandratura alla quale si sottopone la mescola per l'ottenimento dello strato impermeabile impone una soglia di spessore difficilmente minore di 0,5 mm.

Inoltre, va evidenziato come lo strato estruso impermeabile possa presentare una variabilità di spessore legata al processo stesso di estrusione e come lo stesso debba essere successivamente applicato in fase di confezione su una geometria anch'essa di spessori non uniformi. Tali punti di spessore variabile sopra riportati possono essere causa di eventuali piccole rotture dello strato impermeabile durante la successiva fase di costruzione del pneumatico quando lo stesso subisce ulteriori fasi di espansione meccanica e termica.

È stata sorprendentemente ed inaspettatamente trovata dalla Richiedente una metodologia per la preparazione di mescole di strati impermeabili in gomma le cui caratteristiche tecniche, se confrontate con gli strati impermeabili in gomma dell'arte nota, sono tali da richiedere una minore energia di preparazione, un minore spessore ed una maggiore impermeabilità.

Oggetto della presente invenzione è un metodo di realizzazione di strati impermeabili a base di gomma; il detto metodo essendo caratterizzato dal fatto di comprendere :

- una fase di preparazione di una emulsione acquosa comprendente almeno una base polimerica reticolabile ed un tensioattivo di formula molecolare (I)

(I)

in cui:

X è un atomo o un gruppo anionico

ognuno di Ri, R2e R3, uguali o diversi tra loro, è CmH2m+icon m compreso tra 1 e 3, o CH2CHCH2o CHCHCH3ognuno di R4, R6e R7, uguali o diversi tra loro, è CH2CHCH2 OCHCHCH3

n è 0 o 1

y è l se n è l; y è l o 2 se n è 0

R5è un gruppo alifatico Cis-C22quando n è 0; è un gruppo alifatico C8-Ci6quando n è 1

quando n è 0, almeno uno tra Ri, R2, R3e R5comprende un doppio legame.

Preferibilmente, Ri, R2e R3sono CH2CHCH2e più preferibilmente, n è 1 e R5è un gruppo alifatico saturo.

Preferibilmente, R5comprende un doppio legame e n è 0.

Preferibilmente, il tensioattivo ha una formula molecolare compresa nel gruppo composto da:

Preferibilmente, X<~>è I<”>o Br<~>

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

ESEMPI

Di seguito sono descritte cinque mescole (A E) secondo la presente invenzione, ognuna delle quali è stata realizzata mediante la formazione di una rispettiva emulsione acquosa preparata disperdendo e miscelando in acqua i diversi componenti della mescola stessa.

Successivamente, parte della emulsione acquosa è stata depositata mediante la tecnica spray o di spalmatura con pennello su di un substrato e l'acqua presente è stata fatta evaporare.

Le cinque mescole dell'invenzione (A - E) si differenziano l'una dall'altra per il tensioattivo di formula molecolare (I) utilizzato (a, b, c, d, e) . Di seguito sono descritti i cinque differenti tensioattivi:

il composto (a) è di formula molecolare

il composto (b) è di formula molecolare

il composto (c) è di formula molecolare

il composto (d) è di formula molecolare

il composto (e) è di formula molecolare

In particolare, le emulsioni sono state preparate disperdendo contemporaneamente tutti gli ingredienti riportati in Tabella I in un volume opportuno di acqua tale da realizzare una emulsione omogenea. La soluzione acquosa risultante è stata sottoposta ad agitazione meccanica per un tempo pari a 30 minuti e, successivamente, è stata sottoposta a sonicazione per un tempo pari a 15 min. ottenendo, così, una emulsione acquosa.

La procedura sopra riportata di preparazione delle emulsioni acquose non rappresenta in alcun modo un aspetto limitativo dell'invenzione oggetto della presente invenzione .

È stata inoltre preparata una mescola di confronto (Coni.) realizzata con il metodo classico di miscelazione in Banbury e presentante la medesima composizione delle mescole dell'invenzione con la differenza di non comprendere, ovviamente, il tensioattivo e di comprendere acido stearico necessario nella tecnologia tradizionale per la vulcanzzazione.

In Tabella sono riportate in phr le composizioni delle mescole ottenute da rispettive emulsioni secondo la presente invenzione e della mescola di confronto.

Sempre in Tabella sono riportati in corrispondenza di ogni singola mescola, l'energia di miscelazione consumata, l'indice di impermeabilità a parità di spessore indicizzato sulla impermeabilità della mescola di confronto e lo spessore a parità di impermeabilità.

In particolare, gli indici di impermeabilità sono relativi all'impermeabilità all'ossigeno e sono stati determinati su di rispettivi strati di mescola di spessore 0,3 mm. Gli strati di spessore 0,3 mm ottenuti dalle mescole A - E sono stati ottenuti depositando la rispettiva emulsione mediante la tecnica spray o di spalmatura con pennello su di uno strato di supporto di 1 mm. Per queste misurazioni è stato utilizzato un apparato convenzionale quale il MOCON OX-TRA (modulo 2/20) alle condizioni di umidità relativa pari a 0% e di temperatura pari a 30°C.

Come può apparire evidente dai dati riportati in Tabella, mediante il metodo della presente invenzione è possibile ottenere strati in gomma presentanti una maggiore impermeabilità di quelli ottenuti con i metodi classici di miscelazione in Banbury e con un consumo di energia di miscelazione minore.

Inoltre, va considerato che per aumentare l'impermeabilità dello strato di gomma con il metodo della presente invenzione è possibile utilizzare polimeri con Tg elevata e alti livelli di riempitivi, senza per questo compromettere l'omogeneizzazione degli ingredienti e senza necessitare di un elevato consumo energetico.

I riempitivi presi in considerazione nello strato impermeabile oggetto della presente invenzione sono costituiti preferibilmente da particelle minerali con un diametro compreso tra 0,2 e 2 μπι ed un aspect ratio compreso tra 5 e 30, preferibilmente tra 8 e 20. Preferibilmente, i riempitivi sono compresi nel gruppo costituito da caolino, argilla, mica, feldspato, silice, grafite, bentonite e allumina.

Per riassumere, rispetto all'arte nota, gli strati impermeabili ottenuti secondo la presente invenzione hanno il grande vantaggio di poter presentare spessori inferiori, migliori caratteristiche di impermeabilità ed un minore consumo di energia nella preparazione.

Infatti, l'utilizzo di una emulsione acquosa comprendente i tensioattivi di formula molecolare (I) consente sia di ottenere una dispersione efficiente ed economica dei vari componenti, soprattutto di quelli difficilmente miscelabili con la tecnologia classica, sia di poter realizzare strati di spessore molto sottile, poiché gli strati stessi si vengono a formare direttamente sulla superficie di applicazione a seguito della evaporazione dell'acqua della emulsione depositata.

La possibilità di ridurre lo spessore dello strato impermeabile consente per gli esempi riportati una riduzione del peso del 5% circa del pneumatico nel suo complesso, con gli ovvi vantaggi in termini di resistenza al rotolamento.

Inoltre, gli strati impermeabili della presente invenzione hanno il vantaggio di essere realizzati direttamente all'atto della loro applicazione, senza quindi prevedere periodi di stoccaggio più o meno lunghi che possono risolversi in una degradazione della gomma.

Infine, gli strati impermeabili ottenuti possono essere applicati sull 'assemblato dopo tutte le fasi di espansione dello pneumatico, evitando, così, le eventuali formazioni di rotture e difettosità superficiali che a volte sono presenti nello strato impermeabile ottenuto con la tecnologia tradizionale.

Va anche menzionato, in ultimo, che lo strato impermeabile ottenuto tramite miscelazione acquosa può essere usato come materiale di riparazione degli strati impermeabili ottenuti con tecnologia tradizionale.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Metodo di realizzazione di strati impermeabili a base di gomma; detto metodo essendo caratterizzato dal fatto di comprendere: - una fase di preparazione di una emulsione acquosa comprendente almeno una base polimerica reticolabile ed un tensioattivo di formula molecolare (I)

in cui: X è un atomo o un gruppo anionico ognuno di Ri, R2e R3, uguali o diversi tra loro, è CmH2m+icon m compreso tra 1 e 3, o CH2CHCH2o CHCHCH3 ognuno di R4, R6e R7, uguali o diversi tra loro, è CH2CHCH2O CHCHCH3 R5è un gruppo alifatico Cis-C22quando n è 0; è un gruppo alifatico C8-Ci6quando n è 1 quando n è 0, almeno uno tra Ri, R2, R3e R5comprende un doppio legame.
2. Metodo di realizzazione di strati impermeabili a base di gomma secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che Ri, R2e R3sono CH2CHCH2.
3. Metodo di realizzazione di strati impermeabili a base di gomma secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che n è 1 e R5è un gruppo alifatico saturo.
4. Metodo di realizzazione di strati impermeabili a base di gomma secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che R5comprende un doppio legame e n è 0.
5. Metodo di realizzazione di strati impermeabili a base di gomma secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti composti di formula molecolare (I) hanno una formula molecolare compresa nel gruppo composto da: [(CH3) 3N (CH2 )sCHCH (CH2 ) 7CH3]<+>X ; [(CH2CHCH2) 3N(CH2) 15CH3]<+>X ; [(CH3) (CH2CHCH2)2N(CH2) 15CH3]<+>X ; [(CH2CHCH2) (CH3)2N(CH2) 15CH3]<+>X ; e [(CH2CHCH2 ) 3N (CH2)I2N (CH2CHCH2 ) 3]2<+>2X<~>.
6. Metodo di realizzazione di strati impermeabili a base di gomma secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che X<~>è I<”>o Brh
7. Metodo di realizzazione di strati impermeabili a base di gomma secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta emulsione acquosa comprende un riempitivo minerale comprendente particelle con un diametro compreso tra 0,2 e 2 μπι ed un aspect ratio compreso tra 5 e 30.
8. Metodo di realizzazione di strati impermeabili a base di gomma secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che detto riempitivo minerale comprende particelle con un aspect ratio compreso tra 8 e 20.
9. Metodo di realizzazione di strati impermeabili a base di gomma secondo la rivendicazione 7 o 8, caratterizzato dal fatto che detto riempitivo minerale è compreso nel gruppo costituito da caolino, argilla, mica, feldspato, silice, grafite, bentonite e allumina.
10. Metodo di realizzazione di strati impermeabili a base di gomma secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta base polimerica reticolabile comprende polimeri con Tg maggiore di 0°C.
11. Strato impermeabile di gomma caratterizzato dal fatto di essere realizzato mediante il metodo secondo una delle rivendicazioni precedenti.
12. Innerliner caratterizzato dal fatto di essere realizzato da uno strato impermeabile di gomma secondo la rivendicazione 11.
13. Strato per la riparazione di innerliner, caratterizzato dal fatto di essere realizzato da uno strato impermeabile di gomma secondo la rivendicazione 11.
14. Pneumatico caratterizzato dal fatto di comprendere un innerliner secondo la rivendicazione 12 o uno strato di riparazione secondo la rivendicazione 13.