Подвергнутые обработке наполнители, содержащие композиции, и изделия, полученные из них

Подвергнутые обработке наполнители, содержащие композиции, и изделия, полученные из них

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу получения подвергнутого обработке наполнителя, подвергнутому обработке наполнителю, полученному данным способом, и композициям и изделиям, включающим такой подвергнутый обработке наполнитель.

Уровень техники

На современном уровне техники известно использование систем наполнителей диоксид кремния/силан для уменьшения сопротивления качению и улучшения силы сцепления с мокрой дорогой для покрышек легковых автомобилей. Уменьшение сопротивления качению и поэтому меньшее потребление топлива имеют значение также и для покрышек грузовых автомобилей.

Одновременное улучшение сопротивления качению, износа и силы сцепления, известное как расширение «магического треугольника», требует новых подходов к разработке каучукового композита. Осажденный диоксид кремния сыграл основную роль в появлении невулканизованной покрышки, которая отличается большим улучшением сопротивления качению в сопоставлении с тем, что имело место для технологий прошлого. Непосредственное вшивание диоксида кремния в высокосшитую полимерную матрицу при одновременном сведении к минимуму взаимодействий между частицами диоксида кремния, как представляется, имеет огромное значение для желательных динамических механических свойств. В натуральном каучуке белки, присутствующие вследствие его биосинтеза, могут преимущественно адсорбироваться на поверхности диоксида кремния, создавая помехи для реакции сочетания «по месту». Кроме того, как также было показано, увеличенные температуры выгрузки, которые могут улучшить эффективность реакции сочетания, приводят к деструкции натурального каучука.

Агентство по охране окружающей среды (АООС) США в рамках партнерского взаимодействия с Министерством транспорта (МТ) США недавно объявило о первых в истории стандартах по экономии топлива и выбросам парниковых газов для грузовых автомобилей средней и большой грузоподъемности. Преимущества от наполнения составов протекторов покрышек пассажирских автомобилей, полученных из стирол-бутадиенового каучука (SBR) и/или бутадиенового каучука (BR), аморфным осажденным диоксидом кремния были известны уже с 1976 года. К сожалению, технология диоксид кремния/силан не нашла для себя широкого применения в покрышках грузовых автомобилей.

Покрышки грузовых автомобилей обычно изготавливают из натурального каучука, который представляет собой биосинтетический латекс, производимый каучуконосным деревом Hevia Brasiliensis. Твердый натуральный каучук, получаемый в результате коагулирования, обычно содержит некоторые некаучуковые компоненты. Данные компоненты могут состоять из белков, липидов, Сахаров, золы и других примесей. Как предполагалось, традиционные способы переработки каучука, в которых агент реакции сочетания и наполнитель добавляют в смеситель независимо, в результате приводят к преимущественному адсорбированию белков на поверхности диоксида кремния, что, тем самым, своим результатом имеет неполноту реакции сочетания для силановых фрагментов. Белки, как давно было известно, адсорбируются на диоксиде кремния в результате действия сильных межмолекулярных взаимодействий. Кроме того, согласно теории неполнота реакции сочетания для функциональности диоксида кремния по отношению к концевым группам полимерных цепей в натуральном каучуке имеет место вследствие отсутствия в натуральном каучуке необходимого количества высокореакционноспособных боковых 1,2-винильных групп (которые присутствуют с переменными количествами в синтетических полимерах, использующихся в покрышках легковых автомобилей).

Кроме того, повышенные температуры перемешивания (в некоторых случаях доходящие вплоть до 150°C) для обеспечения оптимальной реакции сочетания «по месту» между силаном и диоксидом кремния, как прежде было показано, приводят к деструкции натурального каучука.

В соответствии с этим, для устранения вышеупомянутых недостатков желательны дополнительные усовершенствования технологии диоксид кремния/силан.

Раскрытие изобретения

Настоящее изобретение относится к способу получения подвергнутого обработке наполнителя, включающему:

(a) обработку суспензии, включающей неподвергнутый обработке наполнитель, где неподвергнутый обработке наполнитель прежде не высушивали, при использовании композиции для обработки, содержащей органосилан, описывающийся общей формулой (I)

где в общей формуле (I) R₁ независимо представляет собой органофункциональный углеводород, содержащий от 1 до 36 атомов углерода, где функциональная группа органофункционального углеводорода представляет собой винил, аллил, гексенил, эпокси, глицидокси, (мет)акрилокси, сульфид, изоцианато, полисульфид, меркапто или галоген; каждый R₂ независимо представляет собой углеводородную группу, содержащую от 1 до 36 атомов углерода, или водород, каждый X независимо представляет собой галоген или алкокси, содержащий от 1 до 36 атомов углерода; а составляет 0, 1, 2 или 3; b составляет 0, 1 или 2; (a+b) составляет 1, 2 или 3; при том условии, что в случае, когда b=1, (a+b) составит 2 или 3, для получения суспензии подвергнутого обработке наполнителя и

(b) высушивание упомянутой суспензии подвергнутого обработке наполнителя для получения подвергнутого обработке наполнителя.

Настоящее изобретение также предлагает способ получения подвергнутого обработке наполнителя, включающий:

(a) объединение силиката щелочного металла и кислоты для получения суспензии, включающей неподвергнутый обработке наполнитель, где упомянутый неподвергнутый обработке наполнитель прежде не высушивали;

(b) обработку упомянутой суспензии при использовании композиции для обработки, содержащей описанный выше органосилан, описьшающийся общей формулой (I), и

(c) высушивание упомянутой суспензии подвергнутого обработке наполнителя для получения подвергнутого обработке наполнителя.

Настоящее изобретение также относится к подвергнутому обработке наполнителю, полученному по данному способу, а также композициям для составления каучуковых смесей, включающим подвергнутый обработке наполнитель, и протектору покрышки, включающему подвергнутый обработке наполнитель настоящего изобретения.

Осуществление изобретения

Как упоминалось прежде, настоящее изобретение предлагает способ получения подвергнутого обработке наполнителя. Способ включает (a) обработку суспензии, включающей неподвергнутый обработке наполнитель, где упомянутый неподвергнутый обработке наполнитель прежде не высушивали, и высушивание суспензии подвергнутого обработке наполнителя для получения подвергнутого обработке наполнителя. Суспензию неподвергнутого обработке наполнителя (a) подвергают обработке при использовании композиции для обработки, содержащей органосилан, описьшающийся общей формулой (I)

где в общей формуле (I) R₁ независимо представляет собой органофункциональный углеводород, содержащий от 1 до 36 атомов углерода, где функциональная группа органофункционального углеводорода представляет собой винил, аллил, гексенил, эпокси, глицидокси, (мет)акрилокси, сульфид, изоцианато, полисульфид, меркапто или, что является предпочтительным, галоген; каждый R₂ независимо представляет собой углеводородную группу, содержащую от 1 до 36 атомов углерода, или водород, каждый X независимо представляет собой галоген или, что является предпочтительным, алкокси, содержащий от 1 до 36 атомов углерода; а составляет 0, 1, 2 или 3; b составляет 0, 1 или 2; (a+b) составляет 1, 2 или 3; при том условии, что в случае, когда b=1, (a+b) составит 2 или 3. В одном конкретном варианте осуществления настоящего изобретения композиция для обработки содержит органосилан, включающий галогенфункциональный органосилан, где X представляет собой алкокси; а составляет 1; b составляет 0; и функциональная группа органофункционального углеводорода R₁ представляет собой галоген.

В общем случае в способе настоящего изобретения силикат щелочного металла объединяют с водным раствором кислоты для получения суспензии неподвергнутого обработке наполнителя; после этого суспензию неподвергнутого обработке наполнителя подвергают обработке при использовании композиции для обработки, содержащей описанный выше органосилан, описывающийся формулой (I), и необязательно материал для обработки, описанный в настоящем документе ниже, для получения суспензии подвергнутого обработке наполнителя; и после этого суспензия подвергнутого обработке наполнителя может быть высушена при использовании обычных методик высушивания, известных на современном уровне техники, для получения подвергнутого обработке наполнителя настоящего изобретения.

В соответствии с использованием в настоящем документе, в описании изобретения и формуле изобретения, при обращении к наполнителю (то есть подвергнутому обработке и/или неподвергнутому обработке) термин «прежде не высушивали» обозначает наполнитель, который перед реализацией способа обработки не высушивали до уровня содержания влаги, меньшего, чем 20 массовых процентов. Для целей настоящего изобретения неподвергнутый обработке наполнитель не включает наполнитель, который прежде высушивали до уровня содержания влаги, меньшего, чем 20 массовых процентов, а после этого повторно гидратировали.

В соответствии с использованием в настоящем документе и формуле изобретения термин «наполнитель» обозначает неорганический оксид, который может быть использован в полимерной композиции, по существу, для улучшения по меньшей мере одного свойства упомянутого полимера. В соответствии с использованием в настоящем документе и формуле изобретения термин «суспензия» обозначает смесь, включающую по меньшей мере наполнитель и воду.

Неподвергнутые обработке наполнители, подходящие для использования в способе настоящего изобретения, могут включать широкий спектр материалов, известных специалисту в соответствующей области техники. Неограничивающие примеры могут включать неорганические оксиды, такие как неорганические дисперсные и аморфные твердые материалы, которые включают на обнаженной поверхности либо кислород (хемисорбированный или ковалентно связанный), либо гидроксил (связанный или свободный), такие как нижеследующие, но не ограничиваясь только этим: оксиды металлов в периодах 2, 3, 4, 5 и 6 из групп Ib, IIb, IIIa, IVa, IVb (за исключением углерода), Va, VIa, VIIa и VIII Периодической таблицы элементов из публикации Advanced Inorganic Chemistry: Ф Comprehensive Text by F. Albert Cotton et al., Fourth Edition, John Wiley and Sons, 1980. Неограничивающие примеры подходящих для использования неорганических оксидов могут включать нижеследующее, но не ограничиваются только этим: силикаты алюминия, диоксид кремния, такой как силикагель, коллоидальный диоксид кремния, осажденный диоксид кремния и их смеси.

Неорганическим оксидом могут быть диоксид кремния, например осажденный диоксид кремния, коллоидальный диоксид кремния и их смеси. Диоксид кремния характеризуется средним размером первичных частиц, меньшим, чем 0,1 микрона или большим, чем 0,001 микрона или находящимся в диапазоне от 0,01 до 0,05 микрона или от 0,015 до 0,02 микрона, согласно измерению при использовании электронного микроскопа. Кроме того, диоксид кремния может характеризоваться площадью поверхности в диапазоне от 25 до 1000 квадратных метров в расчете на один грамм или от 75 до 250 квадратных метров в расчете на один грамм или от 100 до 200 квадратных метров в расчете на один грамм согласно определению по методу Брунауэра, Эмметта и Теллера (БЭТ) в соответствии с документом ASTM D1993-91.

Как упоминалось прежде, суспензию неподвергнутого обработке наполнителя подвергают обработке при использовании композиции для обработки, содержащей подробно описанный выше органосилан, описывающийся общей формулой (I). В особенности подходящим для использования органосиланом, обладающим такой структурой, является галогенфункциональный органосилан, где X представляет собой алкокси, а составляет 1, b составляет 0, а функциональная группа органофункционального углеводорода R₁ представляет собой галоген. Например, композиция для обработки может содержать галогенфункциональный органосилан, выбираемый из (4-хлорметилфенил)триметоксисилана, (4-хлорметилфенил)триэтоксисилана, [2-(4-хлорметилфенил)этил]триметоксисилана, [2-(4-хлорметилфенил)этил]триэтоксисилана, (3-хлорпропенил)триметоксисилана, (3-хлорпропенил)триэтоксисилана, (3-хлорпропил)триэтоксисилана, (3-хлорпропил)триметоксисилана, триметокси(2-п-толилэтил)силана и/или триэтокси(2-п-толилэтил)силана.

В способе настоящего изобретения могут быть использованы и смеси любых из вышеупомянутых органосиланов.

Органосилан, описывающийся общей формулой (I), может присутствовать в суспензии в количестве в диапазоне от 0,25 до 30,0 массового процента, таком как от 1 до 15 массовых процентов или от 5 до 10 массовых процентов, в расчете на совокупную массу реагента SiO₂, который был осажден.

В дополнение к вышеупомянутому органосилану композиция для обработки может, кроме того, содержать материал для обработки (то есть материал, не подвергающийся реакции сочетания), выбираемый из анионных, неионных и амфотерных поверхностно-активных веществ и их смесей, где материал для обработки присутствует в количестве в диапазоне от более чем 1% вплоть до и с включением 25% (мас.) в расчете на совокупную массу реагента SiO₂, который был осажден. Например, материал для обработки может быть выбран из солей жирных кислот, алкилсаркозинатов, солей алкилсаркозинатов и их смесей. Конкретные неограничивающие примеры таких материалов для обработки могут быть найдены в публикации U.S. 7569107, во фрагменте от столбца 5, строки 9 до столбца 7, строки 21, процитированные части которой посредством ссылки включаются в настоящий документ. В одном конкретном варианте осуществления настоящего изобретения материал для обработки содержит один или несколько анионных поверхностно-активных веществ, выбираемых из группы, состоящей из стеарата натрия, стеарата аммония, кокоата аммония, лаурината натрия, кокоилсаркозината натрия, лауроилсаркозината натрия, натриевого мыла на основе твердого животного жира, натриевого мыла на основе кокосового масла, миристоилсаркозината натрия и стеароилсаркозиновой кислоты.

Материал для обработки обычно присутствует в количестве в диапазоне от более чем 1% вплоть до и с включением 25% (мас), например, от 2,0 до 20,0% или от 4 до 15%) или от 5 до 12% (мас.) в расчете на совокупную массу реагента SiO₂, который был осажден.

Композиция для обработки, подходящая для использования в способе настоящего изобретения, также может, кроме того, содержать серосодержащий органосилан, отличный от вышеупомянутого органосилана, использующегося при обработке суспензии стадии (a). Неограничивающие примеры таких материалов могут включать нижеследующее, но не ограничиваются только этим: органосиланы, описывающиеся общей формулой:

где каждый R₁ независимо может представлять собой органофункциональный углеводородный радикал, содержащий от 1 до 12 атомов углерода, где органофункциональная группа представляет собой сульфид, полисульфид или меркапто; каждый R₂ независимо может представлять собой углеводородную группу, содержащую от 1 до 18 атомов углерода, или водород, каждый X независимо может представлять собой галоген или радикал алкокси, содержащий от 1 до 12 атомов углерода, а может составлять 0, 1, 2 или 3, b может составлять 0, 1 или 2, и a+b может составлять 1, 2 или 3, при том условии, что в случае, когда b=1, a+b составит 2 или 3. Группы R₁ и R₂ могут быть выбраны таким образом, чтобы они могли бы вступать в реакцию с полимерной композицией, в которой может быть использован подвергнутый обработке наполнитель. В дополнение к этому, серосодержащий органосилан может включать бис(алкоксисилилалкил)полисульфиды, описывающиеся следующей далее структурной формулой

,

в которой «alk» представляет собой двухвалентный углеводородный радикал, содержащий от 1 до 18 атомов углерода; n′ представляет собой целое число в диапазоне от 2 до 12; и Z′ представляет собой:

где R₃ представляет собой алкильную группу, содержащую от 1 до 4 атомов углерода, или фенил, а R₄ представляет собой группу алкокси, содержащую от 1 до 8 атомов углерода, группу циклоалкокси, содержащую от 5 до 8 атомов углерода, или с прямой или разветвленной цепью группу алкилмеркапто, содержащую от 1 до 8 атомов углерода. Группы R₃ и R₄ могут быть идентичными или различными. Кроме того, двухвалентная группа alk может быть с прямой или разветвленной цепью, насыщенной или ненасыщенной алифатической углеводородной группой или циклической углеводородной группой. Неограничивающие примеры бис(алкоксисилилалкил)полисульфидов могут включать бис(2-триалкоксисилилэтил)полисульфиды, в которых группа триалкокси может представлять собой триметокси, триэтокси, три(метилэтокси), трипропокси, трибутокси и тому подобное вплоть до триоктилокси, а полисульфид может представлять собой либо ди-, либо три-, либо тетра-, либо пента-, либо гексасульфид, либо их смеси. Кроме того, неограничивающие примеры могут включать соответствующие бис(3-триалкоксисилилпропил)-, бис(3-триалкоксисилилизобутил)-, бис(4-триалкоксисилилбутил)- и тому подобное вплоть до бис(6-триалкоксисилилгексил)полисульфидов. Кроме того, неограничивающие примеры бис(алкоксисилилалкил)полисульфидов описываются в патенте США №3873489, в столбце 6, в строках 5-55 и в патенте США №5580919, в столбце 11, в строках 11-41. Кроме того, неограничивающие примеры таких соединений могут включать: 3,3′-бис(триметоксисилилпропил) дисульфид, 3,3′-бис(триэтоксисилилпропил)тетрасульфид, 3,3′-бис(триметоксисилилпропил)тетрасульфид, 2,2′-бис(триэтоксисилилэтил)тетрасульфид, 3,3′-бис(триметоксисилилпропил)трисульфид, 3,3′-бис(триэтоксисилилпропил)трисульфид, 3,3′-бис(трибутоксисилилпропил)дисульфид, 3,3′-бис(триметоксисилилпропил)гексасульфид и 3,3′-бис(триоктоксисилилпропил)тетрасульфид и их смеси.

Серосодержащий органосилан также может представлять собой меркаптометаллоорганическое соединение, описывающееся следующей далее структурной формулой

где M′ представляет собой кремний, L представляет собой галоген или -OR₆, Q представляет собой водород, C₁-C₁₂ алкил или галогензамещенный C₁-C₁₂ алкил, R₅ представляет собой C₁-C₁₂ алкилен, R6 представляет собой C₁-C₁₂ алкил или алкоксиалкил, содержащий от 2 до 12 атомов углерода, при этом упомянутые галоген или (галогеновые) группы представляют собой хлор, бром, йод или фтор, а n составляет 1, 2 или 3. В одном неограничивающем варианте осуществления могут быть использованы меркаптометаллоорганические реагенты, содержащие две группы меркапто.

Неограничивающие примеры подходящего меркаптометаллоорганического соединения (соединений) могут включать нижеследующее, но не ограничиваются только этим: меркаптометилтриметоксисилан, меркаптоэтилтриметоксисилан, меркаптопропилтриметоксисилан, меркаптометилтриэтоксисилан, меркаптоэтилтрипропоксисилан, меркаптопропилтриэтоксисилан, (меркаптометил)диметилэтоксисилан, (меркаптометил)метилдиэтоксисилан, 3-меркаптопропилметилдиметоксисилан и их смеси.

В одном конкретном варианте осуществления настоящего изобретения серосодержащий органосилан может представлять собой меркаптометаллоорганическое соединение, такое как меркаптосилан, отличный от органосилана, использующегося в композиции для обработки стадии (a), например, меркаптопропилтриметоксисилан и/или меркаптометилтриэтоксисилан.

Кроме того, предполагается то, что сераорганический органосилан, отличный от вышеупомянутого органосилана, использующегося на стадии (a) способа настоящего изобретения, может представлять собой меркаптометаллоорганическое соединение, в котором группа меркапто является блокированной, то есть, атом водорода меркапто замещен другой группой. Блокированные меркаптометаллоорганические соединения могут содержать ненасыщенный гетероатом или атом углерода, связанный непосредственно с атомом серы через одинарную связь. Неограничивающие примеры конкретных блокирующих групп могут включать тиокарбоксилатный сложный эфир, дитиокарбаматный сложный эфир, тиосульфонатный сложный эфир, тиосульфатный сложный эфир, тиофосфатный сложный эфир, тиофосфонатный сложный эфир, тиофосфинатный сложный эфир и тому подобное. В одном неограничивающем варианте осуществления, где в качестве материала, подвергающегося реакции сочетания, используют блокированное меркпатометаллоорганическое соединение, к смеси полимерных соединений может быть добавлен деблокирующий агент для деблокирования блокированного меркаптометаллоорганического соединения. В одном неограничивающем варианте осуществления, в котором в смеси присутствуют вода и/или спирт, для инициирования и промотирования потери блокирующей группы в результате гидролиза или алкоголиза в целях высвобождения соответствующих меркаптометаллоорганических соединений может быть использован катализатор, например, третичные амины, кислоты Льюиса или тиолы. Неограничивающие примеры блокированных меркаптосиланов могут включать нижеследующее, но не ограничиваются только этим: 2-триэтоксисилил-1-этилтиоацетат, 3-триметоксисилил-1-пропилтиооктаноат, бис(3-триэтоксисилил-1-пропил)метилдитиофосфонат, 3-триэтоксисилил-1-пропилдиметилтиофосфинат, 3-триэтоксисилил-1-пропилметилтиосульфат, 3-триэтоксисилил-1-пропилтолуолтиосульфонат и их смеси.

Количество данных необязательных серосодержащих органосиланов может варьироваться в широких пределах и может зависеть от конкретного выбранного материала. Например, количество данных необязательных серосодержащих органосиланов может быть большим, чем 0,1% в расчете на массу неподвергнутого обработке наполнителя, таким как величина в диапазоне от 0,5 до 25% в расчете на массу неподвергнутого обработке наполнителя или от 1 до 20% или от 2 до 15%.

В одном дополнительном варианте осуществления настоящего изобретения композиция для обработки также может, кроме того, содержать галогенфункциональный органосилан, который включает мономерное, димерное, олигомерное и/или полимерное соединение, содержащее галогеновую функциональность и алкандиоксисилильную функциональность, произведенную из (i) полигидроксилсодержащих соединений, в которых группа алкандиокси ковалентно связывается с одним атомом Si через связи Si-O с образованием кольца, и/или (ii) группы алкандиокси ковалентно связываются по меньшей мере с двумя атомами Si через связи Si-O с образованием димера, олигомера или полимера, в которых соседние силильные звенья связываются друг с другом через мостиковые структуры алканалкокси. Такие галогенфункциональные органосиланы подробно описываются в опубликованной патентной заявке Соединенных Штатов №2011/0003922 A1, опубликованной 6 января 2011 года, в абзацах от [0020] до [0057], процитированные части которой посредством ссылки включаются в настоящий документ.

Кроме того, композиция для обработки, подходящая для использования в способе настоящего изобретения, также может включать «органосиланы, не подвергающиеся реакции сочетания». В соответствии с использованием в настоящем документе термин «органосилан, не подвергающийся реакции сочетания» обозначает органосилан, который используется для улучшения совместимости подвергнутого обработке наполнителя настоящего изобретения с полимерной композицией, в которой, в конечном счете, используют подвергнутый обработке наполнитель. То есть органосилан, не подвергающийся реакции сочетания, может оказывать воздействие на свободную энергию поверхности частиц подвергнутого обработке наполнителя, приводя к получению частиц подвергнутого обработке наполнителя, имеющих энергию поверхности, подобную той, что и у полимерной композиции. Это облегчает включение подвергнутого обработке наполнителя в полимерную композицию и может использоваться для улучшения (то есть уменьшения) вязкости смеси для композиции. Необходимо отметить то, что силаны, не подвергающиеся реакции сочетания, предположительно не вступают в реакцию сочетания с каучуковой матрицей сверх того, что имеет место для ван-дер-ваальсовых взаимодействий. Некоторые неограничивающие примеры таких силанов, не подвергающихся реакции сочетания, включают октадецилтриэтоксисилан, октадецилтрихлорсилан, октадецилтриметоксисилан, пропилтриэтоксисилан, пропилтриметоксисилан, пропилтрихлорсилан, н-октилтриметоксисилан, н-октилтриэтоксисилан, н-октилтрихлорсилан, н-гексилтриметоксисилан, н-гексилтриэтоксисилан и/или н-гексилтрихлорсилан.

Необходимо понять то, что для целей настоящего изобретения любые из вышеупомянутых органосиланов, включая органосилан, обладающий описанной выше структурой (I), включают их неполные гидролизаты.

Подвергнутый обработке наполнитель настоящего изобретения может быть получен при использовании любых из широкого спектра способов, известных специалистам в соответствующей области техники. Например, в случае подвергнутого обработке наполнителя в виде подвергнутого обработке диоксида кремния подвергнутый обработке наполнитель будут получать в результате объединения водного раствора растворимого силиката металла с раствором кислоты для получения суспензии диоксида кремния; суспензия диоксида кремния необязательно может быть подвергнута старению; к необязательно подвергнутой старению суспензии диоксида кремния могут быть добавлены кислота или основание для регулирования значения pH суспензии; суспензия диоксида кремния может быть отфильтрована, необязательно промыта, а после этого высушена при использовании обычных методик, известных специалистам в соответствующей области техники. Композиция для обработки может быть добавлена на любой стадии в описанном выше способе перед высушиванием.

Дополнительное подробное описание способа получения подвергнутого обработке диоксида кремния может быть найдено ниже в настоящем документе в примерах.

Подходящие для использования силикаты металлов могут включать широкий спектр материалов, известных на современном уровне техники. Неограничивающие примеры могут включать нижеследующее, но не ограничиваются только этим: оксид алюминия, силикат лития, натрия, калия и их смеси. Кроме того, силикат металла может быть представлен следующей далее структурной формулой M₂O(SiO₂)x, где M может представлять собой оксид алюминия, литий, натрий или калий, а x может представлять собой целое число в диапазоне от 0,1 до 4.

Подходящие для использования кислоты могут быть выбраны из широкого спектра кислот, известных на современном уровне техники. Неограничивающие примеры могут включать нижеследующее, но не ограничиваются только этим: минеральные кислоты, органические кислоты, диоксид углерода и их смеси. Предпочтительной является серная кислота.

Как упоминалось выше, подвергнутые обработке наполнители, которые получают по способу настоящего изобретения, являются в особенности хорошо подходящими для использования при включении в органические полимерные композиции, например, любую органическую полимерную композицию, в которую в выгодном случае может быть включен подвергнутый обработке наполнитель. Материалы подвергнутых обработке наполнителей, полученные по способу настоящего изобретения, являются в особенности хорошо подходящими для использования в композициях для составления каучуковых смесей и, в частности, в каучуковых композициях, использующихся при изготовлении покрышек и компонентов покрышек, таких как протекторы покрышек.

Такие полимеры описываются в публикации Kirk Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, Fourth Edition, 1996, Volume 19, pp. 881-904, описание которой посредством ссылки включается в настоящий документ. Подвергнутый обработке наполнитель настоящего изобретения может быть примешан к полимеру или его полимеризуемым компонентам тогда, когда физическая форма полимера или полимеризуемых компонентов соответствует любой жидкости или позволяющей составлять смеси форме, такой как раствор, суспензия, латекс, дисперсия и тому подобное. Полимерные композиции, включающие подвергнутый обработке наполнитель настоящего изобретения, могут быть пропущены через вальцы, перемешаны, сформованы и отверждены по любому способу, известному на современном уровне техники, для изготовления полимерного изделия. Подходящие для использования полимеры могут включать нижеследующее, но не ограничиваются только этим: термопластические и термоотверждающиеся смолы, каучуковые составы и другие полимеры, обладающие эластомерными свойствами.

Вышеупомянутые полимеры могут включать, например, алкидные смолы, алкидные смолы, модифицированные маслом, ненасыщенные сложные полиэфиры, натуральные масла (например, льняное, тунговое, соевое), эпоксиды, найлоны, термопластический сложный полиэфир (например, полиэтилентерефталат, полибутилентерефталат), поликарбонаты, то есть термопластические и термоотверждающиеся, полиэтилены, полибутилены, полистиролы, полипропилены, этилен-пропиленовые со- и терполимеры, акриловые полимеры (гомополимер и сополимеры акриловой кислоты, акрилатов, метакрилатов, акриламидов, их солей, гидрогалогенидов и тому подобного), фенольные смолы, полиоксиметилен (гомополимеры и сополимеры), полиуретаны, полисульфоны, полисульфидные каучуки, нитроцеллюлозы, винилбутираты, виниловые полимеры (полимеры, включающие винилхлорид и/или винилацетат), этилцеллюлозу, ацетаты и бутираты целлюлозы, вискозное волокно, шеллак, воска, этиленовые сополимеры (например, сополимеры этилена-винилацетата, сополимеры этилена-акриловой кислоты, этиленакрилатные сополимеры), органические каучуки (как синтетические, так и природные каучуки) и тому подробное.

Количество подвергнутого обработке наполнителя, который может быть использован в полимерной композиции, может варьироваться в широких пределах в зависимости от полимерной композиции и желательных свойств изделия, изготавливаемого из полимерной композиции. Например, количество подвергнутого обработке наполнителя, присутствующего в полимерной композиции, может находиться в диапазоне от 5 вплоть до 70% (мас.) в расчете на совокупную массу полимерной композиции.

В одном неограничивающем варианте осуществления полимерная композиция может содержать органический каучук. Неограничивающие примеры таких каучуков могут включать нижеследующее, но не ограничиваются только этим: натуральный каучук; каучуки, которые получают в результате гомополимеризации бутадиена и его гомологов и производных, такие как: цис-1,4-полиизопрен; 3,4-полиизопрен; цис-1,4-полибутадиен; транс-1,4-полибутадиен; 1,2-полибутадиен; и каучуки, которые получают в результате сополимеризации бутадиена и его гомологов и производных совместно с одним или несколькими сополимеризуемыми мономерами, содержащими этиленовую ненасыщенность, такими как стирол и его производные, винилпиридин и его производные, акрилонитрил, изобутилен и алкилзамещенные акрилаты, такие как метилметакрилат. Кроме того, неограничивающие примеры могут включать стирол-бутадиеновый сополимерный каучук, образованный при различных уровнях процентного содержания стирола и бутадиена и использующий различные изомеры бутадиена в соответствии с пожеланиями (ниже в настоящем документе «SBR»); терполимеры стирольных, изопреновых и бутадиеновых полимеров и их различных изомеров; композиции сополимерного и терполимерного каучуков на акрилонитрильной основе; и композиции каучуков на изобутиленовой основе; или их смесь в соответствии с описанием, например, в патентах Соединенных Штатов №№4530959; 4616065; 4748199; 4866131; 4894420; 4925894; 5082901; и 5162409.

Неограничивающие примеры подходящих для использования органических полимеров могут включать сополимеры этилена с другими высшими альфа-олефинами, такими как пропилен, бутен-1 и пентен-1, и диеновым мономером. Органические полимеры могут быть блочными, статистическими или последовательными и могут быть получены по способам, известным на современном уровне техники, таким как нижеследующее, но не ограничивающимся только этим: способы эмульсионной (например, e-SBR) или растворной (например, s-SBR) полимеризации. Кроме того, неограничивающие примеры полимеров, предназначенных для использования в настоящем изобретении, могут включать полимеры, которые являются частично или полностью функционализованными, включая подвергнутые реакции сочетания или звездообразно-разветвленные полимеры. Дополнительные неограничивающие примеры функционализованных органических каучуков могут включать полихлоропрен, хлорбутил- и бромбутилкаучук, а также бромированный сополимерный каучук изобутилена-пара-метилстирола. В одном неограничивающем варианте осуществления органический каучук может представлять собой полибутадиен, полимер 5-SBR и их смеси.

Полимерная композиция может представлять собой отверждаемый каучук. Термин «отверждаемый каучук» предназначается для включения натурального каучука и его различных исходных и регенерированных форм, а также различных синтетических каучуков. В альтернативных неограничивающих вариантах осуществления отверждаемый каучук может включать комбинации из каучука SBR и бутадиенового каучука (BR), каучуки SBR, BR и натуральный каучук и любые другие комбинации из материалов, прежде описанных в качестве органических каучуков. При описании данного изобретения термины «каучук», «эластомер» и «эластомерный каучук» могут быть использованы взаимозаменяющим образом, если только не будет указано другого. Термины «каучуковая композиция», «составленная каучуковая смесь» и «каучуковый состав» используются взаимозаменяющим образом для обозначения каучука, который был смешан или перемешан с различными ингредиентами и материалами, и такие термины хорошо известны специалистам в области смешивания каучуков или составления каучуковых смесей.

Каучуковые композиции, содержащие подвергнутый обработке наполнитель, полученный по способу настоящего изобретения, могут быть использованы при изготовлении мириада каучуковых изделий, например, покрышки по меньшей мере один компонент которой, например, протектор, содержит отвержденную каучуковую композицию, а также других каучуковых изделий, таких как обувные подошвы, шланги, уплотнения, кабельные оболочки, прокладки, ремни и тому подобное. Каучуковые композиции, включающие подвергнутый обработке наполнитель, полученный по способу настоящего изобретения, являются в особенности выгодными для использования при изготовлении протекторов покрышек, характеризующихся низким сопротивлением качению и высоким сопротивлением износу, в особенности в случае протекторов покрышек на основе натурального каучука. Кроме того, согласно наблюдениям для таких композиций натурального каучука, включающих подвергнутый обработке наполнитель, полученный по способу настоящего изобретения, могут быть достигнуты меньшие температуры отверждения.

Настоящее изобретение более конкретно описывается в следующих далее примерах, которые предназначаются только для исполнения функции иллюстрации, поскольку специалистам в соответствующей области техники будут очевидными и многочисленные модификации и вариации настоящего изобретения. Если только не будет указано другого, то все части и все уровни процентного содержания будут массовыми.

Примеры

В части 1 описывается аналитическое испытание, проведенное для определения физических свойств образцов диоксида кремния. В части 2 описывается получение примера 1 и сравнительных примеров 1 и 2 и их характеристические свойства, приведенные в таблице 1. В части 3 описывается получение образцов каучуков и сравнительного примера 3 согласно представлению в таблицах 2 и 3. В части 4 описываются испытание и фи