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BR102024006182A2 - RUBBER COMPOSITION AND ARTICLE - Google Patents

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Publication number
BR102024006182A2
BR102024006182A2 BR102024006182-9A BR102024006182A BR102024006182A2 BR 102024006182 A2 BR102024006182 A2 BR 102024006182A2 BR 102024006182 A BR102024006182 A BR 102024006182A BR 102024006182 A2 BR102024006182 A2 BR 102024006182A2
Authority
BR
Brazil
Prior art keywords
phr
rubber
rubber composition
carbon black
silica
Prior art date
Application number
BR102024006182-9A
Other languages
Portuguese (pt)
Inventor
Daniel Lopez Gaxiola
Ryan Michael Schmidt
Original Assignee
The Goodyear Tire & Rubber Company
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by The Goodyear Tire & Rubber Company filed Critical The Goodyear Tire & Rubber Company
Publication of BR102024006182A2 publication Critical patent/BR102024006182A2/en

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L9/00Compositions of homopolymers or copolymers of conjugated diene hydrocarbons

Abstract

A presente invenção se refere, de acordo com um aspecto da modalidade exemplar, a uma composição de borracha que inclui pelo menos 20 phr de um material composto, pelo menos 3 phr de um elastômero dieno conjugado, um ativador de cura e um agente de cura à base de enxofre. O material composto inclui um negro de fumo de reforço disperso em borracha natural. O material composto e o elastômero dieno conjugado juntos fornecem pelo menos 90 phr de elastômeros vulcanizáveis na composição de borracha. A composição de borracha pode incluir ainda um enchimento de reforço diferente do negro de fumo. O enchimento de reforço pode incluir sílica. A composição de borracha pode incluir pelo menos 5 phr, ou pelo menos 8 phr de sílica, ou até 30 phr, ou até 18 phr de sílica.The present invention relates, according to one aspect of the exemplary embodiment, to a rubber composition that includes at least 20 phr of a compound material, at least 3 phr of a conjugated diene elastomer, a cure activator, and a sulfur-based curing agent. The compound material includes a reinforcing carbon black dispersed in natural rubber. The compound material and the conjugated diene elastomer together provide at least 90 phr of vulcanizable elastomers in the rubber composition. The rubber composition may further include a reinforcing filler other than carbon black. The reinforcing filler may include silica. The rubber composition may include at least 5 phr, or at least 8 phr of silica, or up to 30 phr, or up to 18 phr of silica.

Description

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃOFUNDAMENTALS OF THE INVENTION

[001] Aspectos da modalidade exemplificativa referem-se a composições adequadas para uso em uma variedade de componentes de pneus, tais como em uma banda de rodagem de pneu, base e em revestimentos de arame e, em particular, a composições que incorporam um composto de borracha natural pré-formado com negro de fumo em além da borracha natural na forma convencional.[001] Aspects of the exemplary embodiment relate to compositions suitable for use in a variety of tire components, such as in a tire tread, base, and in wire casings, and in particular to compositions incorporating a preformed natural rubber compound with carbon black in addition to natural rubber in conventional form.

[002] As bandas de rodagem dos pneus são comumente formadas a partir de borracha natural ou outros elastômeros que são misturados com vários aditivos, tais como enchimentos e auxiliares de cura, antes da adição de um agente de cura à base de enxofre, tal como enxofre elementar. Esses ingredientes de composição são frequentemente selecionados para melhorar os indicadores de desempenho relacionados ao desgaste da banda de rodagem e à quilometragem do pneu. Frequentemente, há uma compensação entre melhorias no desgaste e quilometragem da banda de rodagem e outros parâmetros, como resistência ao rasgo e ao rolamento.[002] Tire treads are commonly formed from natural rubber or other elastomers that are blended with various additives, such as fillers and curing aids, prior to the addition of a sulfur-based curing agent, such as elemental sulfur. These compounding ingredients are often selected to improve performance indicators related to tread wear and tire mileage. There is often a trade-off between improvements in tread wear and mileage and other parameters, such as tear and rolling resistance.

[003] A Patente U.S. Ns 8.536.262B2 descreve uma camada interna de borracha da banda de rodagem de um pneu formada a partir de uma borracha incluindo uma quantidade menor de 1,2-polibutadieno sindiotático e uma quantidade maior de pelo menos um dentre um polímero ou copolímero de isopreno e/ou 1,3- butadieno e um copolímero de estireno e isopreno e/ou 1,3-butadieno. A composição inclui ainda uma mistura de enchimentos de negro de fumo reforçados com borracha tendo valores de absorção de iodo (ASTM D2515) de cerca de 20 a cerca de 50 g/kg e 100 a cerca de 300 g/kg, respectivamente. A camada interna de borracha da banda de rodagem é posicionada entre a capa do pneu e a carcaça e é projetada para promover o manuseio do pneu, mantendo substancialmente a propriedade de histerese da borracha, reduzindo a tendência de acúmulo de calor interno durante o serviço do pneu. Embora benéfica, a adição de uma camada extra de rodagem pode aumentar o custo ou o tempo de construção do pneu.[003] U.S. Patent No. 8,536,262B2 describes a rubber inner layer of a tire tread formed from a rubber including a minor amount of syndiotactic 1,2-polybutadiene and a major amount of at least one of a polymer or copolymer of isoprene and/or 1,3-butadiene and a copolymer of styrene and isoprene and/or 1,3-butadiene. The composition further includes a mixture of rubber-reinforced carbon black fillers having iodine absorption values (ASTM D2515) of about 20 to about 50 g/kg and 100 to about 300 g/kg, respectively. The rubber inner layer of the tread is positioned between the tire cap and the carcass and is designed to promote tire handling while substantially maintaining the hysteresis property of the rubber, reducing the tendency for internal heat to build up during tire service. While beneficial, adding an extra tread layer can increase the cost or construction time of the tire.

[004] Recentemente, materiais compostos elastoméricos, que contêm látex de borracha natural e negro de fumo, foram desenvolvidos para uso em composições de pneus, como descrito, por exemplo, nas Patentes Nos. 9.156.955B2 e 10.767.028B2. Os compostos podem ser compostos com um agente de cura e outros aditivos para produzir uma composição adequada para formar uma banda de rodagem de pneu, por exemplo. No entanto, tais compostos tendem a fornecer uma gama limitada de propriedades.[004] Recently, elastomeric composite materials containing natural rubber latex and carbon black have been developed for use in tire compositions, as described, for example, in Patent Nos. 9,156,955B2 and 10,767,028B2. The compounds can be compounded with a curing agent and other additives to produce a composition suitable for forming a tire tread, for example. However, such compounds tend to provide a limited range of properties.

[005] Permanece a necessidade de composições de borracha formadas a partir de compostos que possam manter a resistência ao rolamento e as propriedades de rasgo dos pneus formados a partir das composições curadas sem impactar indevidamente o desgaste da banda de rodagem.[005] There remains a need for rubber compositions formed from compounds that can maintain the rolling resistance and tear properties of tires formed from the cured compositions without unduly impacting tread wear.

SUMÁRIO DA INVENÇÃOSUMMARY OF THE INVENTION

[006] De acordo com um aspecto da modalidade exemplar, uma composição de borracha inclui pelo menos 20 phr de um material composto, pelo menos 3 phr de um elastômero dieno conjugado, um ativador de cura e um agente de cura à base de enxofre. O material composto inclui um negro de fumo de reforço disperso em borracha natural. O material composto e o elastômero dieno conjugado juntos fornecem pelo menos 90 phr de elastômeros vulcanizáveis na composição de borracha.[006] According to one aspect of the exemplary embodiment, a rubber composition includes at least 20 phr of a compound material, at least 3 phr of a conjugated diene elastomer, a cure activator, and a sulfur-based curing agent. The compound material includes a reinforcing carbon black dispersed in natural rubber. The compound material and the conjugated diene elastomer together provide at least 90 phr of vulcanizable elastomers in the rubber composition.

[007] A composição de borracha pode incluir ainda um enchimento de reforço diferente do negro de fumo. O enchimento de reforço pode incluir sílica. A composição de borracha pode incluir pelo menos 5 phr, ou pelo menos 8 phr de sílica, ou até 30 phr, ou até 18 phr de sílica.[007] The rubber composition may further include a reinforcing filler other than carbon black. The reinforcing filler may include silica. The rubber composition may include at least 5 phr, or at least 8 phr of silica, or up to 30 phr, or up to 18 phr of silica.

[008] O material composto pode fornecer à composição de borracha pelo menos 20 phr do negro de fumo de reforço, ou pelo menos 30 phr, ou até 80 phr, ou até 55 phr do negro de fumo de reforço. O material composto pode fornecer à composição de borracha pelo menos 50 phr da borracha natural, ou pelo menos 70 phr, ou até 95 phr, ou até 90 phr da borracha natural. O material composto pode ser um sólido a 21°C e à pressão atmosférica.[008] The compound material may provide to the rubber composition at least 20 phr of the reinforcing carbon black, or at least 30 phr, or up to 80 phr, or up to 55 phr of the reinforcing carbon black. The compound material may provide to the rubber composition at least 50 phr of the natural rubber, or at least 70 phr, or up to 95 phr, or up to 90 phr of the natural rubber. The compound material may be a solid at 21°C and atmospheric pressure.

[009] O elastômero dieno conjugado pode incluir pelo menos um dentre borracha natural e poliisopreno sintético. A composição de borracha pode incluir pelo menos 5 phr do elastômero dieno conjugado, ou pelo menos 10 phr, ou até 50 phr, ou até 30 phr do elastômero dieno conjugado.[009] The conjugated diene elastomer may include at least one of natural rubber and synthetic polyisoprene. The rubber composition may include at least 5 phr of the conjugated diene elastomer, or at least 10 phr, or up to 50 phr, or up to 30 phr of the conjugated diene elastomer.

[010] O ativador de cura pode ser selecionado do grupo que consiste em ácidos graxos, óxido de zinco e misturas destes.[010] The cure activator may be selected from the group consisting of fatty acids, zinc oxide and mixtures thereof.

[011] A composição de borracha pode ainda incluir pelo menos 0,1 phr de pelo menos um auxiliar de processamento selecionado do grupo que consiste em uma resina, um óleo e suas misturas.[011] The rubber composition may further include at least 0.1 phr of at least one processing aid selected from the group consisting of a resin, an oil and mixtures thereof.

[012] A composição de borracha pode incluir ainda pelo menos 1 phr de pelo menos um dentre um antioxidante e um antiozonante e/ou pelo menos 0,5 phr de um acelerador de cura e/ou pelo menos 0,05 phr de um retardador de cura.[012] The rubber composition may further include at least 1 phr of at least one of an antioxidant and an antiozonant and/or at least 0.5 phr of a cure accelerator and/or at least 0.05 phr of a cure retarder.

[013] O material composto e o elastômero dieno conjugado podem juntos fornecer pelo menos 98 phr dos elastômeros vulcanizáveis na composição de borracha.[013] The composite material and the conjugated diene elastomer can together provide at least 98 phr of the vulcanizable elastomers in the rubber composition.

[014] Em outro aspecto da modalidade exemplar, um artigo é formado a partir da composição de borracha em qualquer um dos aspectos descritos acima. O artigo pode incluir uma banda de rodagem de pneu.[014] In another aspect of the exemplary embodiment, an article is formed from the rubber composition in any of the aspects described above. The article may include a tire tread.

[015] Em outro aspecto da modalidade exemplificativa, um método de formação de uma composição de borracha inclui misturar um material composto com um elastômero dieno conjugado a uma temperatura de pelo menos 115°C para formar uma mistura. O material composto inclui um negro de fumo de reforço disperso em borracha natural. O material composto e o elastômero dieno conjugado juntos fornecem pelo menos 90 phr de um total de 100 phr de elastômeros vulcanizáveis. A mistura é misturada com um agente de cura à base de enxofre para formar a composição de borracha.[015] In another aspect of the exemplary embodiment, a method of forming a rubber composition includes mixing a composite material with a conjugated diene elastomer at a temperature of at least 115°C to form a mixture. The composite material includes a reinforcing carbon black dispersed in natural rubber. The composite material and the conjugated diene elastomer together provide at least 90 phr of a total of 100 phr of vulcanizable elastomers. The mixture is mixed with a sulfur-based curing agent to form the rubber composition.

[016] No método, a mistura pode ainda incluir sílica.[016] In the method, the mixture may also include silica.

[017] O método pode incluir ainda a cura da composição de borracha para formar um artigo moldado.[017] The method may further include curing the rubber composition to form a molded article.

DESCRIÇÃO DETALHADADETAILED DESCRIPTION

[018] Aspectos da modalidade exemplificativa referem-se a uma composição de borracha adequada para uso na formação de um artigo moldado ou extrudado, e a um artigo formado a partir da composição, tal como uma banda de rodagem de pneu. A composição inclui um material composto pré-formado, um elastômero à base de dieno conjugado, uma carga de reforço, tal como sílica, um agente de cura à base de enxofre e, opcionalmente, um ou mais dentre auxiliares de processamento, tais como óleos e ceras, agentes de acoplamento, antioxidantes, antiozonantes, outros componentes de um pacote de cura à base de enxofre, tais como ativadores de cura, aceleradores de cura e retardadores de cura e outros aditivos conhecidos na técnica.[018] Aspects of the exemplary embodiment relate to a rubber composition suitable for use in forming a molded or extruded article, and to an article formed from the composition, such as a tire tread. The composition includes a preformed composite material, a conjugated diene-based elastomer, a reinforcing filler such as silica, a sulfur-based curing agent, and optionally one or more of processing aids such as oils and waxes, coupling agents, antioxidants, antiozonants, other components of a sulfur-based cure package such as cure activators, cure accelerators, and cure retarders, and other additives known in the art.

[019] O material composto exemplificativo inclui borracha natural e negro de fumo como componentes principais. A combinação do material composto e da borracha à base de dieno conjugada separada resulta em uma composição de borracha curada com uma morfologia multifásica, na qual o negro de fumo é heterogeneamente disperso na composição de borracha, o que proporciona boa resistência ao rolamento e propriedades de rasgo dos pneus sem impactar indevidamente desgaste da rodagem.[019] The exemplary composite material includes natural rubber and carbon black as the main components. The combination of the composite material and the separate conjugated diene-based rubber results in a cured rubber composition with a multiphase morphology in which the carbon black is heterogeneously dispersed in the rubber composition, which provides good rolling resistance and tire tear properties without unduly impacting tread wear.

[020] Na descrição desta invenção, o termo “phr” refere-se a partes de um respectivo material por 100 partes em peso de borracha ou elastômero. O termo “phf” refere-se a partes por cem cargas, em peso. Por convenção, a borracha não curada empregada na composição selante totaliza 100 phr.[020] In the description of this invention, the term "phr" refers to parts of a respective material per 100 parts by weight of rubber or elastomer. The term "phf" refers to parts per hundred loads, by weight. By convention, the uncured rubber employed in the sealant composition totals 100 phr.

[021] Os termos “borracha” e “elastômero” podem ser usados indistintamente, salvo indicação em contrário. Os termos “curar” e “vulcanizar” podem ser usados indistintamente, salvo indicação em contrário.[021] The terms “rubber” and “elastomer” may be used interchangeably unless otherwise indicated. The terms “cure” and “vulcanize” may be used interchangeably unless otherwise indicated.

[022] Tal como aqui utilizado, a viscosidade Mooney (ML 1+4) é medida em M.U. a 100°C de acordo com ASTM D1646-19a, “Métodos de teste Padrão para Borracha - Viscosidade, Relaxamento de Tensão e Pré-Vulcanização (Viscosímetro Mooney)”[022] As used herein, Mooney viscosity (ML 1+4) is measured in M.U. at 100°C in accordance with ASTM D1646-19a, “Standard Test Methods for Rubber—Viscosity, Stress Relaxation, and Prevulcanization (Mooney Viscometer).”

[023] A temperatura de transição vítrea (Tg) de um elastômero ou composição de elastômero, quando aqui referida, representa a(s) temperatura(s) de transição vítrea do respectivo elastômero ou composição de elastômero em seu estado não curado ou possivelmente um estado curado no caso de uma composição de elastômero. Os valores de Tg aqui referidos são determinados como um ponto médio de pico por um calorímetro de varredura diferencial (DSC) a uma taxa de aumento de temperatura de 10°C por minuto, de acordo com ASTM D3418-21, “Método de Teste Padrão para Temperaturas de Transição e Entalpias de Fusão e Cristalização de Polímeros por Calorimetria Diferencial de Varredura.”[023] The glass transition temperature (Tg) of an elastomer or elastomer composition, when referred to herein, represents the glass transition temperature(s) of the respective elastomer or elastomer composition in its uncured state or possibly a cured state in the case of an elastomer composition. The Tg values referred to herein are determined as a peak midpoint by a differential scanning calorimeter (DSC) at a temperature rise rate of 10°C per minute in accordance with ASTM D3418-21, “Standard Test Method for Transition Temperatures and Enthalpies of Melting and Crystallization of Polymers by Differential Scanning Calorimetry.”

O material compostoThe composite material

[024] O material composto inclui borracha natural e um negro de fumo de reforço, que é disperso na borracha natural. Em uma modalidade, borracha natural e negro de fumo juntos constituem pelo menos 90% em peso ou pelo menos 95% em peso, ou pelo menos 98% em peso ou até 100% em peso do material composto.[024] The composite material includes natural rubber and a reinforcing carbon black, which is dispersed in the natural rubber. In one embodiment, natural rubber and carbon black together constitute at least 90 wt. %, or at least 95 wt. %, or at least 98 wt. %, or up to 100 wt. % of the composite material.

[025] Numa modalidade, o material composto tem uma viscosidade Mooney não superior a 100 M.U., ou não superior a 85 M.U., ou pelo menos 60 M.U. O material composto pode ser um sólido ou um líquido que pode ser derramado à temperatura ambiente (21°C) e à pressão atmosférica. Numa outra modalidade, o material composto pode ser um material sólido à temperatura ambiente, por exemplo, na forma de tiras ou migalhas.[025] In one embodiment, the composite material has a Mooney viscosity of not more than 100 M.U., or not more than 85 M.U., or at least 60 M.U. The composite material may be a solid or a liquid that is pourable at room temperature (21°C) and atmospheric pressure. In another embodiment, the composite material may be a solid material at room temperature, for example in the form of strips or crumbs.

[026] O material composto não é vulcanizado e está livre de agentes de cura à base de enxofre e agentes de cura organo peróxidos. O material composto também pode estar livre de cargas de reforço, diferentes do negro de fumo, e livre de aceleradores de cura, ativadores de cura e retardadores de cura, exemplos dos quais são mencionados abaixo.[026] The composite material is non-vulcanized and is free of sulfur-based curing agents and organoperoxide curing agents. The composite material may also be free of reinforcing fillers other than carbon black and free of cure accelerators, cure activators and cure retarders, examples of which are mentioned below.

[027] O material composto pode ser usado na composição de borracha em uma quantidade de pelo menos 20 phr, ou pelo menos 30 phr, ou pelo menos 50 phr, ou pelo menos 80 phr ou pelo menos 100 phr, ou até 160 phr. , ou até 150 phr, ou até 140 phr. O teor de elastômero (principalmente borracha natural) no material composto contribui para o total de 100 phr de elastômeros na composição da borracha. Consequentemente, o phr máximo do material composto na composição de borracha depende, pelo menos em parte, do seu teor de borracha. Por exemplo, o material composto pode fornecer pelo menos 10 phr, ou pelo menos 20 phr ou pelo menos 50 phr, ou pelo menos 60 phr, ou pelo menos 70 phr, ou pelo menos 80 phr, ou até 95 phr, ou até a 90 phr do total de elastômeros na composição de borracha.[027] The compound material may be used in the rubber composition in an amount of at least 20 phr, or at least 30 phr, or at least 50 phr, or at least 80 phr, or at least 100 phr, or up to 160 phr, or up to 150 phr, or up to 140 phr. The elastomer (primarily natural rubber) content in the compound material contributes to the total 100 phr of elastomers in the rubber composition. Consequently, the maximum phr of the compound material in the rubber composition depends, at least in part, on its rubber content. For example, the composite material may provide at least 10 phr, or at least 20 phr, or at least 50 phr, or at least 60 phr, or at least 70 phr, or at least 80 phr, or up to 95 phr, or up to 90 phr of the total elastomers in the rubber composition.

[028] O material composto pode contribuir com pelo menos 10 phr, ou pelo menos 15 phr, ou pelo menos 20 phr, ou pelo menos 30 phr, ou pelo menos 40 phr, ou até 80 phr, ou até 60 phr, ou até 50 phr de negro de fumo na composição da borracha.[028] The composite material may contribute at least 10 phr, or at least 15 phr, or at least 20 phr, or at least 30 phr, or at least 40 phr, or up to 80 phr, or up to 60 phr, or up to 50 phr of carbon black to the rubber composition.

[029] Uma proporção de negro de fumo para borracha natural no material composto, em peso, pode ser de pelo menos 20:80, ou pelo menos 30:70, ou até 50:50, ou até 40:60, tal como cerca de 35:65.[029] A ratio of carbon black to natural rubber in the composite material, by weight, may be at least 20:80, or at least 30:70, or up to 50:50, or up to 40:60, such as about 35:65.

[030] O negro de fumo no material composto pode ser um único negro de fumo de reforço ou pode incluir dois ou mais tipos diferentes de negro de fumo.[030] The carbon black in the composite material may be a single reinforcing carbon black or may include two or more different types of carbon black.

[031] Os negros de fumo úteis no material composto podem ter uma área superficial de nitrogênio (NSA) de 15 m2/g a 300 m2/g, ou pelo menos 40 m2/g, conforme determinado de acordo com ASTM D6556-21, “Método Padrão de Teste para Negro de Fumo - Área Superficial Total e Externa por Adsorção de Nitrogênio”. Negros de fumo exemplares incluem designações ASTM N110, N121, N134, N220, N231, N234, N242, N293, N299, N315, N326, N330, N332, N339, N343, N347, N351, N358, N375, N539, N550, N582, N630, N642, N650, N683, N754, N762, N765, N774, N787, N907, N908, N990 e N991, conforme especificado pela ASTM D1765-21, “Sistema de Classificação Padrão para Negros de Fumo usados em Produtos de Borracha”.[031] Carbon blacks useful in the composite material may have a nitrogen surface area (NSA) of 15 m2/g to 300 m2/g, or at least 40 m2/g, as determined in accordance with ASTM D6556-21, “Standard Test Method for Carbon Black - Total and External Surface Area by Nitrogen Adsorption.” Exemplary carbon blacks include ASTM designations N110, N121, N134, N220, N231, N234, N242, N293, N299, N315, N326, N330, N332, N339, N343, N347, N351, N358, N375, N539, N550, N582, N630, N642, N650, N683, N754, N762, N765, N774, N787, N907, N908, N990, and N991, as specified by ASTM D1765-21, “Standard Classification System for Carbon Blacks used in Rubber Products.”

[032] Podem ser empregadas misturas de duas ou mais formas de negro de fumo. Um exemplo de um material composto adequado para uso neste documento, que inclui dois tipos de negro de fumo, é descrito na Patente U.S N 10.767.028B2. Outros materiais compostos com diferentes negros de fumo são descritos na Publicação U.S. N 20100071817 A1.[032] Blends of two or more forms of carbon black may be employed. An example of a composite material suitable for use herein that includes two types of carbon black is described in U.S. Patent No. 10,767,028B2. Other composite materials containing different carbon blacks are described in U.S. Publication No. 20100071817 A1.

[033] Em uma modalidade, o negro de fumo é pré-tratado antes da formação do material composto, por exemplo, com silício. Um exemplo de negro de fumo tratado com silício está disponível na Cabot Corporation como CRX™ 2000 ECOBLACK®.[033] In one embodiment, the carbon black is pretreated prior to formation of the composite material, for example, with silicon. An example of a silicon-treated carbon black is available from Cabot Corporation as CRX™ 2000 ECOBLACK®.

[034] Materiais compostos exemplares que incluem negro de fumo e borracha natural estão disponíveis na Cabot Corporation como Engineered Elastomer Composites (E2C™), tal como E2C™ DX9620 e E2C™ DX9640. E2C™ DX9620 tem uma Viscosidade Mooney ML(1+4) a 100°C, de cerca de 69 M.U., um módulo de 300% de cerca de 17,0 MPa, uma resistência à tração de cerca de 29,8 MPa, um alongamento na ruptura de cerca de 528% e um tan δ a 60°C de cerca de 0,130. E2C™ DX9640 tem uma viscosidade Mooney de cerca de 84 M.U., um módulo de 300% de cerca de 18,5 MPa, uma resistência à tração de cerca de 30,1 MPa, um alongamento na Ruptura de cerca de 473% e um tan δ a 60°C de cerca de 0,15.[034] Exemplary composite materials including carbon black and natural rubber are available from Cabot Corporation as Engineered Elastomer Composites (E2C™), such as E2C™ DX9620 and E2C™ DX9640. E2C™ DX9620 has a Mooney Viscosity ML(1+4) at 100°C of about 69 M.U., a 300% modulus of about 17.0 MPa, a tensile strength of about 29.8 MPa, an elongation at break of about 528%, and a tan δ at 60°C of about 0.130. E2C™ DX9640 has a Mooney viscosity of about 84 M.U., a 300% modulus of about 18.5 MPa, a tensile strength of about 30.1 MPa, an elongation at break of about 473% and a tan δ at 60°C of about 0.15.

[035] Quando duas ou mais formas de carbono são usadas, um primeiro dos negros de fumo no composto pode ter sido tratado termicamente a uma temperatura entre 1100°C e 1800°C para fornecer uma estrutura mais cristalina do que o segundo negro de fumo. O primeiro negro de fumo parcialmente cristalizado pode ter uma estrutura OAN de 120 cm3/100 g a 200 cm3/100 g, conforme determinado de acordo com ASTM D2414-22, “Método de Teste Padrão para Negro de Fumo - Número de absorção de óleo (OAN)”, e um tamanho planar microcristalino Raman (La) de 25 A a 50 A, conforme determinado usando o método de Gruber et al., “Raman Studies of Heat-Treated Carbon Blacks”, Carbon, Vol. 32 (7), pp. 1377 1382 (1994).[035] When two or more forms of carbon are used, a first of the carbon blacks in the composite may have been heat treated at a temperature between 1100°C and 1800°C to provide a more crystalline structure than the second carbon black. The partially crystallized first carbon black may have an OAN structure of 120 cm3/100 g to 200 cm3/100 g, as determined in accordance with ASTM D2414-22, “Standard Test Method for Carbon Black—Oil Absorption Number (OAN),” and a Raman microcrystalline planar size (La) of 25 A to 50 A, as determined using the method of Gruber et al., “Raman Studies of Heat-Treated Carbon Blacks,” Carbon, Vol. 32 (7), pp. 1377–1382 (1994).

[036] Em uma modalidade específica, o negro de fumo tem uma área de superfície externa, conforme medida por STSA, de pelo menos 95 m2/g e uma adsorção de ftalato de dibutila superior a 80 mL/100 g, e o material composto inclui pelo menos 65 phr do negro de fumo. Em outra modalidade específica, o negro de fumo tem uma área superficial de pelo menos 75 m2/g conforme medido por STSA e uma adsorção de ftalato de dibutila superior a 60 mL/100 g, e o material composto inclui pelo menos 70 phr do negro de fumo . Em outra modalidade específica, o negro de fumo está presente no material composto em uma quantidade que atente L^- 0,26*S+94, onde L é a quantidade de negro de fumo no material composto em phr e S é a área superficial do negro de fumo em m2/g conforme medido pela STSA. Estes e outros materiais compostos adequados são descritos, por exemplo, na Publicação U.S. N° 20150105491 A1.[036] In a specific embodiment, the carbon black has an external surface area, as measured by STSA, of at least 95 m2/g and a dibutyl phthalate adsorption of greater than 80 mL/100 g, and the composite material includes at least 65 phr of the carbon black. In another specific embodiment, the carbon black has a surface area of at least 75 m2/g as measured by STSA and a dibutyl phthalate adsorption of greater than 60 mL/100 g, and the composite material includes at least 70 phr of the carbon black. In another specific embodiment, the carbon black is present in the composite material in an amount that meets L^- 0.26*S+94, where L is the amount of carbon black in the composite material in phr and S is the surface area of the carbon black in m2/g as measured by STSA. These and other suitable composite materials are described, for example, in U.S. Publication No. 20150105491 A1.

[037] Embora o material composto possa consistir essencialmente em negro de fumo e borracha natural (por exemplo, estes dois materiais são pelo menos 95% em peso ou pelo menos 98% em peso, ou até 100% em peso do material composto, no total), também está contemplado que o material composto pode incluir outros componentes. Por exemplo, em uma modalidade, de 2 a 25% em peso, ou até 15% em peso, ou até 8% em peso, do composto pode ser composto de outros elastômeros formadores de borracha. Estes outros elastômeros podem incluir outros elastômeros de dieno conjugados, tais como cis-1,4-poliisopreno sintético, polibutadienos, copolímeros de butadieno, copolímeros de isopreno e misturas destes elastômeros. Os copolímeros adequados podem ser selecionados do grupo que consiste em copolímeros de butadieno/estireno, copolímeros de isopreno/butadieno, copolímeros de isopreno/estireno e copolímeros de isopreno/butadieno/estireno.[037] Although the composite material may consist essentially of carbon black and natural rubber (e.g., these two materials are at least 95 wt. %, or at least 98 wt. %, or up to 100 wt. % of the composite material, in total), it is also contemplated that the composite material may include other components. For example, in one embodiment, from 2 to 25 wt. %, or up to 15 wt. %, or up to 8 wt. %, of the composite may be composed of other rubber-forming elastomers. These other elastomers may include other conjugated diene elastomers, such as synthetic cis-1,4-polyisoprene, polybutadienes, butadiene copolymers, isoprene copolymers, and blends of these elastomers. Suitable copolymers may be selected from the group consisting of butadiene/styrene copolymers, isoprene/butadiene copolymers, isoprene/styrene copolymers, and isoprene/butadiene/styrene copolymers.

[038] O material composto pode ser formado misturando o negro de fumo com a borracha natural por um tempo suficiente a uma temperatura adequada (por exemplo, pelo menos 100°C, ou pelo menos 120°C), para obter uma mistura altamente dispersa. Numa modalidade, o negro de fumo é adicionado à borracha natural como uma pasta e a mistura é coagulada utilizando um coagulante, tal como um ácido. Um método desse tipo é descrito na Patente N 9.156.955 B2. A pasta pode ser formada misturando negro de fumo e água, que pode ser moída para melhorar a dispersão, conforme descrito, por exemplo, na Publicação N° 20150105491 A1. O Elastômero à Base de Dieno conjugado[038] The composite material may be formed by mixing carbon black with natural rubber for a sufficient time at a suitable temperature (e.g., at least 100°C, or at least 120°C), to obtain a highly dispersed mixture. In one embodiment, carbon black is added to natural rubber as a paste and the mixture is coagulated using a coagulant, such as an acid. One such method is described in Patent No. 9,156,955 B2. The paste may be formed by mixing carbon black and water, which may be ground to improve dispersion, as described, for example, in Publication No. 20150105491 A1. The Conjugated Diene-Based Elastomer

[039] O elastômero à base de dieno conjugado (que não faz parte do material composto) pode estar presente na composição de borracha em uma quantidade de pelo menos 3 phr, ou pelo menos 5 phr, ou pelo menos 6 phr, ou pelo menos 8 phr, ou pelo menos 10 phr, ou pelo menos 12 phr, e/ou até 90 phr, ou até 80 phr, ou até 60 phr, ou até 40 phr, ou até 30 phr, ou até 20 phr ou até 16 phr, como em uma faixa de 10 a 30 phr.[039] The conjugated diene-based elastomer (which is not part of the compound material) may be present in the rubber composition in an amount of at least 3 phr, or at least 5 phr, or at least 6 phr, or at least 8 phr, or at least 10 phr, or at least 12 phr, and/or up to 90 phr, or up to 80 phr, or up to 60 phr, or up to 40 phr, or up to 30 phr, or up to 20 phr, or up to 16 phr, such as in a range of 10 to 30 phr.

[040] Em uma modalidade, uma proporção em peso do elastômero à base de dieno conjugado para a borracha natural presente no material composto é de pelo menos 5:95, ou pelo menos 6:94, ou pelo menos 10:90, ou pelo menos pelo menos 12:88, ou até 30:70, ou até 25:75, ou até 20:80.[040] In one embodiment, a weight ratio of the conjugated diene-based elastomer to the natural rubber present in the composite material is at least 5:95, or at least 6:94, or at least 10:90, or at least at least 12:88, or up to 30:70, or up to 25:75, or up to 20:80.

[041] O elastômero à base de dieno conjugado consiste em um ou mais elastômeros derivados unicamente ou predominantemente (por exemplo, pelo menos 60% em peso, ou pelo menos 90% em peso, ou pelo menos 95% em peso), de um conjugado dieno. Por exemplo, o elastômero à base de dieno conjugado pode ser selecionado dentre borracha natural, poliisopreno sintético, polibutadieno e misturas e copolímeros destes. Todos esses elastômeros incluem uma ligação dupla em cada unidade monomérica.[041] The conjugated diene-based elastomer consists of one or more elastomers derived solely or predominantly (e.g., at least 60 wt. %, or at least 90 wt. %, or at least 95 wt. %) from a conjugated diene. For example, the conjugated diene-based elastomer may be selected from natural rubber, synthetic polyisoprene, polybutadiene, and blends and copolymers thereof. All such elastomers include a double bond in each monomer unit.

[042] A borracha natural é derivada predominantemente de isopreno (2-metil- 1,3-butadieno) e, portanto, é predominantemente (por exemplo, pelo menos 99% em peso) de poliisopreno. Tal como aqui utilizado, o termo "borracha natural" significa borracha que ocorre naturalmente, tal como pode ser colhida de fontes como seringueiras Hevea e fontes não-Hevea (por exemplo, arbustos de guayule e dentes- de-leão, tais como TKS). Em outras palavras, o termo “borracha natural” deve ser interpretado de modo a excluir borracha sintética de poliisopreno. A borracha natural produzida a partir do coágulo de campo (cuplump) da árvore Hevea brasileira é uma forma comum de borracha natural. Por exemplo, borracha tecnicamente especificada ou em bloco (TSR), é uma borracha natural disponível na Indonésia, onde pode ser referida como Borracha Indonésia Padrão (SIR), Malásia (como SMR) e Tailândia (como STR). Pode ser obtido em vários graus, incluindo TSR 10 e TSR 20, sendo o grau TSR 10 de maior pureza.[042] Natural rubber is derived predominantly from isoprene (2-methyl-1,3-butadiene) and is therefore predominantly (e.g., at least 99% by weight) polyisoprene. As used herein, the term “natural rubber” means naturally occurring rubber, such as may be harvested from sources such as Hevea rubber trees and non-Hevea sources (e.g., guayule bushes and dandelions, such as TKS). In other words, the term “natural rubber” should be construed to exclude synthetic polyisoprene rubber. Natural rubber produced from the cuplump of the Brazilian Hevea tree is a common form of natural rubber. For example, technically specified or lump rubber (TSR), is a natural rubber available in Indonesia, where it may be referred to as Standard Indonesian Rubber (SIR), Malaysia (as SMR), and Thailand (as STR). It can be obtained in several grades, including TSR 10 and TSR 20, with TSR 10 being the purest grade.

[043] Em uma modalidade, o elastômero à base de dieno conjugado tem pelo menos 60% em peso de borracha natural, ou pelo menos 80% em peso ou pelo menos 90% em peso, ou pelo menos 95% em peso, ou até 100% em peso borracha natural.[043] In one embodiment, the conjugated diene-based elastomer is at least 60 wt % natural rubber, or at least 80 wt %, or at least 90 wt %, or at least 95 wt %, or up to 100 wt % natural rubber.

[044] Em algumas modalidades, o poliisopreno sintético, em particular, cis- 1,4-poliisopreno com um teor de cis de pelo menos 94% em peso ou pelo menos 96% em peso, pode ser usado no elastômero à base de dieno conjugado. A Tg do poliisopreno sintético pode estar na faixa de -60°C a -70°C. m ima modalidade, uma mistura de poliisopreno sintético e borracha natural é usada como elastômero à base de dieno conjugado.[044] In some embodiments, synthetic polyisoprene, in particular, cis-1,4-polyisoprene having a cis content of at least 94 wt % or at least 96 wt %, can be used in the conjugated diene-based elastomer. The Tg of the synthetic polyisoprene can be in the range of -60°C to -70°C. In one embodiment, a blend of synthetic polyisoprene and natural rubber is used as the conjugated diene-based elastomer.

[045] Outros elastômeros à base de dieno conjugado que opcionalmente podem estar presentes em quantidades menores (por exemplo, totalizando até 10 phr, ou até 5 phr, ou até 2 phr) podem incluir um ou mais dentre borracha de butadieno (BR), copolímero de isopreno-isobutileno e borracha halobutílica, por exemplo, borracha de bromobutil e borracha clorobutílica.[045] Other conjugated diene-based elastomers that may optionally be present in lesser amounts (e.g., totaling up to 10 phr, or up to 5 phr, or up to 2 phr) may include one or more of butadiene rubber (BR), isoprene-isobutylene copolymer, and halobutyl rubber, e.g., bromobutyl rubber and chlorobutyl rubber.

Outros Elastômeros VulcanizáveisOther Vulcanizable Elastomers

[046] Além da borracha natural presente no material composto e do elastômero à base de dieno conjugado, outros elastômeros vulcanizáveis podem estar presentes na composição de borracha em quantidades menores (por exemplo, totalizando até 10 phr, ou até 5 phr, ou até 2 phr), e pode ser selecionado entre borracha nitrílica, borrachas líquidas, copolímero de polinorborneno, borracha de etileno-propileno-dieno, borracha de cloropreno, borracha de acrilato, borracha de flúor, borracha de silicone, borracha de polissulfeto, borracha de epicloridrina, borracha de termopolímero estireno-isopreno-butadieno terpolímero, borracha de acrilonitrila butadieno hidratada, copolímero de isopreno-butadieno, borracha butílica, borracha de estireno-butadieno hidrogenada, borracha de butadieno acrilonitrila, um terpolímero formado a partir de monômeros de etileno, monômeros de propileno e/ou monômero de etileno propileno dieno (EPDM), copolímeros em bloco à base de isopreno, copolímeros em bloco à base de butadieno, copolímeros em bloco de estireno, copolímero em bloco de estireno-butadieno-estireno (SBS), estireno- copolímero em bloco de etileno/butileno-estireno (SEBS), copolímero em bloco de estireno-[etileno-(etileno/propileno)]-estireno (SEEPS), copolímero em bloco de estireno-isopreno-estireno (SIS), copolímeros de estirênico aleatórios, copolímeros em bloco de estireno hidrogenado, copolímeros de estireno butadieno, poliisobutileno, polímeros de etileno vinil acetato (EVA), poliolefinas, poliolefinas amorfas, poliolefinas semicristalinas, alfa-poliolefinas, poliolefinas prontas para reator, acrilatos, polímeros e elastômeros de poliolefina catalisados por metaloceno, elastômeros de poliolefina termoplástica feitos em reator, copolímero em bloco de olefina, copolímero em bloco de copoliéster, copolímero em bloco de poliuretano, copolímero em bloco de poliamida, poliolefinas termoplásticas, vulcanizados termoplásticos, copolímero de etileno acetato de vinila, copolímero de etileno acrilato de n-butila, copolímero de etileno metil acrilato, neopreno, acrílicos, uretano, poli(acrilato) ), copolímero de etileno ácido acrílico, poliéter éter cetona, poliamida, polipropileno atático, polietileno incluindo polipropileno atático, polímeros de etileno-propileno, polímeros de propileno- hexeno, polímeros de etileno-buteno, polímeros de etileno octeno, polímeros de propileno-buteno, polímeros de propileno-octeno, polímeros de polipropileno catalisados por metaloceno, polímeros de polietileno catalisados por metaloceno, terpolímeros de etileno-propileno-butileno, copolímeros produzidos a partir de propileno, etileno, monômeros de alfa-olefina C4-C10, polímeros de polipropileno, poliolefinas maleatadas, copolímeros de poliéster, polímeros de copoliéster, copolímero de ácido acrílico de etileno , e/ou acetato de polivinila, e/ou em que o polímero compreende opcionalmente uma modificação e/ou funcionalização selecionada dentre um ou mais dentre hidroxila-, etoxi-, epóxi-, siloxano-, amina-, aminosiloxano-, carboxi-, ftalocianina- , e grupos silano-sulfeto, nas extremidades da cadeia polimérica ou em posições pendentes dentro do polímero, e suas misturas.[046] In addition to the natural rubber present in the composite material and the conjugated diene-based elastomer, other vulcanizable elastomers may be present in the rubber composition in smaller amounts (e.g., totaling up to 10 phr, or up to 5 phr, or up to 2 phr), and may be selected from nitrile rubber, liquid rubbers, polynorbornene copolymer, ethylene-propylene-diene rubber, chloroprene rubber, acrylate rubber, fluorine rubber, silicone rubber, polysulfide rubber, epichlorohydrin rubber, styrene-isoprene-butadiene terpolymer thermopolymer rubber, hydrated acrylonitrile butadiene rubber, isoprene-butadiene copolymer, butyl rubber, hydrogenated styrene-butadiene rubber, acrylonitrile butadiene rubber, a terpolymer formed from ethylene monomers, propylene monomers and/or ethylene propylene diene monomer (EPDM), isoprene-based block copolymers, butadiene-based block copolymers, styrene block copolymers, styrene-butadiene-styrene block copolymer (SBS), styrene-ethylene/butylene-styrene block copolymer (SEBS), styrene-[ethylene-(ethylene/propylene)]-styrene block copolymer (SEEPS), styrene-isoprene-styrene block copolymer (SIS), random styrenic copolymers, hydrogenated styrene block copolymers, styrene butadiene copolymers, polyisobutylene, ethylene vinyl acetate (EVA) polymers, polyolefins, amorphous polyolefins, semicrystalline polyolefins, alpha-polyolefins, reactor-ready polyolefins, acrylates, polymers and metallocene catalyzed polyolefin elastomers, reactor-made thermoplastic polyolefin elastomers, olefin block copolymer, copolyester block copolymer, polyurethane block copolymer, polyamide block copolymer, thermoplastic polyolefins, thermoplastic vulcanizates, ethylene vinyl acetate copolymer, ethylene n-butyl acrylate copolymer, ethylene methyl acrylate copolymer, neoprene, acrylics, urethane, poly(acrylate), ethylene acrylic acid copolymer, polyether ether ketone, polyamide, atactic polypropylene, polyethylene including atactic polypropylene, ethylene-propylene polymers, propylene-hexene polymers, ethylene-butene polymers, ethylene-octene polymers, propylene-butene polymers, propylene-octene polymers, polymers metallocene-catalyzed polypropylene polymers, metallocene-catalyzed polyethylene polymers, ethylene-propylene-butylene terpolymers, copolymers made from propylene, ethylene, C4-C10 alpha-olefin monomers, polypropylene polymers, maleated polyolefins, polyester copolymers, copolyester polymers, ethylene acrylic acid copolymer, and/or polyvinyl acetate, and/or wherein the polymer optionally comprises a modification and/or functionalization selected from one or more of hydroxyl-, ethoxy-, epoxy-, siloxane-, amine-, aminosiloxane-, carboxy-, phthalocyanine-, and silane-sulfide groups, at the ends of the polymer chain or at pendant positions within the polymer, and mixtures thereof.

[047] Em uma modalidade, a composição de borracha está livre de outros elastômeros vulcanizáveis.[047] In one embodiment, the rubber composition is free of other vulcanizable elastomers.

Enchimentos de ReforçoReinforcement Fillers

[048] Um ou mais enchimentos de reforço, diferentes do negro de fumo encontrado no material composto, podem estar presentes na composição de borracha. Exemplos de tais cargas de reforço incluem sílica, carbonato de cálcio (CaCO3), dióxido de titânio, argila de silicato de alumínio hidratado, argila de silicato em camadas 2:1 e argila organofílica formada a partir da mesma, silicato de cálcio, grafite, grafeno, nanotubos de carbono, volastonita, talco, terra de diatomáceas. , amido, lignina, alumina, outro negro de fumo, por exemplo, diferente do negro de fumo presente no material composto, e misturas dos mesmos.[048] One or more reinforcing fillers, other than the carbon black found in the composite material, may be present in the rubber composition. Examples of such reinforcing fillers include silica, calcium carbonate (CaCO3), titanium dioxide, hydrated aluminum silicate clay, 2:1 layered silicate clay and organoclay formed therefrom, calcium silicate, graphite, graphene, carbon nanotubes, wollastonite, talc, diatomaceous earth, starch, lignin, alumina, other carbon black, for example, other than the carbon black present in the composite material, and mixtures thereof.

[049] O(s) enchimento(s) de reforço podem estar presentes na composição de borracha de 0 a 150 phr, tal como pelo menos 2 phr, ou pelo menos 4 phr, ou pelo menos 6 phr, ou pelo menos 8 phr, ou mais a 100 phr, ou até 80 phr, ou até 50 phr, ou até 20 phr, ou até 15 phr, até 10 phr, como de 5 a 15 phr.[049] The reinforcing filler(s) may be present in the rubber composition from 0 to 150 phr, such as at least 2 phr, or at least 4 phr, or at least 6 phr, or at least 8 phr, or more to 100 phr, or up to 80 phr, or up to 50 phr, or up to 20 phr, or up to 15 phr, up to 10 phr, such as 5 to 15 phr.

[050] Em uma modalidade, o enchimento de reforço inclui ou consiste em partículas de sílica, tais como sílica amorfa (por exemplo, precipitada) e/ou sílica cristalina. O termo "sílica" é usado aqui para se referir ao dióxido de silício, SiO2 (que pode conter pequenas quantidades de impurezas, geralmente inferiores a 1% em peso, resultantes do processo no qual a sílica é formada). O termo “sílica precipitada” é usado para se referir à sílica amorfa sintética, normalmente obtida por um processo no qual um silicato é precipitado com um agente acidificante.[050] In one embodiment, the reinforcing filler includes or consists of silica particles, such as amorphous (e.g., precipitated) silica and/or crystalline silica. The term “silica” is used herein to refer to silicon dioxide, SiO2 (which may contain small amounts of impurities, generally less than 1 wt. %, resulting from the process in which the silica is formed). The term “precipitated silica” is used to refer to synthetic amorphous silica, typically obtained by a process in which a silicate is precipitated with an acidifying agent.

[051] A sílica pode estar presente na composição de borracha em uma quantidade de pelo menos 2 phr, ou pelo menos 4 phr, ou pelo menos 6 phr, ou pelo menos 8 phr, ou até 100 phr, ou até 80 phr, ou até 50 phr, ou até 20 phr, ou até 18 phr, ou até 15 phr, até 10 phr, tal como de 5 a 15 phr.[051] Silica may be present in the rubber composition in an amount of at least 2 phr, or at least 4 phr, or at least 6 phr, or at least 8 phr, or up to 100 phr, or up to 80 phr, or up to 50 phr, or up to 20 phr, or up to 18 phr, or up to 15 phr, up to 10 phr, such as from 5 to 15 phr.

[052] A sílica pode ser preparada por vários métodos. A sílica precipitada pode ser preparada digerindo a sílica amorfa, por exemplo, encontrada em cascas de arroz ou outros resíduos biológicos, com hidróxido de sódio para formar silicato de sódio e precipitando a sílica a partir do silicato de sódio por reação com um agente acidificante, tal como ácido sulfúrico ou dióxido de carbono. O precipitado de sílica resultante é lavado e filtrado. Métodos para a preparação de sílica precipitada são divulgados, por exemplo, nas Patentes Nos. 5.587.416 A, 5.800.608 A, 5.882.617 A, e 9.359.215 B2 e Publicações Nos. 20020081247 A1 e 20050032965 A1. A sílica precipitada também pode ser formada a partir de sílica gel, conforme descrito, por exemplo, nas Patentes Nos. 5.708.069, 7.550.610 e 5.789.514. Os géis de sílica podem ser derivados, por exemplo, por hidrofobação de um hidrogel de sílica com, por exemplo, um organo mercapto silano e alquilsilano e secagem do produto.[052] Silica can be prepared by several methods. Precipitated silica can be prepared by digesting amorphous silica, for example found in rice husks or other biological waste, with sodium hydroxide to form sodium silicate and precipitating the silica from the sodium silicate by reaction with an acidifying agent such as sulfuric acid or carbon dioxide. The resulting silica precipitate is washed and filtered. Methods for preparing precipitated silica are disclosed, for example, in Patent Nos. 5,587,416 A, 5,800,608 A, 5,882,617 A, and 9,359,215 B2 and Publication Nos. 20020081247 A1 and 20050032965 A1. Precipitated silica can also be formed from silica gel, as described, for example, in Patent Nos. 5,708,069, 7,550,610, and 5,789,514. Silica gels can be derived, for example, by hydrophobizing a silica hydrogel with, for example, an organo mercapto silane and alkyl silane and drying the product.

[053] Vários métodos estão disponíveis para determinar a área superficial da sílica. No método de teste da ASTM D6845-20 “Método de Teste Padrão para Sílica, Precipitada, Hidratada - área de superfície CTAB (brometo de cetiltrimetilamônio)”, a medição da área superficial específica da sílica exclui a área contida em microporos muito pequenos para admitir Moléculas CTAB. Este método de teste é adequado para caracterizar sílicas de borracha de todos os tipos.[053] Several methods are available for determining the surface area of silica. In ASTM test method D6845-20 “Standard Test Method for Silica, Precipitated, Hydrated—CTAB (Cetyltrimethylammonium Bromide) Surface Area,” the measurement of the specific surface area of silica excludes the area contained in micropores too small to admit CTAB molecules. This test method is suitable for characterizing rubbery silicas of all types.

[054] A sílica usada no enchimento de reforço pode ter uma área superficial específica CTAB, de acordo com ASTM D6845-20, de pelo menos 120 m2/g, ou pelo menos 140 m2/g, ou pelo menos 220 m2/g, ou pelo menos 240 m2/g. A sílica pode ter uma área superficial específica CTAB de até 500 m2/g, ou até 400 m2/g, ou até 300 m2/g.[054] The silica used in the reinforcing filler may have a CTAB specific surface area, in accordance with ASTM D6845-20, of at least 120 m2/g, or at least 140 m2/g, or at least 220 m2/g, or at least 240 m2/g. The silica may have a CTAB specific surface area of up to 500 m2/g, or up to 400 m2/g, or up to 300 m2/g.

[055] Exemplos de sílicas precipitadas adequadas para uso neste documento incluem Hi-Sil™ 532, Hi-Sil™ 532 EP e Hi-Sil™ EZ 160G da PPG Industries; Hubersil™ 4155 da J. M. Huber Company; Zeosil™, sob as designações 115GR, 125GR, 165GR, 175GR, 185GR, 195GR, 1085GR, 1165MP, 1115MP, HRS 1200MP, Premium MP, Premium 200MP, Premium SW e 195HR da Solvay; Ultrasil™, sob as designações VN2, VN3, VN3GR, 5000GR, 6000GR, 7000GR e 9000GR da Evonik; Zeopol™, sob as designações 8755LS e 8745 da Evonik; Newsil™, sob as designações 115GR e 2000MP, da Wuxi Quechen Silicon Chemical Co., Ltd; e Tokusil™ 315 da Maruo Calcium Co., Ltd, e misturas dos mesmos.[055] Examples of precipitated silicas suitable for use herein include Hi-Sil™ 532, Hi-Sil™ 532 EP, and Hi-Sil™ EZ 160G from PPG Industries; Hubersil™ 4155 from J. M. Huber Company; Zeosil™ under the designations 115GR, 125GR, 165GR, 175GR, 185GR, 195GR, 1085GR, 1165MP, 1115MP, HRS 1200MP, Premium MP, Premium 200MP, Premium SW, and 195HR from Solvay; Ultrasil™ under the designations VN2, VN3, VN3GR, 5000GR, 6000GR, 7000GR, and 9000GR from Evonik; Zeopol™ under the designations 8755LS and 8745 from Evonik; Newsil™ under the designations 115GR and 2000MP from Wuxi Quechen Silicon Chemical Co., Ltd; and Tokusil™ 315 from Maruo Calcium Co., Ltd, and mixtures thereof.

[056] Em uma modalidade, a sílica está presente na composição de borracha a 1 phr ou mais, tal como pelo menos 2 phr, ou pelo menos 5 phr, ou pelo menos 6 phr, ou pelo menos 7 phr, ou até 20 phr, ou até 18 phr, ou até 15 phr, ou até 14 phr, ou até 12 phr, ou até 10 phr. A sílica pode ter pelo menos 2 phf, ou pelo menos 4 phf, ou pelo menos 8 phf, ou pelo menos 12 phf, ou até 25 phf, ou até 20 phf, ou até 18 phf dos enchimentos de reforço.[056] In one embodiment, the silica is present in the rubber composition at 1 phr or more, such as at least 2 phr, or at least 5 phr, or at least 6 phr, or at least 7 phr, or up to 20 phr, or up to 18 phr, or up to 15 phr, or up to 14 phr, or up to 12 phr, or up to 10 phr. The silica can be at least 2 phr, or at least 4 phr, or at least 8 phr, or at least 12 phr, or up to 25 phr, or up to 20 phr, or up to 18 phr of the reinforcing fillers.

[057] Em uma modalidade, uma proporção de sílica para elastômero total (por exemplo, borracha natural), em peso, na composição de borracha é de pelo menos 4:100, ou pelo menos 6:100, e pode ser de até 20:100, ou até 15:100.[057] In one embodiment, a ratio of silica to total elastomer (e.g., natural rubber), by weight, in the rubber composition is at least 4:100, or at least 6:100, and can be up to 20:100, or up to 15:100.

[058] Em uma modalidade, uma proporção de sílica para negro de fumo, em peso, na composição de borracha é de pelo menos 4:100, ou pelo menos 7:100, ou pelo menos 12:100, ou pelo menos 15:100 e pode ser até 3:10 ou até 2:10.[058] In one embodiment, a ratio of silica to carbon black, by weight, in the rubber composition is at least 4:100, or at least 7:100, or at least 12:100, or at least 15:100 and can be up to 3:10 or up to 2:10.

[059] Em uma modalidade, a sílica pode ter sido tratada superficialmente, por exemplo, com um agente de acoplamento e/ou um óxido de polialquileno, tal como polietileno glicol, antes da incorporação da sílica pré-tratada na composição de borracha. O pré-tratamento pode servir para aumentar a dispersão e/ou aderência da sílica aos elastômeros. Em outra modalidade, a sílica pode ser tratada in no local, dentro da composição de borracha, geralmente antes da adição do agente de cura, com um agente de acoplamento e/ou óxido de polialquileno.[059] In one embodiment, the silica may have been surface treated, for example, with a coupling agent and/or a polyalkylene oxide, such as polyethylene glycol, prior to incorporation of the pretreated silica into the rubber composition. The pretreatment may serve to increase the dispersion and/or adhesion of the silica to the elastomers. In another embodiment, the silica may be treated in situ within the rubber composition, generally prior to addition of the curing agent, with a coupling agent and/or polyalkylene oxide.

[060] Polialquilenoglicóis que podem ser usados para pré-tratamento de sílica ou no local na composição de borracha incluem polietileno glicol, polipropileno glicol e misturas destes. Numa modalidade, o óxido de polialquileno é polietilenoglicol. O óxido de polialquileno pode ter um peso molecular médio ponderado Mw de pelo menos 500, tal como pelo menos 2.000, ou pelo menos 4.000, ou até 15.000, ou até 12.000, ou até 10.000, ou até 8.500. O óxido de polialquileno pode estar ausente da composição de borracha. Nos casos em que é utilizado óxido de polialquileno, por exemplo, polietilenoglicol, ele pode ser incluído em uma quantidade de pelo menos 0,1 phr, tal como pelo menos 0,2 phr, ou pelo menos 0,3 phr, ou até 5 phr, ou até 3 phr, ou até 2 phr, ou até 1 phr, ou até 0,6 phr.[060] Polyalkylene glycols that can be used for silica pretreatment or in situ in the rubber composition include polyethylene glycol, polypropylene glycol, and mixtures thereof. In one embodiment, the polyalkylene oxide is polyethylene glycol. The polyalkylene oxide can have a weight average molecular weight Mw of at least 500, such as at least 2,000, or at least 4,000, or up to 15,000, or up to 12,000, or up to 10,000, or up to 8,500. The polyalkylene oxide can be absent from the rubber composition. In cases where polyalkylene oxide, for example polyethylene glycol, is used, it may be included in an amount of at least 0.1 phr, such as at least 0.2 phr, or at least 0.3 phr, or up to 5 phr, or up to 3 phr, or up to 2 phr, or up to 1 phr, or up to 0.6 phr.

[061] Exemplos de polietileno glicóis disponíveis comercialmente incluem Carbowax™ PEG 3350 e Carbowax™ PEG 8000 da Dow Chemical Company onde o número indica um peso molecular médio ponderado aproximado. Outros polímeros de óxido de polialquileno podem ser usados, como descrito, por exemplo, nas Patentes Nos 6.322.811 e 4.082.703.[061] Examples of commercially available polyethylene glycols include Carbowax™ PEG 3350 and Carbowax™ PEG 8000 from Dow Chemical Company where the number indicates an approximate weight average molecular weight. Other polyalkylene oxide polymers may be used, as described, for example, in U.S. Pat. Nos. 6,322,811 and 4,082,703.

[062] Agentes de acoplamento adequados geralmente incluem uma primeira metade, que é reativa com grupos hidroxila (por exemplo, grupos silanol) que estão presentes na superfície da sílica precipitada, e uma segunda metade capaz de reagir com um elastômero à base de dieno, tal como a borracha natural exemplificativa. As duas metades são conectadas por um grupo de ligação, por exemplo, uma ponte hidrocarbil ou sulfídica, de modo que a sílica precipitada esteja quimicamente ligada ao elastômero. Exemplos de agentes de acoplamento de sílica incluem aqueles contendo grupos como alquila, alcóxi, mercapto, mercapto bloqueado, contendo sulfeto (por exemplo, contendo alcóxi à base de monossulfeto, contendo alcóxi à base de dissulfeto, contendo alcóxi à base de tetrassulfeto), amino, vinil, epóxi e combinações dos mesmos. O agente de acoplamento de sílica pode estar presente em uma quantidade suficiente para fornecer uma proporção entre a quantidade total de agente de acoplamento e carga de sílica de pelo menos 0,1:100 ou até 1:5, em peso, por exemplo, uma proporção de pelo menos 1:100, ou pelo menos 1:50, ou até 1:20, ou até 1:10.[062] Suitable coupling agents generally include a first moiety, which is reactive with hydroxyl groups (e.g., silanol groups) that are present on the surface of the precipitated silica, and a second moiety capable of reacting with a diene-based elastomer, such as exemplary natural rubber. The two moieties are connected by a linking group, e.g., a hydrocarbyl or sulfide bridge, such that the precipitated silica is chemically bonded to the elastomer. Examples of silica coupling agents include those containing groups such as alkyl, alkoxy, mercapto, blocked mercapto, sulfide-containing (e.g., monosulfide-based alkoxy-containing, disulfide-based alkoxy-containing, tetrasulfide-based alkoxy-containing), amino, vinyl, epoxy, and combinations thereof. The silica coupling agent may be present in an amount sufficient to provide a ratio of the total amount of coupling agent to silica filler of at least 0.1:100 or up to 1:5 by weight, for example a ratio of at least 1:100, or at least 1:50, or up to 1:20, or up to 1:10.

[063] Enchimentos de reforço adicionais, além da sílica e do negro de fumo, podem ser utilizados, por exemplo, em quantidades totais de até 30 phr, ou até 20 phr, ou até 10 phr, ou até 1 phr, ou pode estar ausente. Exemplos de tais cargas de reforço adicionais incluem alumina, hidróxido de alumínio, argila (classes de reforço), hidróxido de magnésio, nitreto de boro, nitreto de alumínio, dióxido de titânio, óxido de zinco de reforço e combinações dos mesmos.[063] Additional reinforcing fillers, in addition to silica and carbon black, may be used, for example, in total amounts of up to 30 phr, or up to 20 phr, or up to 10 phr, or up to 1 phr, or may be absent. Examples of such additional reinforcing fillers include alumina, aluminum hydroxide, clay (reinforcing grades), magnesium hydroxide, boron nitride, aluminum nitride, titanium dioxide, reinforcing zinc oxide, and combinations thereof.

[064] Em uma modalidade, os componentes da composição de borracha, diferentes da borracha natural, negro de fumo e sílica, estão presentes na composição de borracha em uma quantidade total não superior a 40 phr, ou não superior a 30 phr, ou não mais que 20 phr, ou não mais que 15 phr.[064] In one embodiment, the components of the rubber composition, other than natural rubber, carbon black and silica, are present in the rubber composition in a total amount of not more than 40 phr, or not more than 30 phr, or not more than 20 phr, or not more than 15 phr.

Auxiliares de ProcessamentoProcessing Aids

[065] Os auxiliares de processamento podem ser usados na composição de borracha em um total de 1 a 20,0 phr, ou até 10 phr, ou até 5 phr, e podem incluir um ou mais dentre uma resina e um plastificante líquido, tal como um óleo.[065] Processing aids may be used in the rubber composition in a total of 1 to 20.0 phr, or up to 10 phr, or up to 5 phr, and may include one or more of a resin and a liquid plasticizer, such as an oil.

[066] Exemplos de resinas que podem ser usadas na composição de borracha incluem resinas pegajosas, tais como fenol formaldeído não reativo, e resinas de rigidez, tais como resinas reativas de fenol formaldeído e resorcinol ou resorcinol e hexametileno tetramina, resinas de benzoxazina, resinas de hidrocarbonetos, tais como resinas aromáticas, resinas alifáticas e cicloalifáticas.[066] Examples of resins that can be used in rubber compounding include tacky resins such as unreactive phenol formaldehyde, and stiffening resins such as reactive phenol formaldehyde and resorcinol or resorcinol and hexamethylene tetramine resins, benzoxazine resins, hydrocarbon resins such as aromatic resins, aliphatic and cycloaliphatic resins.

[067] Exemplo de resina de hidrocarboneto pode ter uma Tg de pelo menos 30°C ou até 50°C. A Tg da resina de hidrocarboneto pode ser determinada por DSC, de acordo com o procedimento discutido acima para medições de Tg do elastômero. A resina de hidrocarboneto pode ter um ponto de amolecimento de pelo menos 70°C ou até 100°C. O ponto de amolecimento de uma resina de hidrocarboneto está geralmente relacionado com a Tg. A Tg é geralmente mais baixa do seu ponto de amolecimento, e quanto menor a Tg, menor o ponto de amolecimento.[067] Example hydrocarbon resin may have a Tg of at least 30°C or as high as 50°C. The Tg of the hydrocarbon resin may be determined by DSC according to the procedure discussed above for elastomer Tg measurements. The hydrocarbon resin may have a softening point of at least 70°C or as high as 100°C. The softening point of a hydrocarbon resin is generally related to its Tg. The Tg is generally lower than its softening point, and the lower the Tg, the lower the softening point.

[068] Exemplos de resinas alifáticas incluem resinas de homopolímero e copolímero de fração C5. Exemplos de resinas cicloalifáticas incluem resinas de homopolímero ou copolímero de ciclopentadieno (“CPD”), resinas de homopolímero ou copolímero de diciclopentadieno (“DCPD”) e combinações dos mesmos.[068] Examples of aliphatic resins include C5 fraction homopolymer and copolymer resins. Examples of cycloaliphatic resins include cyclopentadiene homopolymer or copolymer (“CPD”) resins, dicyclopentadiene homopolymer or copolymer (“DCPD”) resins, and combinations thereof.

[069] Exemplos de resinas aromáticas incluem resinas homopoliméricas aromáticas e resinas de copolímero aromáticas. Uma resina de copolímero aromático refere-se a uma resina de hidrocarboneto que compreende uma combinação de um ou mais monômeros aromáticos em combinação com um ou mais outros monômeros (não aromáticos), sendo a maioria em peso de todos os monômeros geralmente aromáticos.[069] Examples of aromatic resins include aromatic homopolymer resins and aromatic copolymer resins. An aromatic copolymer resin refers to a hydrocarbon resin comprising a combination of one or more aromatic monomers in combination with one or more other (non-aromatic) monomers, the majority by weight of all monomers being generally aromatic.

[070] Exemplos específicos de resinas aromáticas incluem resinas de cumarona-indeno, resinas de alquilfenol e resinas de homopolímero ou copolímero vinílico aromático. Exemplos de resinas de alquilfenol incluem resinas de alquilfenol- acetileno, tais como resinas de p-terc-butilfenol-acetileno, resinas de alquilfenol- formaldeído (tais como aquelas que têm um baixo grau de polimerização). As resinas vinílicas aromáticas podem incluir um ou mais dos seguintes monômeros: alfa- metilestireno, estireno, orto-metilestireno, meta-metilestireno, para-metilestireno, viniltolueno, para(terc-butil)estireno, metoxiestireno, cloroestireno, hidroxiestireno, vinilmesitileno, divinilbenzeno , vinilnaftaleno e semelhantes. Exemplos de resinas de copolímero vinilaromático incluem resinas de copolímero vinilaromático/terpeno (por exemplo, resinas de copolímero de limoneno/estireno), resinas de copolímero vinilaromático/fração C5 (por exemplo, resina de copolímero de fração C5/estireno), resinas de copolímero vinil aromático/alifático (por exemplo, resina de copolímero CPD/estireno e resina de copolímero DCPD/estireno).[070] Specific examples of aromatic resins include coumarone-indene resins, alkylphenol resins, and vinyl aromatic homopolymer or copolymer resins. Examples of alkylphenol resins include alkylphenol-acetylene resins, such as p-tert-butylphenol-acetylene resins, alkylphenol-formaldehyde resins (such as those having a low degree of polymerization). Aromatic vinyl resins may include one or more of the following monomers: alpha-methylstyrene, styrene, ortho-methylstyrene, meta-methylstyrene, para-methylstyrene, vinyltoluene, para(tert-butyl)styrene, methoxystyrene, chlorostyrene, hydroxystyrene, vinylmesitylene, divinylbenzene, vinylnaphthalene, and the like. Examples of vinyl aromatic copolymer resins include vinyl aromatic/terpene copolymer resins (e.g., limonene/styrene copolymer resins), vinyl aromatic/C5 fraction copolymer resins (e.g., C5 fraction/styrene copolymer resin), vinyl aromatic/aliphatic copolymer resins (e.g., CPD/styrene copolymer resin and DCPD/styrene copolymer resin).

[071] No caso de uma resina aromática baseada em um ou mais dos monômeros vinílicos aromáticos mencionados acima (por exemplo, estireno, alfa- metilestireno), pelo menos pelo menos 80% em peso, ou pelo menos 85% em peso, ou pelo menos 90% em peso, ou pelo menos 95% em peso, ou até 100% em peso dos monômeros na resina aromática podem ser monômeros aromáticos.[071] In the case of an aromatic resin based on one or more of the above-mentioned vinyl aromatic monomers (e.g., styrene, alpha-methylstyrene), at least at least 80 wt.%, or at least 85 wt.%, or at least 90 wt.%, or at least 95 wt.%, or up to 100 wt.% of the monomers in the aromatic resin may be aromatic monomers.

[072] Outras resinas aromáticas incluem resinas de terpeno, tais como resinas de alfa-pineno, resinas de beta-pineno, resinas de limoneno (por exemplo, L-limoneno, D-limoneno, dipenteno que é uma mistura racêmica de isômeros L e D), beta- felandreno, delta-3-careno, delta-2-careno e combinações dos mesmos.[072] Other aromatic resins include terpene resins such as alpha-pinene resins, beta-pinene resins, limonene resins (e.g., L-limonene, D-limonene, dipentene which is a racemic mixture of L- and D-isomers), beta-phellandrene, delta-3-carene, delta-2-carene, and combinations thereof.

[073] Em uma modalidade, a resina de hidrocarboneto inclui uma combinação de hidrocarbonetos aromáticos e alifáticos/cicloalifáticos. Nesses casos, a quantidade total de qualquer resina alifática e/ou cicloalifática usada em combinação com a resina aromática não pode ser superior a 5 phr, ou inferior a 4 phr, ou inferior a 3 phr, ou superior a 20% em peso, ou não mais que 15% ou não mais que 10% em peso da quantidade total de resinas de hidrocarbonetos).[073] In one embodiment, the hydrocarbon resin includes a combination of aromatic and aliphatic/cycloaliphatic hydrocarbons. In such cases, the total amount of any aliphatic and/or cycloaliphatic resin used in combination with the aromatic resin may not be greater than 5 phr, or less than 4 phr, or less than 3 phr, or greater than 20 wt %, or no more than 15%, or no more than 10 wt % of the total amount of hydrocarbon resins).

[074] A resina aromática pode ter um Mw de pelo menos 1.000 gramas/mol e/ou até 4.000 gramas/mol.[074] The aromatic resin may have a Mw of at least 1,000 grams/mol and/or up to 4,000 grams/mol.

[075] Uma quantidade total de resina na composição de borracha pode ser de pelo menos 1 phr, ou pelo menos 2 phr, ou até 20 phr, ou até 10 phr, ou até 5 phr, ou pode estar ausente.[075] A total amount of resin in the rubber composition may be at least 1 phr, or at least 2 phr, or up to 20 phr, or up to 10 phr, or up to 5 phr, or may be absent.

[076] O termo plastificante líquido é usado para se referir a ingredientes plastificantes que são líquidos à temperatura ambiente (isto é, líquidos a 25°C e acima) e inclui óleos e não óleos. As resinas de hidrocarbonetos, em contraste com os plastificantes líquidos, são geralmente sólidas à temperatura ambiente. Geralmente, os plastificantes líquidos terão uma Tg inferior a 0°C, geralmente bem abaixo, tal como inferior a -30°C, ou inferior a -40°C, ou inferior a -50°C, tal como uma Tg de 0°C a - 100°C.[076] The term liquid plasticizer is used to refer to plasticizer ingredients that are liquid at room temperature (i.e., liquid at 25°C and above) and includes both oils and non-oils. Hydrocarbon resins, in contrast to liquid plasticizers, are generally solid at room temperature. Generally, liquid plasticizers will have a Tg below 0°C, often well below, such as below -30°C, or below -40°C, or below -50°C, such as a Tg of 0°C to -100°C.

[077] Plastificantes líquidos adequados incluem óleos (por exemplo, óleos de petróleo, bem como óleos de origem vegetal) e plastificantes líquidos não petrolíferos, tais como plastificantes de éter, plastificantes de éster, plastificantes de fosfato e plastificantes de sulfonato. O plastificante líquido pode ser adicionado durante o processo de composição ou posteriormente, como um óleo extensor (que é usado para estender uma borracha). Os óleos à base de petróleo podem incluir óleos aromáticos, naftênicos, aromáticos com baixo teor de policíclicos (PCA) e misturas dos mesmos. Os óleos vegetais podem incluir óleos colhidos de vegetais, nozes, sementes e misturas destes, tais como triglicerídeos. A Tg do óleo ou óleos utilizados pode ser de -40°C a -100°C.[077] Suitable liquid plasticizers include oils (e.g., petroleum oils as well as vegetable oils) and non-petroleum liquid plasticizers such as ether plasticizers, ester plasticizers, phosphate plasticizers, and sulfonate plasticizers. The liquid plasticizer may be added during the compounding process or later as an extender oil (which is used to extend a rubber). Petroleum-based oils may include aromatic, naphthenic, low polycyclic aromatic (PCA) oils, and mixtures thereof. Vegetable oils may include oils harvested from vegetables, nuts, seeds, and mixtures thereof, such as triglycerides. The Tg of the oil or oils used may be -40°C to -100°C.

[078] Quando presente, a composição de borracha pode incluir pelo menos 1 phr de plastificante líquido, ou até 20 phr, ou até 10 phr, ou até 5 phr de plastificante líquido. Numa modalidade, nenhum plastificante líquido é empregado.[078] When present, the rubber composition may include at least 1 phr of liquid plasticizer, or up to 20 phr, or up to 10 phr, or up to 5 phr of liquid plasticizer. In one embodiment, no liquid plasticizer is employed.

[079] Além de um ou mais dos auxiliares de processamento acima, a composição de borracha pode incluir um peptizante, tal como pentaclorotiofenol, dissulfeto de dibenzamidodifenila ou uma mistura destes. Quantidades típicas de peptizante, se usadas, podem ser de 0,1 phr a 1 phr.[079] In addition to one or more of the above processing aids, the rubber composition may include a peptizer, such as pentachlorothiophenol, dibenzamidodiphenyl disulfide, or a mixture thereof. Typical amounts of peptizer, if used, may be from 0.1 phr to 1 phr.

Antidegradantes (Antioxidantes, Antiozonantes)Antidegradants (Antioxidants, Antiozonants)

[080] A composição de borracha pode incluir um ou mais antidegradantes, tais como antiozonantes e/ou antioxidantes. Esses compostos auxiliam na proteção do pneu contra oxidação e ozonização. Antidegradantes representativos incluem antioxidantes à base de aminas, tais como monofenóis, bisfenóis, tiobisfenóis, polifenóis, fenóis poliméricos impedidos, derivados de hidroquinona, fosfitos, misturas de fosfato, tioésteres, naftilaminas, difenolaminas, bem como outros derivados de diarilamina, para-fenilenodiaminas (PPDs), quinolinas e aminas misturadas. Antioxidantes à base de amina exemplares incluem difenil-p-fenilenodiamina, N-(1,3- dimetilbutil)-N'-fenil-p-fenilenodiamina (6PPD), 2,2,4-trimetil-quinolina oligomerizada (TMQ) e outros. , tais como os divulgados em The Vanderbilt Rubber Handbook (1978), páginas 344-347. Os antioxidantes podem ser pelo menos 0,1 phr, ou pelo menos 0,3 phr, ou pelo menos 1 phr, ou pelo menos 2 phr, ou até 10 phr, ou até 5 phr da composição de borracha.[080] The rubber composition may include one or more antidegradants, such as antiozonants and/or antioxidants. These compounds aid in protecting the tire against oxidation and ozonation. Representative antidegradants include amine-based antioxidants, such as monophenols, bisphenols, thiobisphenols, polyphenols, hindered polymeric phenols, hydroquinone derivatives, phosphites, phosphate mixtures, thioesters, naphthylamines, diphenolamines, as well as other diarylamine derivatives, para-phenylenediamines (PPDs), quinolines, and mixed amines. Exemplary amine-based antioxidants include diphenyl-p-phenylenediamine, N-(1,3-dimethylbutyl)-N'-phenyl-p-phenylenediamine (6PPD), oligomerized 2,2,4-trimethyl-quinoline (TMQ), and others. , such as those disclosed in The Vanderbilt Rubber Handbook (1978), pages 344-347. The antioxidants may be at least 0.1 phr, or at least 0.3 phr, or at least 1 phr, or at least 2 phr, or up to 10 phr, or up to 5 phr of the rubber composition.

[081] Antiozonantes exemplificativos incluem protetores físicos, tais como ceras. As ceras adequadas incluem ceras de parafina e ceras microcristalinas, que podem ser do tipo descrito em The Vanderbilt Rubber Handbook (1978), pp. 346 e 347. A(s) cera(s) pode(m) estar presente(s) a 0,1 phr, ou mais, tal como pelo menos 0,3 phr, ou pelo menos 0,5 phr, ou até 5 phr, ou até 2 phr.[081] Exemplary antiozonants include physical protectants such as waxes. Suitable waxes include paraffin waxes and microcrystalline waxes, which may be of the type described in The Vanderbilt Rubber Handbook (1978), pp. 346 and 347. The wax(s) may be present at 0.1 phr or more, such as at least 0.3 phr, or at least 0.5 phr, or up to 5 phr, or up to 2 phr.

Pacote de CuraHealing Package Agente VulcanizanteVulcanizing agent

[082] O pacote de cura exemplar inclui um agente de vulcanização (cura) e um ou mais dentre um acelerador de cura, um ativador de cura e um inibidor de cura. O pacote de cura pode ser usado na composição de borracha a 0,5 a 20 phr, ou pelo menos 5 phr, ou até 10 phr.[082] The exemplary cure package includes a vulcanizing (curing) agent and one or more of a cure accelerator, a cure activator, and a cure inhibitor. The cure package may be used in the rubber composition at 0.5 to 20 phr, or at least 5 phr, or up to 10 phr.

[083] A vulcanização da composição de borracha pode ser conduzida na presença de um agente vulcanizante à base de enxofre. Exemplos de agentes vulcanizantes à base de enxofre adequados incluem enxofre elementar (enxofre livre), enxofre polimérico insolúvel, enxofre solúvel e agentes vulcanizantes doadores de enxofre, por exemplo, um dissulfeto de amina, polissulfeto polimérico ou aduto de olefina de enxofre e misturas dos mesmos.[083] Vulcanization of the rubber composition may be conducted in the presence of a sulfur-based vulcanizing agent. Examples of suitable sulfur-based vulcanizing agents include elemental sulfur (free sulfur), insoluble polymeric sulfur, soluble sulfur, and sulfur-donating vulcanizing agents, e.g., an amine disulfide, polymeric polysulfide, or sulfur olefin adduct, and mixtures thereof.

[084] Agentes de vulcanização de enxofre podem ser usados em uma quantidade de 0,1 a 10 phr, tal como pelo menos 0,3 phr, ou pelo menos 0,4 phr, ou pelo menos 0,5 phr, ou pelo menos 0,7 phr, ou até 5 phr, ou até 3 phr na composição de borracha.[084] Sulfur vulcanizing agents may be used in an amount of 0.1 to 10 phr, such as at least 0.3 phr, or at least 0.4 phr, or at least 0.5 phr, or at least 0.7 phr, or up to 5 phr, or up to 3 phr in the rubber composition.

Aceleradores de Cura, Ativadores de Cura, Retardadores de CuraHealing Accelerators, Healing Activators, Healing Retarders

[085] Os aceleradores de cura atuam como catalisadores para o agente de vulcanização. Aceleradores de cura adequados incluem aminas, dissulfetos, guanidinas, tioureias, tiazóis, tiuramas, sulfenamidas, ditiocarbamatos e xantatos. Exemplos de aceleradores de cura de tiazol incluem 2-mercaptobenzotiazol e 2,2'- ditiobis (benzotiazol) (MBTS). Exemplos de aceleradores de cura de sulfenamida incluem benzotiazol sulfenamidas, tais como N-ciclohexil-2-benzotiazolsulfenamida (CBS) e N-terc-butil-2-benzotiazol-sulfenamida (TBBS). Os aceleradores de cura da guanidina incluem a difenil guanidina (DPG).[085] Cure accelerators act as catalysts for the vulcanizing agent. Suitable cure accelerators include amines, disulfides, guanidines, thioureas, thiazoles, thiurams, sulfenamides, dithiocarbamates, and xanthates. Examples of thiazole cure accelerators include 2-mercaptobenzothiazole and 2,2'-dithiobis(benzothiazole) (MBTS). Examples of sulfenamide cure accelerators include benzothiazole sulfenamides such as N-cyclohexyl-2-benzothiazolesulfenamide (CBS) and N-tert-butyl-2-benzothiazolesulfenamide (TBBS). Guanidine cure accelerators include diphenyl guanidine (DPG).

[086] Aceleradores de cura com um tempo de início de vulcanização rápido, referido como “t0”, de menos de 3 minutos são referidos como ultraaceleradores. Exemplos de ultraaceleradores que podem ser usados incluem 1,6-bis(N,N'- dibenziltiocarbamoilditio)hexano (BDBZTH), dissulfeto de tetrabenziltiuram (TBzTD), monossulfeto de tetrametiltiuram (TMTM), dissulfeto de tetrametiltiuram (TMTD), dissulfeto de tetraetiltiuram (TETD), dissulfeto de tetraisobutil tiuram (TiBTD), tetrassulfeto de dipentametileno tiuram (DPTT), dibutil de zinco ditiocarbamato (ZDBC), dietil ditiocarbamato de zinco, dimetil ditiocarbamato de zinco, dimetil ditiocarbamato de cobre, dietil ditiocarbamato de telúrio (TDEC), dibenzil ditiocarbamato de zinco (ZBED), diisononil ditiocarbamato de zinco, pentametileno ditiocarbamato de zinco, dibenzilditiocarbamato de zinco (ZBEC), isopropil xantato de zinco (ZIX). ), xantato de butil zinco (ZBX), etil xantato de sódio (SEX), isobutil xantato de sódio (SIBX), isopropil xantato de sódio (SIPX), n-butil xantato de sódio (SNBX), amil xantato de sódio (SAX), etil xantato de potássio ( PEX), xantato de amil de potássio (PAX), 2-etilhexilfosforoditioato de zinco (ZDT/S) e misturas dos mesmos.[086] Curing accelerators with a rapid onset of vulcanization time, referred to as “t0”, of less than 3 minutes are referred to as ultraaccelerators. Examples of ultraaccelerators that can be used include 1,6-bis(N,N'-dibenzylthiocarbamoyldithio)hexane (BDBZTH), tetrabenzylthiuram disulfide (TBzTD), tetramethylthiuram monosulfide (TMTM), tetramethylthiuram disulfide (TMTD), tetraethylthiuram disulfide (TETD), tetraisobutyl thiuram disulfide (TiBTD), dipentamethylene thiuram tetrasulfide (DPTT), zinc dibutyl dithiocarbamate (ZDBC), zinc diethyl dithiocarbamate, zinc dimethyl dithiocarbamate, copper dimethyl dithiocarbamate, tellurium diethyl dithiocarbamate (TDEC), zinc dibenzyl dithiocarbamate (ZBED), zinc diisononyl dithiocarbamate, zinc pentamethylene dithiocarbamate, zinc dibenzyldithiocarbamate (ZBEC), zinc isopropyl xanthate (ZIX). ), zinc butyl xanthate (ZBX), sodium ethyl xanthate (SEX), sodium isobutyl xanthate (SIBX), sodium isopropyl xanthate (SIPX), sodium n-butyl xanthate (SNBX), sodium amyl xanthate (SAX), potassium ethyl xanthate (PEX), potassium amyl xanthate (PAX), zinc 2-ethylhexylphosphorodithioate (ZDT/S) and of the same.

[087] Em alguns casos, é utilizada uma combinação de aceleradores, com um agindo mais rápido que o outro.[087] In some cases, a combination of accelerators is used, with one acting faster than the other.

[088] O acelerador de cura pode ser incorporado na composição de borracha de 0,1 a 10 phr, ou pelo menos 0,5 phr, ou pelo menos 1 phr, ou pelo menos 2 phr, ou até 8 phr, ou até 5 phr. A quantidade de acelerador de cura pode ser selecionada para fornecer um tempo de cura aceitável, tal como inferior a 90 minutos.[088] The cure accelerator may be incorporated into the rubber composition at 0.1 to 10 phr, or at least 0.5 phr, or at least 1 phr, or at least 2 phr, or up to 8 phr, or up to 5 phr. The amount of cure accelerator may be selected to provide an acceptable cure time, such as less than 90 minutes.

[089] Os ativadores de cura são aditivos usados para apoiar a vulcanização. Os ativadores de cura incluem ativadores de cura inorgânicos e orgânicos. O óxido de zinco é um ativador de cura inorgânico amplamente utilizado e, quando usado, pode estar presente de 1 phr a 10 phr, por exemplo, pelo menos 2 phr, ou até 5 phr.[089] Cure activators are additives used to support vulcanization. Cure activators include inorganic and organic cure activators. Zinc oxide is a widely used inorganic cure activator and when used may be present at 1 phr to 10 phr, e.g. at least 2 phr, or up to 5 phr.

[090] Ativadores de cura orgânicos incluem ácido esteárico, ácido palmítico, ácido láurico, misturas dos mesmos, sais de zinco de cada um dos anteriores e compostos de tioureia, por exemplo, tioureia e diidrocarbiltioureias, tais como dialquiltioureias e diariltioureias, e misturas dos mesmos. Compostos específicos de tioureia incluem N,N'-difeniltioureia, trimetiltioureia, N,N'-dietiltioureia (DEU), N,N'- dimetiltioureia, N,N'-dibutiltioureia, etilenotioureia, N,N'-diisopropiltioureia, N,N' - diciclohexiltioureia, 1,3-di(o-tolil)tioureia, 1,3-di(p-tolil)tioureia, 1,1-difenil-2-tioureia, 2,5-ditiobiureia, guaniltioureia, 1-(1- naftil)-2-tioureia, 1-fenil-2-tioureia, p-toliltioureia e o-toliltioureia. Um ativador de cura orgânico comumente usado é uma mistura de ácido esteárico, palmítico e oleico, sendo o ácido esteárico o principal componente da mistura.[090] Organic cure activators include stearic acid, palmitic acid, lauric acid, mixtures thereof, zinc salts of each of the foregoing, and thiourea compounds, e.g., thiourea and dihydrocarbylthioureas, such as dialkylthioureas and diarylthioureas, and mixtures thereof. Specific thiourea compounds include N,N'-diphenylthiourea, trimethylthiourea, N,N'-diethylthiourea (DEU), N,N'-dimethylthiourea, N,N'-dibutylthiourea, ethylenethiourea, N,N'-diisopropylthiourea, N,N'-dicyclohexylthiourea, 1,3-di(o-tolyl)thiourea, 1,3-di(p-tolyl)thiourea, 1,1-diphenyl-2-thiourea, 2,5-dithiobiurea, guanylthiourea, 1-(1-naphthyl)-2-thiourea, 1-phenyl-2-thiourea, p-tolylthiourea, and o-tolylthiourea. A commonly used organic cure activator is a mixture of stearic, palmitic and oleic acid, with stearic acid being the main component of the mixture.

[091] A quantidade total de ativador(es) de cura orgânico(s), quando usado, pode ser de 0,1 a 6 phr, tal como pelo menos 0,5 phr, ou pelo menos 1 phr, ou até 4 phr.[091] The total amount of organic healing activator(s), when used, may be from 0.1 to 6 phr, such as at least 0.5 phr, or at least 1 phr, or up to 4 phr.

[092] Os retardadores de cura são usados para controlar o processo de vulcanização e geralmente retardam ou inibem a vulcanização até que o tempo e/ou temperatura desejados sejam alcançados. Exemplos de retardadores de cura incluem ciclohexiltioftalimida.[092] Cure retarders are used to control the vulcanization process and generally slow or inhibit vulcanization until the desired time and/or temperature is reached. Examples of cure retarders include cyclohexylthiophthalimide.

[093] A quantidade de retardador de cura, quando usado, pode ser de pelo menos 0,1 phr, ou até 3 phr, ou até 2 phr.[093] The amount of cure retarder, when used, may be at least 0.1 phr, or up to 3 phr, or up to 2 phr.

Exemplos de ComposiçõesComposition Examples

[094] A TABELA 1 ilustra exemplos de composições de borracha de acordo com aspectos da modalidade exemplar. TABELA 1: Exemplo de Composições de Borracha [094] TABLE 1 illustrates examples of rubber compositions according to aspects of the exemplary embodiment. TABLE 1: Example of Rubber Compositions

Preparação da Composição de BorrachaPreparation of Rubber Composition

[095] As composições de borracha podem ser preparadas misturando o material composto, borracha natural e/ou quando utilizado, outros elastômeros vulcanizáveis, sílica e outros ingredientes de composição de borracha, não incluindo o agente de cura, em pelo menos um estágio de mistura sequencial com pelo menos um misturador mecânico, geralmente referido como estágio de mistura “não produtivo”, ou estágio(s), a uma temperatura elevada sob condições de mistura de borracha de alto cisalhamento, seguido por um estágio final de mistura “produtivo”, no qual um pacote de cura à base de enxofre,, tal como um agente de cura à base de enxofre e aceleradores de cura, é adicionado à mistura e misturado a uma temperatura de mistura mais baixa para evitar a pré-cura desnecessária da mistura de borracha durante o estágio de mistura.[095] Rubber compositions may be prepared by mixing the compound material, natural rubber and/or when used, other vulcanizable elastomers, silica and other rubber compounding ingredients, not including the curing agent, in at least one sequential mixing stage with at least one mechanical mixer, generally referred to as a “non-productive” mixing stage, or stage(s), at an elevated temperature under high shear rubber mixing conditions, followed by a final “productive” mixing stage in which a sulfur-based cure package, such as a sulfur-based curing agent and cure accelerators, is added to the mixture and mixed at a lower mixing temperature to avoid unnecessary pre-curing of the rubber mixture during the mixing stage.

[096] Os ingredientes podem ser misturados no(s) estágio(s) de mistura não produtivo(s) por alguns minutos a uma temperatura de 115°C a 150°C, por exemplo, cerca de 124°C. Uma vez adicionado o pacote de cura, a etapa de mistura produtiva subsequente pode ser conduzida a uma temperatura abaixo da temperatura de vulcanização (cura), a fim de evitar a pré-cura indesejada da composição de borracha, por exemplo, menos que 180°C, ou não mais que 160°C, ou não mais que 120°C, tal como pelo menos 40°C, ou pelo menos 60°C, por exemplo, durante 2 minutos a uma temperatura de 100-115°C. A mistura pode ser realizada, por exemplo, amassando os ingredientes em conjunto num misturador Banbury ou num rolo de moinho. A composição de borracha pode ser resfriada a uma temperatura abaixo de 40°C entre cada uma das etapas de mistura. Por exemplo, a composição de borracha pode ser despejada do misturador após cada etapa de mistura, retirada de um moinho aberto e deixada esfriar abaixo de 40°C após cada etapa de mistura.[096] The ingredients may be mixed in the non-productive mixing stage(s) for a few minutes at a temperature of 115°C to 150°C, for example about 124°C. Once the curing package has been added, the subsequent productive mixing stage may be conducted at a temperature below the vulcanization (curing) temperature in order to avoid undesirable pre-curing of the rubber composition, for example less than 180°C, or not more than 160°C, or not more than 120°C, such as at least 40°C, or at least 60°C, for example for 2 minutes at a temperature of 100-115°C. Mixing may be carried out, for example, by kneading the ingredients together in a Banbury mixer or on a roller mill. The rubber composition may be cooled to a temperature below 40°C between each of the mixing stages. For example, the rubber compound can be poured from the mixer after each mixing step, removed from an open mill, and allowed to cool below 40°C after each mixing step.

[097] Quando o pacote de cura é completamente misturado, a composição de borracha pode ser extrudada, moldada ou de outra forma moldada para formar um artigo, tal como uma banda de rodagem de pneu. A temperatura da mistura pode ser aumentada para efetuar a cura. A cura do pneu pneumático ou parte dele pode ser realizada a uma temperatura de 120°C a 200°C, por exemplo, pelo menos 140°C, ou até 180°C, ou cerca de 150°C. Qualquer um dos processos usuais de vulcanização pode ser utilizado, como aquecimento em prensa ou molde, ou aquecimento com vapor superaquecido ou ar quente. Tais pneus podem ser construídos, modelados, moldados e curados por vários métodos que são conhecidos e serão facilmente evidentes para aqueles versados nesta técnica.[097] When the curing package is thoroughly mixed, the rubber composition may be extruded, molded or otherwise shaped to form an article, such as a tire tread. The temperature of the mixture may be increased to effect curing. Curing of the pneumatic tire or part thereof may be carried out at a temperature of 120°C to 200°C, for example, at least 140°C, or up to 180°C, or about 150°C. Any of the usual vulcanization processes may be used, such as heating in a press or mold, or heating with superheated steam or hot air. Such tires may be constructed, shaped, molded and cured by various methods which are known and will be readily apparent to those skilled in the art.

[098] Em uma modalidade, é fornecido um pneu, o pneu tendo uma banda de rodagem formada, pelo menos em parte, a partir da composição de borracha exemplificativa. Outras partes do pneu, tais como as paredes laterais dos pneus ou revestimentos de arame, podem adicional ou alternativamente, ser formados, pelo menos em parte, a partir de uma composição de borracha como aqui descrita. O pneu pode ser um pneumático para um veículo rodoviário, tal como um automóvel ou caminhão, ou um pneu para um veículo off-road, avião ou semelhante. A banda de rodagem do pneu pode ter uma profundidade de banda de rodagem de pelo menos 20 mm, por exemplo, 22-28 mm, o que é adequado para uso em um caminhão.[098] In one embodiment, a tire is provided, the tire having a tread formed at least in part from the exemplary rubber composition. Other portions of the tire, such as tire sidewalls or wire casings, may additionally or alternatively be formed at least in part from a rubber composition as described herein. The tire may be a pneumatic tire for a road vehicle, such as an automobile or truck, or a tire for an off-road vehicle, airplane, or the like. The tread of the tire may have a tread depth of at least 20 mm, e.g., 22-28 mm, which is suitable for use on a truck.

[099] A composição de borracha não está limitada ao uso em pneus, mas pode ser aplicada em luvas de borracha, instrumentos cirúrgicos e similares.[099] The rubber composition is not limited to use in tires, but can be applied to rubber gloves, surgical instruments and the like.

Propriedades dos ArtigosArticle Properties

[0100] O uso da composição de borracha em pneus, tais como em bandas de rodagem de pneus, pode resultar em um pneu com propriedades de banda de rodagem melhoradas ou desejáveis. Estas propriedades melhoradas ou desejáveis podem incluir resistência ao rasgo e alongamento à ruptura. A composição de borracha também pode produzir melhorias nas propriedades de revestimentos de fios e formulações de base.[0100] The use of the rubber composition in tires, such as in tire treads, can result in a tire with improved or desirable tread properties. These improved or desirable properties can include tear resistance and elongation at break. The rubber composition can also produce improvements in the properties of cord casings and base formulations.

[0101] Essas melhorias foram demonstradas, em parte, através de estudos de laboratório, testes em escala de planta e avaliações de campo com um material composto comercial, E2C™ DX9640 da Cabot Corporation. A substituição de parte da borracha natural nas composições de borracha pelo material composto de borracha natural e negro de fumo pode melhorar significativamente as propriedades do composto benéficas para melhorar a quilometragem (em particular, rigidez e resistência à abrasão).[0101] These improvements have been demonstrated, in part, through laboratory studies, plant-scale testing, and field evaluations with a commercial composite material, Cabot Corporation's E2C™ DX9640. Replacing some of the natural rubber in rubber compositions with the natural rubber and carbon black composite material can significantly improve compound properties beneficial to improving mileage (in particular, toughness and abrasion resistance).

[0102] Sem pretender limitar o escopo da modalidade exemplar, os exemplos a seguir ilustram a preparação das composições de borracha exemplares empregando um material composto e suas propriedades.[0102] Without intending to limit the scope of the exemplary embodiment, the following examples illustrate the preparation of exemplary rubber compositions employing a composite material and its properties.

EXEMPLOSEXAMPLES

[0103] Tabela 1. As formulações da tampa da banda de rodagem dos pneus são preparadas com o objetivo de alcançar um desgaste da banda de rodagem dividida ou melhor (conforme indicado pelo teste de Grosch para pneus de caminhão radial médio (MRT)), uma resistência ao rolamento melhorada (conforme indicado usando o Rebote em 100°C) e resistência ao rasgo metálico ou melhor (conforme indicado pela adesão Strebler original e envelhecida a 100°C) quando o material composto é empregado. Também foram preparadas formulações de base de pneu e revestimento de arame que visam atingir resistência ao rolamento e resistência ao rasgo.[0103] Table 1. Tire tread cap formulations are prepared with the goal of achieving split tread wear or better (as indicated by the Grosch Medium Radial Truck Tire (MRT) test), improved rolling resistance (as indicated using Rebound at 100°C), and metallic tear resistance or better (as indicated by original and aged Strebler adhesion at 100°C) when the compound material is employed. Tire base and wire casing formulations have also been prepared that aim to achieve rolling resistance and tear resistance.

EXEMPLO 1EXAMPLE 1

[0104] As composições de borracha adequadas para uso em tampas de banda de rodagem de pneus para caminhões são preparadas utilizando as formulações mostradas na TABELA 2.[0104] Rubber compositions suitable for use in truck tire tread covers are prepared using the formulations shown in TABLE 2.

[0105] Os Exemplos A, B e C são preparados usando negro de fumo grau ASTM N121 e borracha natural e nenhum material composto. O Exemplo A é formulado como uma composição de linha de base adequada para uso em pneus radiais de caminhões médios. O Exemplo B adiciona sílica à composição de linha de base e o Exemplo C utiliza um pacote de cura modificado.[0105] Examples A, B and C are prepared using ASTM N121 grade carbon black and natural rubber and no compounding material. Example A is formulated as a baseline composition suitable for use in medium duty radial truck tires. Example B adds silica to the baseline composition and Example C utilizes a modified cure package.

[0106] Para estes três exemplos, numa primeira etapa de mistura, a borracha natural é misturada com uma porção do negro de fumo (30phr) até a mistura atingir 160°C. Em seguida, é retirado da batedeira e deixado esfriar. Numa segunda etapa de mistura, são adicionados o restante do negro de fumo (18 phr), sílica se utilizada, ceras e antioxidantes. Na etapa de mistura produtiva, são adicionados enxofre, acelerador e retardador de cura e a mistura é retirada do misturador a uma temperatura inferior à temperatura de cura.[0106] For these three examples, in a first mixing step, the natural rubber is mixed with a portion of the carbon black (30phr) until the mixture reaches 160°C. It is then removed from the mixer and allowed to cool. In a second mixing step, the remainder of the carbon black (18 phr), silica if used, waxes and antioxidants are added. In the productive mixing step, sulfur, curing accelerator and retarder are added and the mixture is removed from the mixer at a temperature below the curing temperature.

[0107] Os Exemplos D, E e F são preparados usando tanto borracha natural quanto o material composto (um material contendo aproximadamente 64,5% em peso de borracha natural e 35,5% em peso de negro de fumo). A quantidade de negro de fumo e borracha natural nestas três composições é aproximadamente a mesma que nas formulações de base A, B e C. Cada um destes exemplos utiliza sílica. O Exemplo E usa um pacote de cura modificado e o Exemplo F usa uma sílica de área superficial maior do que nos exemplos D e E.[0107] Examples D, E, and F are prepared using both natural rubber and the composite material (a material containing approximately 64.5 wt. % natural rubber and 35.5 wt. % carbon black). The amount of carbon black and natural rubber in these three compositions is approximately the same as in base formulations A, B, and C. Each of these examples utilizes silica. Example E uses a modified cure package, and Example F uses a higher surface area silica than in Examples D and E.

[0108] Para preparar os exemplos D, E e F, em uma única etapa não produtiva, a composição é misturada até a temperatura atingir 124°C e retirada do misturador. Na etapa produtiva são adicionados enxofre, acelerador e retardador de cura e a composição da mistura é misturada no misturador até atingir 104°C e retirada do misturador. A velocidade do rotor é mantida constante em 50 rpm durante este estágio. A mistura em temperaturas mais baixas nas etapas não produtivas e produtivas ajuda a preservar as redes de enchimento de polímero no material composto, e assim, mantém os indicadores de desempenho. No estágio de cura, a composição de borracha é aquecida a uma temperatura de 150°C por 32 minutos. TABELA 2: Formulações de Composição de Borracha (em phr) 1 lote mestre de negro de fumo E2C™ DX9640 da Cabot Corporation 2 Negro de fumo ASTM N121 da Birla Carbon 3 Sílica precipitada amorfa, ULTRASIL® 6100 GR da Evonik, com área superficial de nitrogênio BET de cerca de 160 m2/g. 4 Sílica precipitada amorfa, obtida como Premium SW da Solvay, com área superficial CTAB de cerca de 250 m2/g. 5 Mistura de ceras microcristalinas e de parafina. 6 Principalmente ácido esteárico (pelo menos 90% de ácido esteárico) como uma mistura de ácidos esteárico, palmítico e oleico. 7 Mistura de para-fenilenodiaminas e quinolinas. 8 Enxofre elementar. 9 N-terc-butil-benzotiazol sulfenamida (TBBS). 10 N-terc-butil-benzotiazol sulfenamida (TBBS). 10 N-(ciclohexiltio) ftalimida (CTP).[0108] To prepare examples D, E and F, in a single non-productive step, the composition is mixed until the temperature reaches 124°C and removed from the mixer. In the productive step, sulfur, curing accelerator and retarder are added and the mixture composition is mixed in the mixer until it reaches 104°C and removed from the mixer. The rotor speed is kept constant at 50 rpm during this stage. Mixing at lower temperatures in the non-productive and productive steps helps to preserve the polymer filler networks in the composite material, and thus, maintains the performance indicators. In the curing stage, the rubber composition is heated to a temperature of 150°C for 32 minutes. TABLE 2: Rubber Compound Formulations (in phr) 1 masterbatch of carbon black E2C™ DX9640 from Cabot Corporation 2 Carbon black ASTM N121 from Birla Carbon 3 Amorphous precipitated silica, ULTRASIL® 6100 GR from Evonik, with a BET nitrogen surface area of about 160 m2/g. 4 Amorphous precipitated silica, obtained as Premium SW from Solvay, with a CTAB surface area of about 250 m2/g. 5 Blend of microcrystalline and paraffin waxes. 6 Primarily stearic acid (at least 90% stearic acid) as a mixture of stearic, palmitic and oleic acids. 7 Mixture of para-phenylenediamines and quinolines. 8 Elemental sulfur. 9 N-tert-Butyl-benzothiazole sulfenamide (TBBS). 10 N-tert-Butyl-benzothiazole sulfenamide (TBBS). 10 N-(cyclohexylthio) phthalimide (CTP).

[0109] Testes de desempenho foram realizados nas amostras curadas, como segue:[0109] Performance tests were performed on the cured samples as follows:

[0110] Gravidade específica: determinada de acordo com ASTM D297-21, “Métodos de Teste Padrão para Produtos de Borracha - Análise Química”.[0110] Specific Gravity: Determined in accordance with ASTM D297-21, “Standard Test Methods for Rubber Products - Chemical Analysis.”

[0111] Rigidez curada: O módulo de armazenamento G' é determinado com um Analisador de Processo de Borracha (RPA 500). Os valores do módulo de armazenamento são medidos em amostras não curadas com deformação de 10% e após a cura com deformação de 10% e 50% (em MPa), a uma temperatura de 40°C. As medições nas amostras curadas são indicativas da condução e manuseio de um pneu usando a composição de borracha na banda de rodagem. Valores tan Δ (a proporção de G'' para G') com deformação de 10% também são obtidos.[0111] Cured Stiffness: The storage modulus G' is determined with a Rubber Process Analyzer (RPA 500). Storage modulus values are measured on uncured samples at 10% strain and after curing at 10% and 50% strain (in MPa), at a temperature of 40°C. Measurements on the cured samples are indicative of the driving and handling of a tire using the rubber composition in the tread. Tan Δ values (the ratio of G'' to G') at 10% strain are also obtained.

[0112] Propriedades de tração: O módulo de tração do anel a 300% de deformação (MPa) para amostras antes e depois do envelhecimento, a resistência à tração, MPa, e o alongamento na ruptura, %, são medidos com um instrumento da Instron Corporation.[0112] Tensile Properties: The ring tensile modulus at 300% strain (MPa) for specimens before and after aging, the tensile strength, MPa, and the elongation at break, %, are measured with an Instron Corporation instrument.

[0113] Preditor de resistência ao rolamento: A porcentagem de recuperação é medida na amostra curada como um indicador da capacidade de frenagem em piso molhado do pneu, com um Testador de Resiliência de Recuperação ZwickRoell 5109 em uma determinada temperatura, de acordo com ASTM D7121-05 (2018), “Método de Teste Padrão para Propriedade da Borracha - Resiliência Usando Pêndulo de Rebote do Tipo Schob”, com valores mais altos sendo melhores. O rebote é uma medida da histerese do composto quando sujeito ao carregamento. Geralmente, quanto maior o rebote medido, menor a resistência ao rolamento.[0113] Rolling Resistance Predictor: Percent rebound is measured on the cured sample as an indicator of the tire’s wet braking capability with a ZwickRoell 5109 Rebound Resilience Tester at a given temperature in accordance with ASTM D7121-05 (2018), “Standard Test Method for Rubber Properties – Resilience Using Schob-Type Rebound Pendulum”, with higher values being better. Rebound is a measure of the hysteresis of the compound when subjected to loading. Generally, the higher the measured rebound, the lower the rolling resistance.

[0114] A Carga Média em Estado Estacionário de Adesão ao Strebler é determinada a 100°C (N/mm) em amostras curadas, antes e depois do envelhecimento. Este é um teste de descascamento que determina a adesão interfacial afastando uma composição de borracha da outra em um ângulo reto com a amostra de teste não rasgada, com as duas extremidades das composições de borracha sendo separadas em um ângulo de 180° entre si.[0114] Strebler Adhesion Steady State Average Load is determined at 100°C (N/mm) on cured samples, before and after aging. This is a peel test that determines interfacial adhesion by pulling one rubber composition away from another at a right angle to the untorn test sample, with the two ends of the rubber compositions being separated at an angle of 180° to each other.

[0115] Crescimento de fissuras: O crescimento de corte DeMattia (N/min) é determinado a 95°C em amostras envelhecidas de acordo com ASTM D813-07(2019), “Método de Teste Padrão para Deterioração de borracha — Crescimento de Fissuras”. Na Tabela 3, quanto maior a taxa de crescimento do corte, maior será a resistência da ranhura da banda de rodagem ao crescimento de fissuras superficiais.[0115] Crack Growth: DeMattia shear growth (N/min) is determined at 95°C on aged specimens in accordance with ASTM D813-07(2019), “Standard Test Method for Rubber Deterioration — Crack Growth”. In Table 3, the higher the shear growth rate, the greater the tread groove resistance to surface crack growth.

[0116] Resistência à Abrasão: indicativa de desgaste da banda de rodagem é determinada como a taxa de abrasão Grosch, em termos de mg/km de borracha desgastada. O a amostra de borracha de teste é colocada em um ângulo de deslizamento sob carga constante (Newtons) à medida que percorre uma determinada distância em um disco abrasivo giratório. São realizados testes de severidade de abrasão média e alta. As principais diferenças entre esses dois testes são em relação à carga e ao ângulo de escorregamento. O Grosch de alta severidade é uma média de duas amostras executadas a 70N de carga em um ângulo de 12 graus, enquanto a severidade média é uma média de dois testes a 70N e 40N de carga e ângulos de 12 e 6 graus, respectivamente.[0116] Abrasion Resistance: indicative of tread wear is determined as the Grosch abrasion rate, in terms of mg/km of rubber worn. The test rubber sample is placed at a sliding angle under constant load (Newtons) as it travels a given distance on a rotating abrasive disc. Medium and high abrasion severity tests are performed. The main differences between these two tests are in relation to load and slip angle. The high severity Grosch is an average of two samples run at 70N load at a 12 degree angle, while the medium severity is an average of two tests at 70N and 40N load and angles of 12 and 6 degrees respectively.

[0117] Os resultados são mostrados na TABELA 3. Os resultados são normalizados, com aqueles do Exemplo A sendo definidos como 100. Quanto maior é geralmente melhor para todos os parâmetros. TABELA 3:Resultados [0117] The results are shown in TABLE 3. The results are normalized, with those from Example A being set to 100. Higher is generally better for all parameters. TABLE 3:Results

[0118] Os resultados na Tabela 3 indicam que os Exemplos D e E apresentaram valores de adesão de Strebler envelhecidos mais elevados e melhor resistência à abrasão em alta gravidade, com resistência à abrasão de média gravidade reduzida. Este melhor equilíbrio nos indicadores de desempenho foi alcançado através da utilização do material composto para substituir parte da borracha natural na formulação. O Exemplo F mostrou uma melhoria semelhante nos valores de Strebler como os Exemplos D e E, com compensações na resistência à abrasão em baixa e alta gravidade.[0118] The results in Table 3 indicate that Examples D and E exhibited higher aged Strebler adhesion values and improved high gravity abrasion resistance, with reduced medium gravity abrasion resistance. This improved balance in performance indicators was achieved by utilizing the compound material to replace some of the natural rubber in the formulation. Example F showed a similar improvement in Strebler values as Examples D and E, with tradeoffs in both low and high gravity abrasion resistance.

[0119] O Exemplo E é idêntico ao Exemplo D, exceto que inclui um pouco menos de enxofre, acelerador e retardador de cura. Em comparação com o Exemplo A, o Exemplo E proporcionou uma melhoria de 10% no indicador de resistência ao rolamento, ao mesmo tempo em que melhorou o indicador de resistência ao rasgo do composto e a resistência à abrasão Grosch em alta gravidade, e manteve a rigidez e o alongamento nos valores de ruptura dentro das diretrizes gerais para aplicações de acionamento de transporte em linha.[0119] Example E is identical to Example D except that it includes slightly less sulfur, accelerator, and cure retarder. Compared to Example A, Example E provided a 10% improvement in rolling resistance indicator, while improving the compound's tear strength indicator and Grosch abrasion resistance at high gravity, and maintaining stiffness and elongation at break values within general guidelines for inline conveyor drive applications.

[0120] Um aumento na porcentagem de dispersão com base na maior razão de módulo de tração de 300% a 100% (isto é, melhor interação carga-polímero) foi observado nas amostras contendo o material composto. Uma etapa adicional de mistura não produtiva poderia melhorar ainda mais a dispersão e o indicador de processamento neste caso.[0120] An increase in the percentage of dispersion based on the higher tensile modulus ratio from 300% to 100% (i.e., better filler-polymer interaction) was observed in the samples containing the composite material. An additional non-productive mixing step could further improve the dispersion and processing indicator in this case.

EXEMPLO 2EXAMPLE 2

[0121] As composições de borracha adequadas para uso como base de banda de rodagem de pneus para caminhões são preparadas utilizando as formulações mostradas na TABELA 4.[0121] Rubber compositions suitable for use as a tread base for truck tires are prepared using the formulations shown in TABLE 4.

[0122] Os Exemplos G, H e I são preparados usando negro de fumo grau ASTM N347 e borracha natural e nenhum material composto. O Exemplo G é formulado como uma composição de base de rodagem adequada para uso em pneus radiais de caminhões médios. O Exemplo H substitui parcialmente o negro de fumo por sílica, em comparação com a composição de linha de base, e o Exemplo I utiliza um pacote de cura modificado.[0122] Examples G, H and I are prepared using ASTM N347 grade carbon black and natural rubber and no compounding material. Example G is formulated as a tread base composition suitable for use in medium duty truck radial tires. Example H partially replaces the carbon black with silica compared to the baseline composition, and Example I utilizes a modified cure package.

[0123] Para estes três exemplos, em uma primeira etapa de mistura, a borracha natural é misturada com uma porção de negro de fumo (até 17,1 phr), sílica (até 9,7 phr), óleo e ativadores de cura até a mistura atingir 155°C. Em seguida, é retirado do misturador e deixado esfriar. Numa segunda etapa de mistura, a sílica (até 5,5 phr) e o silano são misturados até uma temperatura de 145 °C. Após o resfriamento, o restante do negro de fumo (até 5 phr), sílica (até 1,8 phr), ceras e antioxidantes são misturados em um terceiro estágio de mistura. Na etapa de mistura produtiva, são adicionados enxofre, acelerador e retardador de cura e a mistura é retirada do misturador a uma temperatura inferior à temperatura de cura.[0123] For these three examples, in a first mixing step, natural rubber is mixed with a portion of carbon black (up to 17.1 phr), silica (up to 9.7 phr), oil and cure activators until the mixture reaches 155°C. It is then removed from the mixer and allowed to cool. In a second mixing step, silica (up to 5.5 phr) and silane are mixed to a temperature of 145°C. After cooling, the remainder of the carbon black (up to 5 phr), silica (up to 1.8 phr), waxes and antioxidants are mixed in a third mixing stage. In the productive mixing step, sulfur, cure accelerator and retarder are added and the mixture is removed from the mixer at a temperature below the cure temperature.

[0124] Os Exemplos J e K são preparados usando tanto borracha natural quanto o material composto (um material contendo aproximadamente 64,5% em peso de borracha natural e 35,5% em peso de negro de fumo). As quantidades de negro de fumo e borracha natural nestas três composições são aproximadamente as mesmas que nas formulações de linha de base G, H e I. Cada um destes exemplos utiliza sílica. O Exemplo K usa o mesmo pacote de cura do Exemplo I.[0124] Examples J and K are prepared using both natural rubber and the composite material (a material containing approximately 64.5 wt. % natural rubber and 35.5 wt. % carbon black). The amounts of carbon black and natural rubber in these three compositions are approximately the same as in baseline formulations G, H, and I. Each of these examples utilizes silica. Example K uses the same cure package as Example I.

[0125] Para preparar os Exemplos J e K, o primeiro estágio não produtivo é semelhante ao primeiro estágio não produtivo para os Exemplos H e I. A diferença está na menor quantidade de borracha natural no primeiro estágio não produtivo para os Exemplos J e K. O segundo estágio não produtivo para os Exemplos J e K corresponde ao dos Exemplos H e I. No terceiro estágio não produtivo, o material composto é adicionado nos Exemplos J e K, juntamente com a quantidade restante de sílica (1,8 phr) e agentes de proteção contra intempéries e misturados até a temperatura atingir 124°C. Na etapa produtiva são adicionados enxofre, acelerador e retardador de cura e a composição da mistura é misturada no misturador até atingir 104°C e retirada do misturador. A velocidade do rotor é mantida constante em 50 rpm durante este estágio. Na etapa de cura, a composição de borracha é aquecida a uma temperatura de 150°C durante 32 minutos. TABELA 4: Formulações de Composição de Borracha 1 Lote principal de negro de fumo E2C™ DX9640 da Cabot Corporation 2 Negro de fumo ASTM N347 da Orion Engineered Carbons 3 Sílica precipitada amorfa, ULTRASIL® 6100GR da Evonik 4 Acido esteárico principalmente (pelo menos 90% de ácido esteárico) como uma mistura de ácidos esteárico, palmítico e oleico. 5 Mistura de para-fenilenodiaminas e quinolinas. 6 80% de enxofre 80% tratado com óleo (90% insolúvel) 7 N-terc-butil-benzotiazol sulfenamida (TBBS) 8 N-(ciclohexiltio)ftalimida (CTP)[0125] To prepare Examples J and K, the first non-productive stage is similar to the first non-productive stage for Examples H and I. The difference is in the smaller amount of natural rubber in the first non-productive stage for Examples J and K. The second non-productive stage for Examples J and K corresponds to that of Examples H and I. In the third non-productive stage, the compound material is added to Examples J and K, along with the remaining amount of silica (1.8 phr) and weathering agents, and mixed until the temperature reaches 124°C. In the productive stage, sulfur, curing accelerator and retarder are added and the mixture composition is mixed in the mixer until it reaches 104°C and removed from the mixer. The rotor speed is kept constant at 50 rpm during this stage. In the curing stage, the rubber composition is heated to a temperature of 150°C for 32 minutes. TABLE 4: Rubber Compound Formulations 1 Master batch of E2C™ DX9640 carbon black from Cabot Corporation 2 ASTM N347 carbon black from Orion Engineered Carbons 3 Amorphous precipitated silica, ULTRASIL® 6100GR from Evonik 4 Stearic acid primarily (at least 90% stearic acid) as a mixture of stearic, palmitic, and oleic acids. 5 Mixture of para-phenylenediamines and quinolines. 6 80% sulfur 80% oil-treated (90% insoluble) 7 N-tert-butyl-benzothiazole sulfenamide (TBBS) 8 N-(cyclohexylthio)phthalimide (CTP)

[0126] Os resultados para estas fórmulas são mostrados na TABELA 5.TABELA 5: Resultados [0126] The results for these formulas are shown in TABLE 5.TABLE 5: Results

[0127] O Exemplo K forneceu melhorias nos valores de fadiga Bose e RPA 500 tan (δ), enquanto manteve os resultados para Strebler, DeMattia e alongamento na ruptura acima dos valores mínimos aceitáveis definidos nas diretrizes gerais para compostos de base de banda de rodagem MTR. Melhorias na rigidez curada (G') e nas propriedades de tração também são observadas.[0127] Example K provided improvements in Bose fatigue and RPA 500 tan (δ) values, while maintaining results for Strebler, DeMattia and elongation at break above the minimum acceptable values defined in the general guidelines for MTR tread base compounds. Improvements in cured stiffness (G') and tensile properties are also observed.

[0128] Os resultados dos Exemplos 1 e 2, e outras avaliações não relatadas aqui, demonstram que melhorias no desgaste da banda de rodagem e na quilometragem do pneu podem ser alcançadas com as composições exemplificativas, sem compensações significativas em outros parâmetros, como resistência ao rasgo e ao rolamento/ histerese que são comumente experimentadas ao modificar composições de borracha. Isto indica que as composições exemplares podem expandir o “triângulo de desempenho” de resistência ao rolamento, rasgo e desgaste da banda de rodagem, superando assim os desafios comumente enfrentados durante o desenvolvimento de novas formulações de compostos para programas de pneus.[0128] The results of Examples 1 and 2, and other evaluations not reported herein, demonstrate that improvements in treadwear and tire mileage can be achieved with the exemplary compositions, without significant trade-offs in other parameters such as tear resistance and rolling/hysteresis that are commonly experienced when modifying rubber compositions. This indicates that the exemplary compositions can expand the “performance triangle” of rolling resistance, tear resistance, and treadwear, thereby overcoming challenges commonly faced during the development of new compound formulations for tire programs.

[0129] Cada um dos documentos referidos acima é aqui incorporado por referência. Exceto nos Exemplos, ou quando explicitamente indicado de outra forma, todas as quantidades numéricas nesta descrição que especificam quantidades de materiais, condições de reação, pesos moleculares, número de átomos de carbono e semelhantes devem ser entendidas como modificadas pela palavra "cerca de". Salvo indicação em contrário, cada produto químico, ou composição aqui referido, deve ser interpretado como sendo um material de qualidade comercial que pode conter os isômeros, subprodutos, derivados e outros materiais que são normalmente entendidos como estando presentes na qualidade comercial. Contudo, a quantidade de cada componente químico é apresentada excluindo qualquer solvente ou óleo diluente, que pode estar habitualmente presente no material comercial, salvo indicação em contrário. Deve ser entendido que os limites superior e inferior de quantidade, faixa e proporção aqui estabelecidos podem ser combinados independentemente. Da mesma forma, as faixas e quantidades para cada elemento da invenção podem ser utilizadas em conjunto com faixas ou quantidades para quaisquer um dos outros elementos.[0129] Each of the documents referred to above is hereby incorporated by reference. Except in the Examples, or where otherwise explicitly indicated, all numerical quantities in this description specifying amounts of materials, reaction conditions, molecular weights, number of carbon atoms, and the like are to be understood as modified by the word "about." Unless otherwise indicated, each chemical product or composition referred to herein is to be interpreted as being a commercial quality material that may contain the isomers, by-products, derivatives, and other materials that are commonly understood to be present in commercial quality. However, the amount of each chemical component is shown exclusive of any solvent or diluent oil, which may be customarily present in commercial material, unless otherwise indicated. It is to be understood that the upper and lower limits of quantity, range, and proportion set forth herein may be combined independently. Likewise, the ranges and amounts for each element of the invention may be used in conjunction with ranges or amounts for any of the other elements.

[0130] Será apreciado que variantes das características e funções acima divulgadas e outras, ou alternativas das mesmas, podem ser combinadas em muitos outros sistemas ou aplicações diferentes. Várias alternativas, modificações, variações ou melhorias presentemente imprevistas ou inesperadas podem ser subsequentemente feitas pelos especialistas na técnica, as quais também se destinam a ser abrangidas pelas reivindicações seguintes.[0130] It will be appreciated that variants of the above disclosed features and functions and others, or alternatives thereof, may be combined in many other different systems or applications. Various presently unforeseen or unexpected alternatives, modifications, variations or improvements may subsequently be made by those skilled in the art, which are also intended to be encompassed by the following claims.

Claims (10)

1. Composição de borracha CARACTERIZADA por: pelo menos 20 phr de um material composto definido por um negro de fumo de reforço disperso em borracha natural; pelo menos 3 phr de um elastômero dieno conjugado, o material composto e o elastômero dieno conjugado juntos fornecendo pelo menos 90 phr de elastômeros vulcanizáveis na composição de borracha; um ativador de cura, e um agente de cura à base de enxofre.1. Rubber composition CHARACTERIZED by: at least 20 phr of a composite material defined by a reinforcing carbon black dispersed in natural rubber; at least 3 phr of a conjugated diene elastomer, the composite material and the conjugated diene elastomer together providing at least 90 phr of vulcanizable elastomers in the rubber composition; a cure activator, and a sulfur-based curing agent. 2. Composição de borracha, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que a composição de borracha compreende pelo menos 5 phr de sílica.2. The rubber composition of claim 1, wherein the rubber composition comprises at least 5 phr of silica. 3. Composição de borracha, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que o material composto fornece à composição de borracha pelo menos 20 phr de negro de fumo de reforço.3. The rubber composition of claim 1, wherein the compound material provides the rubber composition with at least 20 phr of reinforcing carbon black. 4. Composição de borracha, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que o material composto fornece à composição de borracha pelo menos 50 phr de borracha natural.4. The rubber composition of claim 1, wherein the compound material provides the rubber composition with at least 50 phr of natural rubber. 5. Composição de borracha, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de o material compósito ser sólido.5. Rubber composition according to claim 1, CHARACTERIZED by the fact that the composite material is solid. 6. Composição de borracha, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que o elastômero dieno conjugado compreende pelo menos um dentre borracha natural e poliisopreno sintético.6. Rubber composition according to claim 1, CHARACTERIZED by the fact that the conjugated diene elastomer comprises at least one of natural rubber and synthetic polyisoprene. 7. Composição de borracha, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que a composição de borracha compreende pelo menos 5 phr do elastômero dieno conjugado.7. Rubber composition according to claim 1, CHARACTERIZED by the fact that the rubber composition comprises at least 5 phr of the conjugated diene elastomer. 8. Composição de borracha, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA ainda por pelo menos 1 phr de pelo menos um dentre um antioxidante e um antiozonante.8. Rubber composition according to claim 1, further CHARACTERIZED by at least 1 phr of at least one of an antioxidant and an antiozonant. 9. Artigo, CARACTERIZADO por ser formado a partir da composição conforme definido na reivindicação 1.9. Article, CHARACTERIZED by being formed from the composition as defined in claim 1. 10. Artigo, de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADO por uma banda de rodagem de pneu.10. The article of claim 9 featuring a tire tread.
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