Uso de polímeros epoxidados como alternativa à silanização em formulações típicas de bandas de rodagem de pneus de baixa dissipação de energia

Abstract

A história do pneumático vem sendo pautada, desde seu início, pelo incessante empenho em atender às crescentes demandas do mercado e indústria automobilística com relação a itens como durabilidade, conforto, segurança e nas últimas décadas, economia de combustível. Na década de 90, consideráveis melhorias em resistência ao rolamento e aderência em pista molhada foram possíveis graças ao surgimento da tecnologia do “pneu verde”, em que o sistema sílica precipitada/organosilano é utilizado em substituição ao negrode- fumo como carga de reforço principal. A excelente interação polímero-carga e o baixo consumo de energia necessário para dispersar sílicas modificadas superficialmente têm sido as principais motivações do recente interesse em processos de revestimento polimérico de sílicas para utilização em pneus. No presente trabalho, é apresentada uma alternativa de processo simples, de baixo custo e ecologicamente correta para a grafitização da sílica com polímeros líquidos epoxidados. As sílicas organicamente modificadas foram utilizadas como carga de reforço em compostos típicos para bandas de rodagem de pneus de automóveis. Estudos preliminares indicaram um ponto de saturação superficial da sílica com grupos epóxido de 9,0x10-6 mol/m2, ou 5,4 grupos por nm2 de superfície externa, valor que se aproxima da disponibilidade superficial máxima de silanóis, ou constante físico-química de Zhuravlev: 4,9 OH/nm2. As características de processabilidade dos compostos crus e propriedades dos vulcanizados foram grandemente afetadas pelo grau de modificação, massa molar e microestrutura do polibutadieno líquido utilizado no revestimento da sílica. Os resultados dinâmico-mecânicos revelaram comportamentos superiores aos do composto silanizado com bis(trietoxisililpropil)tetrassulfeto (TESPT) com relação à histerese a baixa temperatura e módulo elástico, indicando superiores características de tração em pista molhada e manobras no limite de aderência (hard handling), apontando para o promissor emprego deste sistema de reforço em pneus de automóveis de alto desempenho.

The history of the tire has been guided since its beginning by the ceaseless commitment to meet the growing demands of the market and automotive industry for items such as durability, confort, safety and in recent decades, fuel economy. In the 90s, a considerable improvement in rolling resistance and wet traction characteristics was possible thanks to the emergence of the green tire technology, in which precipitated silica is used in conjunction with an organosilane as reinforcing filler, in substitution of carbon black. The excellent polymer-filler interaction and low energy consumption required to disperse surface modified silicas have been the main motivations behind the recent interest in processes for coating silica for use in tires. In this work we present a simple, low cost and environmental friendly process to grafting on silica surface with epoxidized liquid polymers. The organically modified silicas were used as reinforcing filler in typical tire tread compounds for cars. Preliminary studies indicated a saturation point of the silica surface with the epoxy groups of 9,0x10-6 mol/m2, or 5,4 groups/nm2 of external surface. This value approaches the maximum concentration of silanol groups on the surface of silica, or Zhuravlev physicalchemical constant: 4,9 OH/nm2. The processability characteristics of the crude compounds and the properties of the vulcanizates were greatly affected by the degree of modification, molar mass and microstructure of the epoxidized polybutadiene used for coating the silica surface. The dynamic-mechanical behavior was superior than the compound using bis(triethoxysilylpropyl)tetrasulfide (TESPT) as coupling agent, regarding the storage modulus and hysteresis at low temperature, which is an indicative of superior performances in wet grip and emergency maneuvers (hard handling) characteristics. So, the results are pointing to the promising use of this reinforcement system for high performance car tires.