Kinetic behavior of the reaction between silica and epoxidized liquid rubber

Comportamiento cinético de la reacción entre sílice y caucho líquido epoxidado

En la literatura se ha propuesto el uso de caucho epoxidado como compatibilizador en compuestos de caucho rellenos de sílice. Sin embargo, aún no se ha descrito la investigación de la cinética de reacción entre los grupos epoxi y los grupos hidroxilo en la superficie de sílice. Se trata de una tarea difícil, principalmente por la elevada dilución del sistema debido a la dificultad de incorporar altos niveles de sílice en una matriz que contiene cauchos epoxidados de alto peso molecular. 

En este trabajo, se preparó una mezcla de sílice precipitada y un caucho líquido epoxidado (EpLHPB) y se siguió la reacción entre los silanoles y los grupos epoxi mediante DSC en condiciones isotérmicas, a 150, 160 y 170 °C. Se aplicó un tratamiento autocatalítico de datos para determinar los parámetros cinéticos de la reacción. Además, se pudo estimar la cantidad de grupos epoxi necesaria para la saturación de la superficie externa de la sílice, resultando 5,4 grupos epoxi/nm².

INTRODUCCIÓN

Los materiales de caucho de alto rendimiento suelen reforzarse con rellenos coloidales como la sílice o el negro de carbón, con el fin de mejorar sus propiedades mecánicas. Debido a la presencia de grupos polares de siloxano y silanol en su superficie, la sílice exhibe un alto componente específico de energía libre de superficie. En consecuencia, las interacciones entre estos grupos polares y los cauchos hidrocarburos no polares son muy débiles en comparación con los enlaces de hidrógeno que se forman entre los silanoles, lo que resulta en una interacción polímero-relleno más débil y una mayor tendencia a aglomerarse que el negro de carbón. 

Por esta razón, los silanos bifuncionales, como el bis-(trietoxisililpropil) tetrasulfuro (TESPT), se utilizan comúnmente para mejorar la compatibilidad de los cauchos no polares con la sílice y mejorar las propiedades mecánicas de los elastómeros rellenos de sílice, ya que estos agentes de acoplamiento son capaces de establecer enlaces covalentes entre las cadenas poliméricas y la superficie de la sílice.

A pesar de sus beneficios indudables, el uso de silanos no está exento de inconvenientes. Estos incluyen la formación de etanol (un subproducto de la reacción de silanización) y las dificultades de procesamiento de tales compuestos, cuyo rango de temperatura de mezcla es estrecho (145-155 °C) debido a la necesidad de asegurar una tasa de silanización suficiente, mientras se evita el riesgo de quemado prematuro. Debido a estas dificultades, los compuestos de caucho que contienen sílice en un alto contenido a menudo requieren el uso de mezcladores especialmente diseñados y tres o más etapas de mezcla. Para evitar los inconvenientes del proceso de silanización, se ha investigado el uso de caucho epoxidado como una alternativa al uso de silanos. Jacobi et al. mostraron que el cis-BR ligeramente epoxidado y la sílice pueden reaccionar durante un proceso de mezcla reactiva.