BE1024434B1 - Composes elastomeres - Google Patents

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BE1024434B1 BE2017/5088A BE201705088A BE1024434B1 BE 1024434 B1 BE1024434 B1 BE 1024434B1 BE 2017/5088 A BE2017/5088 A BE 2017/5088A BE 201705088 A BE201705088 A BE 201705088A BE 1024434 B1 BE1024434 B1 BE 1024434B1
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Jaesun Choi
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Olivier W. Tassinari
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Abstract

Il est décrit ici des composés élastomères comprenant : au moins un élastomère qui est résistant à la chaleur pendant 70 h à 100°C de sorte que le au moins un élastomère présente au moins une des propriétés suivantes choisies parmi : (a) une modification de dureté d'après duromètre d'au plus 15 points, (b) une modification de résistance à la traction d'au plus 40 %, et (c) une modification d'allongement à la rupture d'au plus 40 %. Le composé élastomère comprend de plus au moins un matériau à base de graphène présent dans une quantité de 0,01 pcc à 30 pcc par rapport au au moins un élastomère et au moins un noir de carbone présent dans une quantité de 15 pcc à 150 pcc par rapport au au moins un élastomère. Il est également décrit des procédés de fabrication de tels composés, et des articles comprenant des composés élastomères.

Description

Figure BE1024434B1_D0001
Date de délivrance : 26/02/2018 économie
1024434 Bl
SPF Economie, PME, Classes Moyennes & Energie Office de la Propriété intellectuelle
BREVET D’INVENTION
Date de priorité : 10/02/2016
Classification internationale : C08K 3/04, C08J 3/22 Numéro de dépôt : BE2017/5088 Date de dépôt : 10/02/2017
Titulaire :
CABOT CORPORATION 02210-2019, BOSTON États-Unis
Inventeur :
CHEN Limeng 02210-2019 BOSTON États-Unis
CHOI Jaesun 02210-2019 BOSTON États-Unis
KYRLIDIS Agathagelos 02210-2019 BOSTON États-Unis
TASSINARI Olivier W. 02210-2019 BOSTON États-Unis
COMPOSES ELASTOMERES
Il est décrit ici des composés élastomères comprenant : au moins un élastomère qui est résistant à la chaleur pendant 70 h à 100°C de sorte que le au moins un élastomère présente au moins une des propriétés suivantes choisies parmi : (a) une modification de dureté d'après duromètre d'au plus 15 points, (b) une modification de résistance à la traction d'au plus 40 %, et (c) une modification d'allongement à la rupture d'au plus 40 %. Le composé élastomère comprend de plus au moins un matériau à base de graphène présent dans une quantité de 0,01 pcc à 30 pcc par rapport au au moins un élastomère et au moins un noir de carbone présent dans une quantité de 15 pcc à 150 pcc par rapport au au moins un élastomère. Il est également décrit des procédés de fabrication de tels composés, et des articles comprenant des composés élastomères.
BREVET D'INVENTION BELGE
SPF Economie, PME, Classes Moyennes & Energie
Numéro de publication : 1024434 Numéro de dépôt : BE2017/5088
Office de la Propriété intellectuelle Classification Internationale : C08K 3/04 C08J 3/22 Date de délivrance : 26/02/2018
Le Ministre de l'Economie,
Vu la Convention de Paris du 20 mars 1883 pour la Protection de la propriété industrielle ;
Vu la loi du 28 mars 1984 sur les brevets d'invention, l'article 22, pour les demandes de brevet introduites avant le 22 septembre 2014 ;
Vu le Titre 1er “Brevets d’invention” du Livre XI du Code de droit économique, l'article XI.24, pour les demandes de brevet introduites à partir du 22 septembre 2014 ;
Vu l'arrêté royal du 2 décembre 1986 relatif à la demande, à la délivrance et au maintien en vigueur des brevets d'invention, l'article 28 ;
Vu la demande de brevet d'invention reçue par l'Office de la Propriété intellectuelle en date du 10/02/2017.
Considérant que pour les demandes de brevet tombant dans le champ d'application du Titre 1er, du Livre XI du Code de Droit économique (ci-après CDE), conformément à l'article XI. 19, §4, alinéa 2, du CDE, si la demande de brevet a fait l'objet d'un rapport de recherche mentionnant un défaut d'unité d'invention au sens du §ler de l'article XI.19 précité et dans le cas où le demandeur n'effectue ni une limitation de sa demande ni un dépôt d'une demande divisionnaire conformément aux résultats du rapport de recherche, le brevet délivré sera limité aux revendications pour lesquelles le rapport de recherche a été établi.
Arrête :
Article premier. - II est délivré à
CABOT CORPORATION, Two Seaport Lane, Suite 1300,02210-2019 BOSTON États-Unis;
représenté par
LUYS Marie-José, Gaston Geenslaan 11, 3001, LEUVEN;
BIJVANK Koen Mattijs Lodewiek, Gaston Geenslaan 11, 3001, LEUVEN;
BOX Cornells , Gaston Geenslaan 11, 3001, LEUVEN;
JAEKEN Annemie, Gaston Geenslaan 11, 3001, HEVERLEE;
MOLLING Matheus Catharina, Gaston Geenslaan 11, 3001, LEUVEN;
NIESTADT Bart Jan, Gaston Geenslaan 11, 3001, LEUVEN;
OUDSHOORN Otto Leonard, Gaston Geenslaan 11, 3001, LEUVEN;
VAN MELLE Johannes Carol Christopher, Gaston Geenslaan 11, 3001, LEUVEN;
un brevet d'invention belge d'une durée de 20 ans, sous réserve du paiement des taxes annuelles visées à l’article XI.48, §1 du Code de droit économique, pour : COMPOSES ELASTOMERES.
INVENTEUR(S) :
CHEN Limeng, c/o Two Seaport Lane, Suite 1300,02210-2019, BOSTON;
CHOI Jaesun, c/o Two Seaport Lane, Suite 1300, 02210-2019, BOSTON ;
KYRLIDIS Agathagelos, c/o Two Seaport Lane, Suite 1300, 02210-2019, BOSTON;
TASSINARI Olivier W„ c/o Two Seaport Lane, Suite 1300, 02210-2019, BOSTON;
PRIORITE(S) :
10/02/2016 US 62293449;
DIVISION :
divisé de la demande de base :
date de dépôt de la demande de base :
Article 2. - Ce brevet est délivré sans examen préalable de la brevetabilité de l'invention, sans garantie du mérite de l'invention ou de l'exactitude de la description de celle-ci et aux risques et périls du (des) demandeur(s).
Bruxelles, le 26/02/2018, Par délégation spéciale :
BE2017/5088
COMPOSES ELASTOMERES
DOMAINE DE L'INVENTION [0001] Des composés élastomères comprenant au moins un matériau à base de graphène et au moins un noir de carbone sont décrits ici.
ARRIERE-PLAN [0002] On utilise des constituants constitués de composés élastomères dans différentes industries pour des fonctions telles que l'étanchéité, l'isolation, l'amortissement de vibrations, et la livraison de fluides. Dans plusieurs industries, de tels constituants fonctionnent dans des conditions de températures élevées. Certains composés élastomères sont également soumis à des attaques chimiques de différents solvants organiques, de vapeur d'eau, de gaz acide, de solution de base et d'autres produits chimiques sévères. Il en résulte qu'il subsiste un besoin de développer des composés élastomères présentant au moins une de la stabilité thermique et de la résistance aux produits chimiques.
RESUME [0003] Un mode de réalisation fournit un composé élastomère comprenant :
au moins un élastomère qui est résistant à la chaleur pendant 70 h à 100°C de sorte que le au moins un élastomère présente au moins une des propriétés suivantes choisies parmi :
(a) une modification de la dureté d’après duromètre d'au plus points, (b) une modification de la résistance à la traction d'au plus %, et (c) une modification d'allongement à la rupture d'au plus 40 %;
au moins un matériau à base de graphène présent dans une quantité de 0,01 pcc (parties pour 100 de caoutchouc) à 30 pcc par rapport au au moins un élastomère ; et
BE2017/5088 au moins un noir de carbone présent dans une quantité de 15 pcc à 150 pcc par rapport au au moins un élastomère.
[0004] Un autre mode de réalisation fournit un procédé de fabrication d'un composé élastomère comprenant :
la combinaison d'au moins un élastomère avec au moins un matériau à base de graphène et au moins un noir de carbone pour former le composé élastomère, dans lequel le au moins un élastomère est résistant à la chaleur pendant 70 h à 100°C de sorte que le au moins un élastomère présente au moins une des propriétés suivantes choisies parmi :
(a) une modification de dureté d’après duromètre d'au plus points, (b) une modification de résistance à la traction d'au plus %, et (c) une modification d'allongement à la rupture d'au plus 40 %, dans lequel le au moins un matériau à base de graphène est présent dans une quantité de 0,1 pcc à 3 pcc par rapport au au moins un élastomère ; et dans lequel le au moins un noir de carbone est présent dans une quantité de 15 pcc à 150 pcc par rapport au au moins un élastomère.
DESCRIPTION DETAILLEE [0005] Pour que des constituants élastomères fonctionnent de manière appropriée à température élevée et/ou dans des environnements chimiques sévères, on souhaite utiliser des composés élastomères présentant suffisamment une ou plusieurs de fortes propriétés mécaniques à température élevée et dont la dégradation résultant d'attaques chimiques soit limitée. Les températures de fonctionnement peuvent dépendre entre autres facteurs des élastomères et de l'additif de renforcement. Le choix de ces constituants peut modifier et potentiellement améliorer les propriétés de composés élastomères aux températures élevées et permet d'utiliser
B E2017/5088 ces composés à des températures supérieures à leurs températures de fonctionnement typiques.
[0006] Le noir de carbone est typiquement utilisé comme une charge pour des élastomères industriels en raison des propriétés équilibrées qu'il peut fournir aux composés élastomères. Des noirs de carbone avec une surface spécifique élevée et une structure élevée peuvent communiquer un module et une pureté élevés ; la viscosité de tels composés élastomères a cependant tendance à être élevée, ce qui peut mener à une aptitude médiocre à la transformation. De plus, des noirs de carbone de structure élevée peuvent présenter une capacité limitée à promouvoir les propriétés mécaniques de composés élastomères à température élevée.
[0007] On a découvert que de nouveaux additifs de renforcement à base de carbone peuvent promouvoir les propriétés mécaniques et/ou la résistance aux produits chimiques de composés élastomères à température élevée. Dans un mode de réalisation, un mélange de matériaux à base de graphène et de noirs de carbone comme additifs de renforcement peut promouvoir une ou plusieurs propriétés mécaniques et chimiques de composés élastomères. Des composés élastomères avec des mélanges de matériaux à base de graphène/noirs de carbone peuvent par exemple fournir un module de traction plus élevé que le module de traction de composés élastomères avec des noirs de carbone comme le seul additif pour des quantités égales de la charge totale d'additifs de carbone. Dans un autre exemple, la résistance à la traction de composés élastomères avec des mélanges de matériaux à base de graphène et de noirs de carbone peut fournir des résistances à la traction supérieures à la résistance à la traction de composés élastomères avec du graphène comme le seul additif.
[0008] Il est par conséquent décrit ici des composés élastomères comprenant :
au moins un élastomère qui est résistant à la chaleur pendant 70 h à 100°C de sorte que le au moins un élastomère présente au moins une des propriétés suivantes choisies parmi :
(a) une modification de dureté d’après duromètre d'au plus points,
BE2017/5088 (b) une modification de résistance à la traction d'au plus %, et (c) une modification d'allongement à la rupture d'au plus % ;
au moins un matériau à base de graphène présent dans une quantité de 0,01 pcc (parties pour cent de caoutchouc) à 30 pcc par rapport au au moins un élastomère ; et au moins un noir de carbone présent dans une quantité de 15 pcc à 150 pcc par rapport au au moins un élastomère.
[0009] Comme utilisé ici, les composés élastomères font référence à un mélange homogène (par exemple combinaison) du au moins un élastomère, au moins un matériau à base de graphène, et au moins un noir de carbone. Autrement dit, les au moins un matériau à base de graphène et au moins un noir de carbone sont dispersés de manière homogène dans le au moins un élastomère ; les composés élastomères ne comprennent pas de couches séparées d'élastomères, de matériaux à base de graphène ou de noir de carbone. Dans un mode de réalisation, les au moins un matériau à base de graphène et au moins un noir de carbone sont particulaires. Le mélange homogène peut être réalisé par différents procédés connus dans la technique, par exemple un traitement en solution (élastomère en solution combiné avec un matériau à base de graphène et des poudres de noirs de carbone ou comme une dispersion ou suspension), ou traitement du au moins un élastomère avec le matériau à base de graphène et des poudres de noirs de carbone, par exemple, à des températures élevées et/ou mélange, comme décrit de manière plus détaillée ici.
[0010] Dans un mode de réalisation, le au moins un élastomère est résistant à la chaleur pendant 70 h à 100°C, de sorte que le au moins un élastomère présente au moins une des propriétés suivantes :
(a) une modification de dureté d’après duromètre d'au plus points, (b) une modification de résistance à la traction d'au plus %, et (c) une modification d'allongement à la rupture d'au plus
%.
B E2017/5088 [0011] La modification des propriétés (a) à (c) peut être déterminée en prenant des mesures du au moins un élastomère avant et en chauffant à 100°C pendant 70 h, par exemple selon ASTM D573. Dans un mode de réalisation, après avoir été soumis à 100°C pendant 70 h, la modification de dureté d’après duromètre est d'au plus 10 points. Dans un autre mode de réalisation, la modification de résistance à la traction est d'au plus 35 %, par exemple d'au plus 30 %, ou d'au plus 25 %. Dans un autre mode de réalisation, la modification d'allongement à la rupture est d'au plus 35 %, par exemple d'au plus 30 %, ou d'au plus 25 %. La dureté d’après duromètre peut être déterminée selon ASTM D2240. Les propriétés de résistance à la traction peuvent être déterminées selon ASTM D412. L'allongement à la rupture peut être déterminé selon ASTM D412.
[0012] Dans un mode de réalisation, après avoir été soumis à 100°C pendant 70 h, le au moins un élastomère présente deux des propriétés (a) à (c). Dans un autre mode de réalisation, après avoir été soumis à 100°C pendant 70 h, le au moins un élastomère présente chacune des propriétés (a) à (c).
[0013] Dans un mode de réalisation, le au moins un élastomère est choisi parmi des caoutchoucs (naturels ou synthétiques) et des polymères (par exemple homopolymères, copolymères, et/ou combinaisons) comprenant au moins un monomère choisi parmi le
1,3-butadiène, le styrène, l’isoprène, l’isobutylène, un 2,3-dialkyl-l,3butadiène, l’acrylonitrile, l’éthylène, et le propylène, où le groupe alkyle est choisi parmi des groupes alkyle en C1-C6. Des élastomères donnés en exemple comprennent ceux choisis parmi un caoutchouc de polychloroprène (CR), un caoutchouc d'acrylonitrile butadiène (NBR), un caoutchouc d'acrylonitrile butadiène hydrogéné (HNBR), des fluoroélastomères (FKM, par exemple fluoroélastomères Viton® de chez Dupont ou fluoropolymères Dyneon™ de chez 3M) et des perfluoroélastomères (FFKM), des dipolymères de tétrafluoroéthylène/propylène Aflas® (FEPM) de chez Asahi Glass, des élastomères d’éthylène/acrylique (AEM), des polyacrylates (ACM), du polyisoprène, un caoutchouc d'éthylène-propylène, un caoutchouc de styrène-butadiène haute température.
BE2017/5088 [0014] Dans un mode de réalisation, le au moins un matériau à base de graphène est choisi parmi des graphènes, des oxydes de graphène, et des oxydes de graphène réduits. Graphène comme utilisé ici comprend au moins une feuille épaisse monoatomique d'atomes de carbone sp2-hybrides liés les uns aux autres pour former un réseau en nid d'abeilles. Les graphènes peuvent comprendre des graphènes monocouches, des graphènes à quelques couches et/ou des agrégats des graphène. Le graphène comprend dans un mode de réalisation des graphènes à quelques couches (FLG — Few Layer Graphene) ayant 2 ou plusieurs feuilles de graphène empilées, par exemple un graphène à 2-50 couches. Dans un mode de réalisation, le graphène peut comprendre du graphène monocouche et/ou du graphène à 2-20 couches (ou d'autres intervalles décrits ici). Dans un autre mode de réalisation, le graphène comprend du graphène à 3-15 couches.
[0015] Les dimensions des graphènes sont typiquement définies par l'épaisseur et la taille du domaine latéral. L'épaisseur du graphène dépend en général du nombre de feuilles de graphène en couches. La dimension transversale par rapport à l'épaisseur est citée ici comme la dimension latérale ou le domaine. Dans un mode de réalisation, le graphène présente une taille de domaine latéral de 10 nm à 10 pm, par exemple de 10 nm à 5 pm, de 10 nm à 2 pm, de 100 nm à 10 pm, de 100 nm à 5 pm, de 100 nm à 2 pm, de 0,5 pm à 10 pm, de 0,5 pm à 5 pm, de 0,5 pm à 2 pm, de 1 pm à 10 pm, de 1 pm à 5 pm, ou de 1 pm à 2 pm.
[0016] Les graphènes peuvent exister comme particules discrètes et/ou agrégats. Agrégats fait référence à plusieurs particules de graphène (plaquettes) comprenant des graphènes à quelques couches qui sont collés les uns aux autres. Pour des agrégats de graphènes, la taille de domaine latéral fait référence à la dimension indivisible la plus longue ou au domaine de l'agrégat. L'épaisseur des agrégats est définie comme l'épaisseur de la particule de graphène individuelle. Des agrégats de graphène peuvent être produits mécaniquement, par exemple par exfoliation de graphite.
[0017] Les graphènes peuvent être produits par différents procédés, comprenant l'exfoliation de graphite (mécaniquement, chimiquement) comme bien connue dans la technique. Les graphènes
BE2017/5088 peuvent sinon être synthétisés par la réaction de précurseurs organiques, tels que de méthane ou d'alcools, par exemple en phase gazeuse, par des procédés au plasma, et d'autres procédés connus dans la technique.
[0018] Oxyde de graphène comme utilisé ici fait référence à des graphènes oxydés ayant un rapport atomique carbone-à-oxygène d'au moins 1,5:1, d'au moins 2:1, d'au moins 2,5:1, d'au moins 3:1, d’au moins 3,5:1, d'au moins 4:1, d'au moins 4,5:1. Dans un mode de réalisation, le rapport atomique carbone-à-oxygène est de 1,5:1 à 5:1, de 2:1 à 5:1, ou de 3:1 à 5:1. Le rapport molaire carbone-à-oxygène peut être déterminé par analyse élémentaire, ou par d'autres procédés connus dans la technique. Comme les graphènes, des oxydes de graphène peuvent exister comme une monocouche ou comme dans des empilements à quelques couches (par exemple de 2-50, 2-20 ou 315 couches). Des oxydes de graphène peuvent être obtenus par exfoliation d'oxyde de graphite ou par oxydation de graphènes.
[0019] Oxydes de graphènes réduits comme utilisés ici fait référence au produit de réduction d'oxydes de graphène ou d'oxydes de graphite. Les oxydes de graphène ou les oxydes de graphite peuvent être réduits par différents procédés, par exemple chimiquement, thermiquement, etc.. Dans un mode de réalisation, les oxydes de graphène réduits présentent un rapport molaire carbone-à-oxygène d'au moins 5:1. Dans un autre mode de réalisation, les oxydes de graphène réduits présentent un rapport molaire carbone-à-oxygène de 2:1 à 1 000:1, de 2:1 à 100:1, de 2:1 à 20:1, de 2:1 à 10:1, de 3:1 à 1 000:1, de 3:1 à 100:1, de 3:1 à 20:1, de 3:1 à 10:1, de 5:1 à 1 000:1, de 5:1 à 100:1, de 5:1 à 20:1, de 5:1 à 10:1.
[0020] Dans un mode de réalisation, la surface spécifique du au moins un matériau à base de graphène est une fonction du nombre de feuilles empilées les unes sur les autres et peut être calculée sur la base du nombre de couches. Dans un mode de réalisation, le au moins un matériau à base de graphène ne présente pas de microporosité. La surface spécifique d'une monocouche de graphène sans porosité est par exemple de 2 700 m2/g. La surface spécifique d'un graphène à deux couches sans porosité peut être calculée comme étant de 1 350 m2/g. Dans un autre mode de réalisation, la surface spécifique du au moins
BE2017/5088 un matériau à base de graphène résulte de la combinaison du nombre de feuilles empilées et de cavités ou pores amorphes. Dans un mode de réalisation, le au moins un matériau à base de graphène présente une microporosité de plus de 0 % à 50 %, par exemple de 20 % à 45 % ou de 20 % à 30 %. Dans un mode de réalisation, le au moins un matériau à base de graphène est choisi parmi des graphènes et des oxydes de graphène réduits et présente une surface spécifique BET de 40 à 1 600 m2/g comme déterminée par ASTM-D6556, de 60 à 1 000 m2/g, ou une surface spécifique BET de 80 à 800 m2/g, par exemple de 200 à 800 m2/g.
[0021] Dans un mode de réalisation, le au moins un matériau à base de graphène est présent dans une quantité de 0,01 pcc à 30 phr, par exemple de 0,1 pcc à 30 pcc par rapport au au moins un élastomère. Dans un mode de réalisation, le au moins un matériau à base de graphène est présent dans une quantité de 0,01 pcc à 20 phr, de 0,1 pcc à 20 pcc ou de 0,5 pcc à 20 phr, de 0,01 pcc à 20 phr, de 0,1 pcc à 10 phr, ou de 0,5 pcc à 10 pcc par rapport au au moins un élastomère.
[0022] Dans un mode de réalisation, le au moins un noir de carbone est présent dans une quantité de 15 pcc à 150 pcc par rapport au au moins un élastomère, par exemple de 15 pcc à 100 phr, de 15 phr, à 70 phr, de 20 pcc à 150 phr, de 20 pcc à 100 phr, de 20 pcc à 70 phr, de 25 pcc à 150 phr, de 25 pcc à 100 phr, de 25 pcc à 70 phr, de 30 pcc à 150 phr, de 30 pcc à 100 phr, ou de 30 pcc à 70 pcc par rapport au au moins un élastomère.
[0023] Dans un mode de réalisation, le au moins un matériau à base de graphène est présent dans une quantité de 0,01 pcc à 30 pcc (par exemple de 0,1 pcc à 30 pcc ou d'autres intervalles décrits ici) par rapport au au moins un élastomère et le au moins un noir de carbone est présent dans une quantité de 20 à 150 phr, par exemple de 30 à 150 phr, par rapport au au moins un élastomère.
[0024] Dans un mode de réalisation, la charge totale de matériau à base de graphène plus noir de carbone est de 15 pcc à 150 phr, par exemple de 15 pcc à 100 phr, de 15 pcc à 75 phr, de 15 pcc à 50 phr, ou de 15 pcc à 30 phr.
[0025] Dans un mode de réalisation où le au moins un matériau à base de graphène est choisi parmi des oxydes de graphène
BE2017/5088 et des oxydes de graphène réduits, la quantité du noir de carbone est supérieure à la quantité de graphène, par exemple le rapport massique du au moins un matériau à base de graphène (choisi parmi des oxydes de graphène et des oxydes de graphène réduits) au noir de carbone est de 1:2 à 1:1 000, de 1:2 à 1:100, de 1:2 à 1:75, de 1:2 à 1:50, de 1:3 à 1:1 000, de 1:3 à 1:100, de 1:3 à 1:75, de 1:3 à 1:50, de 1:5 à 1:1 000, de 1:5 à 1:700, de 1:5 à 1:75, ou de 1:5 à 1:50. Dans un mode de réalisation où le matériau à base de graphène est le graphène, par exemple, le rapport massique de graphène:noir de carbone est de 3:1 à 1:1 000, de 3:1 à 1:100, de 3:1 à 1:75, de 3:1 à 1:50, de 2:1 à 1:1 000, de 2:1 à 1:100, de 2:1 à 1:75, de 2:1 à 1:50, de 1:1 à 1:1 000, de 1:1 à 1:100, de 1:1 à 1:75, de 1:1 à 1:50, de 1:2 à 1:1 000, de 1:2 à 1:100, de 1:2 à 1:75, de 1:2 à 1:50, de 1:3 à 1:1 000, de 1:3 à 1:100, de 1:3 à 1:75, de 1:3 à 1:50, de 1:5 à 1:1 000, de 1:5 à 1:700, de 1:5 à 1:75, de 1:5 à 1:50.
[0026] Dans un mode de réalisation, le au moins un noir de carbone présente un indice d’absorption d’huile (OAN) de 30 à 130 cm3/100 g, de 40 à 130 cm3/100 g, par exemple de 30 à 120 cm3/100 g, de 40 à 120 cm3/100 g, de 30 à 110 cm3/100 g, ou de 40 à 110 cm3/100 g. OAN peut être déterminé selon ASTM D2414.
[0027] Dans un mode de réalisation, le au moins un noir de carbone présente une surface spécifique d'épaisseur statistique (STSA) de 3 à 200 m2/g, de 3 à 150 m2/g, de 3 à 125 m2/g, de 3 à 100 m2/g, de 5 à 200 m2/g, de 5 à 150 m2/g, de 5 à 125 m2/g, de 5 à 100 m2/g, de 7 à 200 m2/g, de 7 à 150 m2/g, de 7 à 125 m2/g, ou de 7 à 100 m2/g. STSA peut être déterminé selon ASTM-D6556.
[0028] Le au moins un noir de carbone peut être choisi parmi ceux utilisés pour un renforcement de caoutchouc. Les noirs de carbone donnés en exemple comprennent ceux vendus sous les marques Regal®, Black Pearls®, Spheron®, Sterling®, et Vulcan® disponibles chez Cabot Corporation, les marques Raven®, Startex®, Furnex® et Neotex®, les lignes CD et HV disponibles chez Birla Carbon, et les noirs de carbone vendus sous les marques Corax®, Durax®, Ecorax® et Purex®, la ligne CK disponible chez Orion Engineered Carbons, et les noirs de carbone vendus sous les marques Thermax® disponibles chez Cancarb Ltd. Les noirs de carbone donnés en exemple comprennent les noirs de carbone des séries ASTM N100 aux séries N900, par exemple les noirs
BE2017/5088 de carbone des séries N300, les noirs de carbone des séries N500, les noirs de carbone des séries N600, les noirs de carbone des séries N700, et les noirs de carbone des séries N900, tels que les noirs de carbone N330, N326, N339, N539, N550, N660, N774 et N990.
[0029] Les composés peuvent de plus comprendre au moins un additif choisi parmi des agents de couplage, des agents de vulcanisation, des agents durcissants, des antioxydants, des antiozonants, des plastifiants, des auxiliaires technologiques (par exemple polymères liquides, huiles), des résines, des retardateurs de flamme, des huiles de dilution, des lubrifiants, des diluants d'huiles, et des agents empêchant la dégradation. Dans un mode de réalisation, le au moins un additif est choisi parmi des oxydes métalliques, tels que l'oxyde de zinc, l'acide stéarique, des agents de vulcanisation, des agents durcissants, des plastifiants, des antioxydants, et des accélérateurs. Chaque additif peut être présent dans une quantité de 0,1 à 10 pcc par rapport à la quantité du au moins un élastomère, par exemple une quantité de 0,1 à 5 phr, de 0,1 à 3 phr, ou une quantité de 0,1 à 2 pcc par rapport à la quantité du au moins un élastomère.
[0030] Les composés élastomères décrits ici peuvent être utilisés dans la fabrication de différents articles dans l'étanchéité, l'isolation, l'amortissement de vibrations et des applications de livraison de fluides. Un mode de réalisation fournit un article comprenant les composés élastomères décrits ici. Des articles donnés en exemple comprennent des scellements d’anneaux-o et des matériaux d’étanchéité, des joints, des diaphragmes, des vannes, des étanchéités hydrauliques, des garnitures d’étanchéité gonflées, des obturateurs anti-éruption, des doublures de tuyaux résistantes à l'huile. D'autres exemples d'articles comprennent ceux utilisés sous les capots de véhicules automobiles où les articles peuvent fonctionner à des
3Û températures élevées, et pour réaliser un effet réfrigérant, une conductivité thermique élevée est souhaitable pour dissiper efficacement la chaleur. De tels articles comprennent des faisceaux de câblage, des câbles de batterie, des flexibles de turbo, des conduits d'air moulés, des parties de freins, des passe-câbles, des tuyaux hydrauliques et de radiateurs, des scellements et joints de transmission, des supports pour vibrations de moteurs et de châssis,
B E2017/5088 des soufflets de protection de joints homocinétiques, des scellements de moteurs, et des constituants de systèmes de carburant. Ceux-ci et autres articles peuvent avoir des applications dans les industries du pétrole/gaz, aérospatiales et automobiles. Les articles décrits ici peuvent présenter des propriétés avantageuses pour promouvoir un ou plusieurs d'une efficacité d'étanchéité élevée à la température de fonctionnement, une résistance élevée à la décompression rapide de gaz (DRG), et une résistance élevée à l'extrusion.
[0031] Sont également décrits ici des procédés de fabrication de composés élastomères. Le au moins un élastomère, au moins un matériau à base de graphène, et au moins un noir de carbone peuvent être combinés par tout procédé connu dans la technique. Les constituants peuvent être ajoutés successivement ou simultanément avec des techniques de mélange en solution ou de mélange à l'état sec.
[0032] Le mélange maître séché peut être mastiqué dans un mélangeur interne (par exemple un mélangeur interne C.W. Brabender) à des températures d'au moins 20°C, telles que des températures de 20°C à 100°C ou de 30°C à 60°C. Le mélange maître peut être mastiqué pendant au moins 30 s, au moins 1 min ou au moins 50 min.
[0033] Le noir de carbone peut être ajouté au mélange maître mastiqué comme une poudre ou suspension suivie par une mastication pendant au moins 1 min, par exemple au moins 2 min. D'autres additifs peuvent être ensuite ajoutés et le mélange résultant mastiqué comme décrit ici, où les autres additifs peuvent être un ou plusieurs d'agents de couplage, d'agents de vulcanisation, d'agents durcissants, d'antioxydants, d'antiozonants, de plastifiants, de résines auxiliaires de traitement, de retardateurs de flamme, d'huiles de dilution, de lubrifiants, de diluants d'huiles, et d’agents empêchant la dégradation.
[0034] Le composé élastomère résultant peut être laminé en feuilles (par exemple avec un laminoir) pour éliminer des vides dans le mélange maître.
[0035] Dans un autre mode de réalisation, l'addition du noir de carbone et d'additifs au mélange maître peut être réalisée avec un procédé en deux étapes. L'addition de noir de carbone au mélange maître de matériau à base de graphène/élastomère peut par exemple
B E2017/5088 être réalisée comme décrit ci-dessus, suivie par l’addition d'oxyde de métal, de plastifiant, d'antioxydant et/ou d'accélérateur comme décrit ci-dessus. Le composé résultant peut être laminé et ensuite réintroduit dans la chambre de mélange et mastiqué dans les conditions décrites ici. Des agents durcissants peuvent être ajoutés et le mélange mastiqué.
[0036] Après que le composé est laminé (avec un procédé à étape unique ou à deux étapes), des articles comprenant le composé peuvent être formés par durcissement du composé dans un moule, éventuellement avec une presse hydraulique. Des procédés postdurcissement peuvent également être éventuellement réalisés.
[0037] Dans un autre mode de réalisation, le au moins un matériau à base de graphène et au moins un noir de carbone peuvent être combinés avec la solution d'élastomère. Dans un autre mode de réalisation, le matériau à base de graphène et le au moins un noir de carbone peuvent être combinés avec l'élastomère en utilisant des techniques de mélange par voie sèche. Dans un mode de réalisation encore différent, la procédure décrite ci-dessus peut être réalisée avec un mélange maître de noir de carbone/élastomère.
EXEMPLES [0038] Le composé a été préparé avec un mélange maître de matériau à base de graphène/élastomère qui a été initialement préparé par mélange en solution. Le mélange maître résultant a été combiné avec, via un procédé de mélange en deux étapes, du caoutchouc pur, du noir de carbone, et d'autres additifs (par exemple un ou plusieurs d'oxyde de métal, plastifiant, antioxydant, accélérateur, et agent durcissant). Les constituants réels utilisés, les quantités ajoutées et autres conditions de réaction sont fournies dans les exemples spécifiques.
Exemple 1 : Préparation de mélange maître de matériau à base de graphène/NBR [0039] Les matériaux à base de graphène utilisés dans la préparation de mélange maître étaient des oxydes de graphène réduits
BE2017/5088 (rGO) préparés par réduction d'une suspension d'oxyde de graphite.
Des détails supplémentaires peuvent être trouvés dans U.S. Prov.
Appl. N° 62/113 106, déposé le 6 février 2015, dont la description est incorporée ici en référence.
[0040] Le caoutchouc d'élastomère acrylonitrile butadiène (NBR ; 300 g, élastomère Nippon® DN3380, Zeon Chemicals) a été découpé en petits morceaux de forme cubique avec une longueur d'arête de 1 cm. On a mélangé les morceaux de NBR avec de l'acétone dans un rapport massique de 10:100. On a agité le mélange NBR/solvant avec un agitateur à arbre commandé par le haut jusqu'à ce que le NBR était complètement dissous dans le solvant. La vitesse d'agitation du mélangeur commandé par le haut était comprise entre 100 et 300 tr/min sur une période comprise entre 24 h et 48 h.
[0041] On a ajouté le rGO (19,5 g) à la solution de NBR (contenant 300 g de NBR) pour fournir un rapport massique rGO:NBR de 6,5:100. On a agité ce mélange à des vitesses de 100 à 300 tr/min sur une durée de 20 min à 40 min.
[0042] On a ensuite ajouté de l'eau dé-ionisée au mélange de solution de rGO/NBR alors que le mélange était agité par le mélangeur à arbre commandé par le haut à 300 tr/min. Le mélange maître de rGO/NBR a précipité du mélange eau/solvant en réalisant un rapport eau/acétone d'environ 2:1.
[0043] On a éliminé l'eau en excès et le solvant piégé dans le mélange maître par pressage du mélange maître dans un sac de polypropylène suivi par un séchage du mélange maître dans une hotte bien ventilée à température ambiante pendant 72 h et on l'a ensuite encore séché dans un four à vide à 60°C sous vide pendant 48 h.
[0044] On a préchauffé un mélangeur interne C.W. Brabender à 50°C. On a ensuite introduit le mélange maître dans la chambre de mélange et on l'a mastiqué pendant approximativement 5 min à 50 tr/min pour former le mélange maître de rGO/NBR résultant.
[0045] Un mélange maître contenant HNBR et rGO peut être fabriqué de la même manière.
Exemple 2 : Préparation de mélange maître de rGO /FKM
BE2017/5088 [0046] On a découpé un fluoroélastomère (FKM ; 300 g, fluoroélastomère Viton® GF-600S, DuPont) en petits morceaux de forme cubique avec une longueur d'arête de 1 cm. On a mélangé les morceaux de FKM avec de l'acétone dans un rapport massique de 20:100. On a agité le mélange FKM/solvant avec un agitateur à arbre commandé par le haut jusqu'à ce que la totalité du FKM était complètement dissoute dans le solvant. La vitesse d'agitation du mélangeur commandé par le haut était de 100 à 300 tr/min sur une durée de 24 h à 48 h.
[0047] On a ajouté le rGO (18 g) à la solution de FKM (contenant 300 g de FKM) pour fournir un rapport massique rGO.’FKM de 6:100. On a agité ce mélange à des vitesses de 100 à 300 tr/min sur une durée de 20 min à 40 min.
[0048] On a ensuite ajouté de l'eau désionisée au mélange de solution de rGO/FKM alors que le mélange était agité par le mélangeur à arbre commandé par le haut à 300 tr/min. Le mélange maître de rGO/FKM a précipité à partir du mélange eau/solvant en réalisant un rapport eau/acétone d'environ 2:1.
[0049] On a éliminé l'eau en excès et le solvant piégé dans le mélange maître par pressage du mélange maître dans un sac de polypropylène suivi par un séchage du mélange maître dans une hotte bien ventilée à température ambiante pendant 72 h et on l'a ensuite de plus séché dans un four à vide à 60° C sous vide pendant 48 h.
[0050] On a préchauffé un mélangeur interne C.W. Brabender à 50°C. On a ensuite introduit le mélange maître dans la chambre de mélange et on l'a mastiqué pendant approximativement 5 min à 50 tr/min pour former le mélange maître de rGO/FKM résultant.
Exemple 3 : Préparation de composés comprenant un caoutchouc d'acrylonitrile butadiene (NBR) [0051] Cet exemple décrit des procédés de préparation de composés comprenant NBR. On a évalué des composés de caoutchoucs avec ce qui suit comme charges de renforcement : uniquement du noir de carbone (échantillon témoin CB 1), uniquement rGO (échantillon témoin rGO), et un composé de rGO/NBR/CB contenant un mélange
BE2017/5088 de noir de carbone et de rGO (échantillon A). La quantité de chaque constituant ajouté est listée dans le tableau 1, exprimée en masse (g).
Tableau 1
Constituant Echantillon témoin CB 1 Echantillon témoin rGO Echantillon A
Polymère pur de NBR 37,33 0 0
Mélange maître de rGO/NBR 0 48,39 39,82
Noir de carbone 18,66 0 16,26
ZnO 1,87 2,27 1,87
Acide stéarique 0,37 0,45 0,37
Antioxydant(s) 0,75 0,91 0,75
Plastifiant 1,87 2,27 1,87
Soufre 0,33 0,43 0,35
Accélérateur 0,24 0,32 0,27
[0052] Etape 1 : on a préchauffé la chambre de mélange d'un mélangeur en 3 pièces C.W. Brabender avec des lames de laminoir à 50°C. On a introduit pour l'échantillon A, le mélange maître de rGO/NBR de l'exemple 1 dans la chambre de mélange suivi par l'addition du NBR pur. On a mastiqué le mélange de mélange maître et de NBR pur pendant approximativement 30 secondes à une vitesse de mélange de 60 tr/min. On a ensuite lentement ajouté dans la chambre de mélange du noir de carbone (noir de carbone Sterling® 6630, ASTM N550, Cabot Corporation). Après que la totalité du noir de carbone a été ajoutée, on a encore mastiqué le mélange pendant approximativement 2,5 minutes. On a ensuite ajouté dans la chambre de mélange de l'oxyde de zinc, du bis[2-(2-butoxyéthoxy)éthyl]adipate (Sigma-Aldrich) comme plastifiant, et de l'acide stéarique. On a encore mastiqué le mélange pendant environ 2 minutes. On a retiré le composé résultant de la chambre de mélange et on l'a laminé en feuilles ayant une épaisseur de 0,25 pouce dans un laminoir à deux rouleaux à température élevée ; la température du laminoir était typiquement fixée à 50°C.
B E2017/5088 [0053] Etape 2 : on a préchauffé la chambre de mélange à 50°C comme dans l'étape 1. On a introduit les feuilles résultantes de l'étape 1 dans la chambre de mélange et on les a mastiquées pendant approximativement 30 secondes à une vitesse de mélange de 60 tr/min. On a ensuite ajouté dans la chambre de mélange du soufre et CBTS (sulfénamide de N-cyclohexyl-2-benzothiazole, Akrochem Corporation) comme accélérateur et on a mastiqué le mélange avec le composé de caoutchouc dans la chambre pendant approximativement 2 minutes. On a retiré le composé de la chambre et on l'a laminé en feuilles (épaisseur de 0,25 pouce) en utilisant un laminoir à deux rouleaux à 50°C.
[0054] On a préparé l'échantillon CBl en utilisant le procédé suivant : on a préchauffé la chambre de mélange d'un mélangeur en 3 pièces C.W. Brabender avec des pales de laminoir à 50°C. On a introduit du NBR pur dans la chambre de mélange et on l'a mastiqué pendant approximativement 30 s à une vitesse de mélange de 60 tr/min. On a lentement ajouté du noir de carbone (noir de carbone Sterling® 6630, ASTM N550, Cabot Corporation) dans la chambre de mélange et on a mastiqué le mélange pendant approximativement 2,5 min. On a ensuite ajouté dans la chambre de mélange de l'oxyde de zinc, du 5is[2-(2-butoxyéthoxy)éthyl]adipate (Sigma-Aldrich) comme plastifiant, et de l'acide stéarique et on a mastiqué le mélange pendant environ 2 min. On a retiré le composé résultant de la chambre de mélange et on l'a laminé en des feuilles ayant une épaisseur de 0,25 dans un laminoir à deux rouleaux à température élevée ; la température du laminoir était typiquement fixée à 50°C.
[0055] On a préparé un échantillon témoin rGO en utilisant le procédé suivant : on a préchauffé la chambre de mélange d'un mélangeur en 3 pièces C.W. Brabender avec des lames de laminoir à 50°C. On a introduit du NBR pur dans la chambre de mélange. On a ensuite ajouté le mélange maître de rGO/NBR de l'exemple 1 et on a mastiqué ce mélange pendant approximativement 3 min à une vitesse de mélange de 60 tr/min. On a ajouté dans la chambre de mélange de l'oxyde de zinc, du 5is[2-(2-butoxyéthoxy)éthyl]adipate (Sigma-Aldrich) comme plastifiant, et de l'acide stéarique, et on a encore mastiqué le mélange pendant environ 2 min. On a retiré le composé résultant de la
BE2017/5088 chambre de mélange et on l'a laminé en des feuilles ayant une épaisseur de 0,25 pouce par un laminoir à deux rouleaux à température élevée ; la température du laminoir était typiquement fixée à 50°C.
[0056] On a fait durcir les composés en utilisant une presse hydraulique à 150°C avec une pression dynamique de 2 500 psi. Le tableau 2 liste les constituants en masse pour 100 parties de caoutchouc (phr) dans les composés.
_Tableau 2__
Constituant Echantillon témoin CB 1 Echantillon témoin rGO Echantillon A
NBR 100 100 100
rGO 0 6,5 6,5
Noir de carbone 50 0 43,5
ZnO 5 5 5
Acide stéarique 1 1 1
Antioxydant(s) 2,0 2,0 2,0
Plastifiant 5,0 5,0 5,0
Soufre 1 1 1
Accélérateur 0,75 0,75 0,75
[0057] Les propriétés de traction (ASTM D412) et la dureté Shore A (ASTM D2240) des composés du tableau 2 sont représentées dans le tableau 3 (température ambiante) et le tableau 4 (100°C).
Tableau 3
Propriété Echantillon témoin CB 1 Echantillon témoin rGO Echantillon A
Résistance à la traction (MPa) 13,43 5,45 10,23
Allongement à la rupture (%) 446 274 194
Module à 50 % (MPa) 1,25 1,39 2,66
Module à 100 % (MPa) 1,89 2,14 5,09
BE2017/5088
Dureté Shore A 66 65 79
Tableau 4
Propriété Echantillon témoin CB 1 Echantillon témoin rGO Echantillon A
Résistance à la traction (MP a) 8,7 5,14 8,45
Allongement à la rupture (%) 363 273 176
Module à 50 % (MPa) 1,12 1,24 2,25
Module à 100 % (MPa) 1,72 1,98 4,49
Dureté Shore A 63 58 72
[0058] On peut voir à partir des tableaux 3 et 4 que le module de traction de l'échantillon A est plus de deux fois le module de l'échantillon témoin CB 1 pour le même pourcentage d'allongement, même si les deux échantillons présentent la même quantité au total d'additif de renforcement. Cette augmentation de module peut à son tour augmenter la résistance à la décompression rapide de gaz et la résistance à l'extrusion de joints toriques fabriqués à partir de cette composition de caoutchouc. La résistance à la traction de l'échantillon A est de plus bien plus élevée que la résistance à la traction de l'échantillon témoin rGO. Les deux échantillons ont la même charge de rGO alors que l'échantillon A présente 43,5 pcc supplémentaires de noirs de carbone.
[0059] Ces observations peuvent être expliquées avec une comparaison entre les échantillons témoins. On peut voir que l'échantillon témoin rGO (0 teneur en noir de carbone) présente un module de traction plus élevé que l'échantillon témoin CB 1 pour le même pourcentage d'allongement (43,5 pcc de noir de carbone) alors que la résistance à la traction de l'échantillon témoin CB 1 est supérieure à celui de l'échantillon témoin rGO. Cet exemple explique l'effet de synergie d'utilisation de matériaux à base de graphène et de noirs de carbone comme un additif de renforcement double pour promouvoir le module de traction d'élastomères haute température
BE2017/5088 tout en maintenant la résistance à la traction de composés élastomères à un haut niveau.
Exemple 4 : Composés comprenant des fluoroélastomères (FKM) [0060] On a utilisé deux types de matériaux à base de graphène pour former des composés avec des fluoroélastomères. L'échantillon B comprend l'oxyde de graphène réduit décrit dans l'exemple 1, et a été préparé à partir du mélange maître de rGO/FKM de l'exemple 2. L'échantillon C comprend des agrégats de graphène mécaniquement produits (Cabot Corporation) et a été préparé en mélangeant un caoutchouc pur de FKM (fluoroélastomère Viton® GF600S de DuPont) avec une poudre d'agrégat de graphène (20 phr). On a utilisé pour les deux échantillons B et C le noir de carbone qui était le noir de carbone ASTM N990 (noir de carbone Thermax® N990 de chez Cancarb Ltd.). Les constituants supplémentaires étaient l'oxyde de zinc, un agent de vulcanisation de peroxyde Luperox® 101XL45 (Arkema) et un co-agent durcisseur DIAK® n° 7 (DuPont). La masse (g) de chaque constituant ajouté est représentée dans le tableau 5.
BE2017/5088
Tableau 5
Constituant Echantillon témoin CB 2 Echantillon B Echantillon C
FKM 383,76 256,26 430,95
Mélange maître de rGO/FKM 0 135,80 0
Agrégat de graphène 0 0 43,0
Noir de carbone 115,13 107,62 86,19
ZnO 11,51 11,53 12,93
Agent de vulcanisation 11,51 11,53 12,93
Co-agent durcisseur 11,51 11,53 12,93
[0061] On a préparé l'échantillon B en mélangeant à l'état de fusion les constituants comme représentés dans le tableau 5. On a dans un premier temps refroidi la chambre de mélange d'un C.W. Brabender Prep-Mixer avec des lames à cames à 20°C en faisant circuler de l'eau de refroidissement à travers la paroi de chambre. On a introduit le mélange maître de rGO/FKM de l'exemple 2 dans la chambre de mélange puis on a ajouté le FKM pur. On a mastiqué le mélange maître et le mélange de FKM pur pendant approximativement 30 s à une vitesse de mélange de 40 tr/min. On a lentement ajouté à ce mélange du noir de carbone (noir de carbone Thermax® N990 de chez Cancarb Ltd.) et on a mastiqué le mélange pendant approximativement 2,5 min. On a ensuite ajouté au mélange un agent de vulcanisation de peroxyde Luperox® 101XL45 (Arkema) et un coagent durcisseur DIAK® n° 7 (DuPont) et on a mastiqué pendant 2 min. On a éliminé le composé de la chambre et on l'a laminé en des feuilles (épaisseur de 0,25 pouce) en utilisant un laminoir à deux rouleaux à 50°C.
[0062] On a préparé l'échantillon C de la même manière que l'échantillon B sans utiliser un mélange maître. On a dans un premier temps refroidi la chambre de mélange du C.W. Brabender Pre-Mixer à 20°C en faisant circuler de l'eau de refroidissement à travers la paroi de chambre. On a introduit le FKM pur dans la chambre de mélange et on l'a mastiqué pendant approximativement 30 s à une vitesse de
BE2017/5088 mélange de 40 tr/min. On a ensuite lentement ajouté des agrégats de graphène dans la chambre de mélange suivis par une lente addition de noirs de carbone (noir de carbone Thermax® N990 de chez Cancarb Ltd.). On a mastiqué ce mélange pendant approximativement 2,5 minutes. On a ensuite ajouté au mélange un agent de vulcanisation de peroxyde Luperox® 101XL45 (Arkema) et un co-agent durcisseur DIAK® n° 7 (DuPont) et on a mastiqué pendant 2 minutes. On a retiré le composé de la chambre et on l'a laminé en feuilles (épaisseur de 0,25 pouce) en utilisant un laminoir à deux rouleaux à 50°C.
[0063] On a préparé l'échantillon témoin CB 2 de la même manière que l'échantillon C sans l'addition d'agrégats de graphène. On a refroidi la chambre de mélange du C.W. Brabender Pre-Mixer à 20°C en faisant circuler de l'eau de refroidissement à travers la paroi de chambre. On a introduit le FKM pur dans la chambre de mélange et on l'a mastiqué pendant approximativement 30 s à une vitesse de mélange de 40 tr/min. On a lentement ajouté du noir de carbone (noir de carbone Thermax® N990 de chez Cancarb Ltd.), et on a mastiqué le mélange pendant approximativement 2,5 minutes. On a ensuite ajouté dans la chambre de mélange un agent de vulcanisation de peroxyde Luperox® 101XL45 (Arkema) et un co-agent durcisseur DIAK® n° 7 (DuPont) et on a mastiqué pendant 2 minutes. On a retiré le composé de la chambre et on l'a laminé en feuilles (épaisseur de 0,25 pouce) en utilisant un laminoir à deux rouleaux à 50°C.
[0064] On a moulé et fait durcir les composés en des feuilles carrées de 6 pouces x 6 pouces en utilisant une presse hydraulique à 157°C avec une pression dynamique de 2 500 psi. On a ensuite fait post-durcir les feuilles durcies dans un four ventilé à 232°C pendant 2 h sous une purge d'azote.
[0065] On a préparé des composés contenant FKM avec ce qui suit comme charges de renforcement : du noir de carbone seul (échantillon témoin CB 2), et un mélange de noir de carbone et de matériau à base de graphène comme décrit ici (échantillon B et échantillon C). Les constituants spécifiques sont listés dans le tableau 6 pour chaque formulation où les quantités sont exprimées comme parties en masse pour 100 parties de caoutchouc.
B E2017/5088
Tableau 6
Constituant Echantillon témoin CB 2 Echantillon B Echantillon C
FKM 100 100 100
rGO 0 2
Agrégats de graphène -- -- 20
Noir de carbone 30 28 10
ZnO 3 3 3
Agent de vulcanisation 3 3 3
Co-agent durcisseur 3 3 3
[0066] Les propriétés de traction (ASTM D412) et la dureté Shore A (ASTM D2240) à température ambiante des composés du tableau 6 sont présentées dans le tableau 7.
Tableau 7
Propriété Echantillon témoin CB 2 Echantillon B Echantillon C
Résistance à la traction (Mpa) 20,2 21,45 21,9
Allongement à la rupture (%) 220 147 198
Module à 10 % (Mpa) 0,85 1,7 1,38
Module à 50 % (Mpa) 2,74 6,96 6,11
Dureté Shore A 80 87 84
[0067] Les propriétés de traction (ASTM D412) et la 10 résistance au déchirement à 200°C (ASTM D624) des composés du tableau 6 sont présentées dans le tableau 8.
BE2017/5088
Tableau 8
Propriété Echantillon témoin CB 2 Echantillon B Echantillon C
Résistance à la traction (Mpa) 2,93 5,1 4,36
Allongement à la rupture (%) 78 78 77
Module à 10 % (MPa) 0,53 0,94 0,88
Module à 50 % (MPa) 1,99 3,5 3,17
Résistance au déchirement, filière B (N/mm) 6,68 9,48 8,83
[0068] On peut voir à partir des tableaux 7 et 8 que le module de l'échantillon B est 70 % supérieur au module de l'échantillon témoin CB 2 pour le même allongement à la fois à température ambiante et à température élevée même si les deux échantillons présentent la même charge totale d'additifs de renforcement (30 phr). La résistance à la traction de l'échantillon B est également 70 % supérieure à la résistance à la traction de l'échantillon témoin CB 2 à 200°C. La résistance au déchirement de l'échantillon B est 40 % supérieure à la résistance au déchirement de l'échantillon témoin CB 2 à 200°C.
[0069] Le module et la résistance à la traction de l'échantillon C sont supérieurs au module et à la résistance à la traction de l'échantillon témoin CB 2 à la fois à température ambiante (tableau 7) et à température élevée (tableau 8) même si les deux échantillons présentent la même charge totale d'additifs de renforcement (30 phr). La résistance au déchirement de l'échantillon C est de plus 30 % supérieure à la résistance au déchirement de l'échantillon témoin CB 2 à 200°C.
[0070] Ces améliorations des propriétés étudiées dans les exemples ici ont été réalisées en utilisant des mélanges de matériau à base de graphène/noir de carbone. L'amélioration d'une ou plusieurs des propriétés de traction et de module, dureté Shore A, et résistance
BE2017/5088 au déchirement améliorées peut favoriser la performance de constituants fabriqués à partir de la composition à la fois à température ambiante et aux températures élevées.
[0071] L'utilisation des termes un et une et le et la doit être interprétée comme couvrant à la fois le singulier et le pluriel, à moins d'être sinon indiqué ici ou clairement démenti par le contexte. Les termes comprenant, ayant, incluant, et contenant doivent être interprétés comme des termes à extrémité ouverte (c'est-à-dire indiquant incluant, mais non limité à) à moins d'être sinon cité. L'indication des intervalles de valeurs a ici uniquement l'intention de servir de procédé abrégé faisant référence individuellement à chaque valeur séparée se trouvant dans l'intervalle, à moins qu’il ne soit autrement indiqué ici, et chaque valeur séparée est incorporée dans la description comme si elle était individuellement citée ici. Tous les procédés décrits ici peuvent être réalisés dans un ordre quelconque approprié à moins d'être sinon indiqué ici ou sinon clairement démenti par le contexte. L'utilisation de l'un quelconque et de la totalité des exemples, ou d'une expression d’exemple (par exemple, tel que) fournie ici a uniquement l'intention de mieux éclairer l'invention et ne pose pas de limitation quant au domaine de l'invention à moins d'être sinon revendiqué. Aucune expression dans la description ne doit être interprétée comme indiquant un élément non-revendiqué comme essentiel à la mise en pratique de l'invention.
BE2017/5088

Claims (32)

  1. REVENDICATIONS
    1. Composé élastomère comprenant :
    au moins un élastomère qui est résistant à la chaleur pendant 70 h à 100°C de sorte que le au moins un élastomère présente au moins une des propriétés suivantes choisies parmi :
    (a) une modification de dureté d'après duromètre d’au plus 15 points, déterminé selon la méthode ASTM D2240 (b) une modification de résistance à la traction déterminé selon la méthode ASTM D412 d’au plus 40 %, et (c) une modification d’allongement à la rupture déterminé selon la méthode ASTM D412 d’au plus 40 %;
    au moins un matériau à base de graphène présent dans une quantité de 0,01 pcc à 30 pcc par rapport à au moins un élastomère; et au moins un noir de carbone présent dans une quantité de 15 pcc à 150 pcc par rapport à au moins un élastomère.
  2. 2. Composé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’après avoir été soumis à 100°C pendant 70 h, le au moins un élastomère présente chacune des propriétés (a) à (c).
  3. 3. Composé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le au moins un élastomère est choisi parmi des caoutchoucs et des polymères comprenant au moins un monomère choisi parmi le 1,3-butadiène, le styrène, l'isoprène, l'isobutylène, un 2,3-dialkyl-l,3-butadiène, l'acrylonitrile, l'éthylène, et le propylène, où le groupe alkyle est choisi parmi des groupes alkyle en Cr C6.
  4. 4. Composé selon l’une quelconque des revendications 1-3, caractérisé en ce que le au moins un élastomère est choisi parmi un caoutchouc de polychloroprène, un caoutchouc d’acryionitrile butadiène, un caoutchouc d’acryionitrile butadiène hydrogéné, des fluoroélastomères, des perfluoroélastomères, des élastomères d’éthylène/acryliques, des caoutchoucs de styrène-butadiène haute température, du polyisoprène, et un caoutchouc d’éthylène-propylène.
  5. 5. Composé selon l’une quelconque des revendications 1-3, caractérisé en ce que le au moins un élastomère est choisi parmi un caoutchouc de polychloroprène, un caoutchouc d’acryionitrile butadiène, un caoutchouc d’acryionitrile butadiène hydrogéné, des fluoroélastomères, des perfluoroélastomères, et des élastomères d’éthylène/acryliques.
  6. 6. Composé selon l’une quelconque des revendications 1-5, caractérisé en ce que le au moins un matériau à base de graphène est choisi parmi des graphènes, des oxydes de graphène, et des oxydes de graphène réduits.
    BE2017/5088
  7. 7. Composé selon l'une quelconque des revendications 1-5, caractérisé en ce que le au moins un matériau à base de graphène est choisi parmi des graphènes et des oxydes de graphène réduits et présente une surface spécifique BET de 40 à 1 600 m2/g.
  8. 8. Composé selon l'une quelconque des revendications 1-5, caractérisé en ce que le au moins un matériau à base de graphène est choisi parmi des graphènes et des oxydes de graphène réduits et présente une surface spécifique BET de 200 à 800 m2/g.
  9. 9. Composé selon l'une quelconque des revendications 1-8, caractérisé en ce que le au moins un matériau à base de graphène est choisi parmi des graphènes.
  10. 10. Composé selon la revendication 9, caractérisé en ce que les graphènes comprennent des agrégats de graphène.
  11. 11. Composé selon l'une quelconque des revendications 1-10, caractérisé en ce que le au moins un matériau à base de graphène est choisi parmi des graphènes et le rapport massique du au moins un matériau à base de graphène au noir de carbone est de 2:1 à 1:1 000.
  12. 12. Composé selon l'une quelconque des revendications 1-8, caractérisé en ce que le au moins un matériau à base de graphène est choisi parmi des oxydes de graphène et des oxydes de graphène réduits.
  13. 13. Composé selon l'une quelconque des revendications 1-8, caractérisé en ce que le au moins un matériau à base de graphène est choisi parmi des oxydes de graphène ayant un rapport atomique carbone-à-oxygène d'au moins 1,5:1.
  14. 14. Composé selon la revendication 13, caractérisé en ce que le rapport atomique carbone-à-oxygène est de 1,5:1 à 5:1.
  15. 15. Composé selon l'une quelconque des revendication 1-8, caractérisé en ce que le au moins un matériau à base de graphène est choisi parmi des oxydes de graphène réduits ayant un rapport atomique carbone-àoxygène d'au moins 5:1.
  16. 16. Composé selon la revendication 15, caractérisé en ce que le rapport atomique carbone-à-oxygène est de 5:1 à 1 000:1.
  17. 17. Composé selon l'une quelconque des revendications 1-8 et 1116, caractérisé en ce que le au moins un matériau à base de graphène est choisi parmi des oxydes de graphène et des oxydes de graphène réduits, la quantité de noir de carbone est supérieure à la quantité du au moins un matériau à base de graphène.
  18. 18. Composé selon la revendication 17, caractérisé en ce que le rapport massique du au moins un matériau à base de graphène au noir de carbone est de 1:2 à 1:1 000.
    BE2017/5088
  19. 19. Composé selon l'une quelconque des revendications 1-18, caractérisé en ce que (a) la modification de dureté d'après duromètre est d'au plus 10 points.
  20. 20. Composé selon l'une quelconque des revendications 1-19, caractérisé en ce que (b) la modification de résistance à la traction est d'au plus 35 %.
  21. 21. Composé selon l'une quelconque des revendications 1-20, caractérisé en ce que (c) la modification d'allongement final est d'au plus 35 %.
  22. 22. Composé selon l'une quelconque des revendications 1-21, caractérisé en ce que le au moins un matériau à base de graphène présente une taille de domaine latéral de 10 nm à 10 pm.
  23. 23. Composé selon l'une quelconque des revendications 1-22, caractérisé en ce que le au moins un noir de carbone présente un OAN de 30 à 130 cm3/g.
  24. 24. Composé selon l'une quelconque des revendications 1-23, caractérisé en ce que le au moins un noir de carbone présente une surface spécifique STSA de 3 à 200 m2/g.
  25. 25. Composé selon l'une quelconque des revendications 1-24, caractérisé en ce que le au moins un noir de carbone est choisi parmi les noirs de carbone ASTM N330, ASTM N326, ASTM N339, ASTM N539, ASTM N550, ASTM N660, ASTM N774, et ASTM N990.
  26. 26. Composé selon l'une quelconque des revendications 1-25, caractérisé en ce que la charge totale du au moins un matériau à base de graphène et du au moins un noir de carbone est de 15 pcc à 150 phr.
  27. 27. Composé selon l'une quelconque des revendications 1-25, caractérisé en ce que la charge totale du au moins un matériau à base de graphène et du au moins un noir de carbone est de 15 pcc à 100 phr.
  28. 28. Article comprenant le composé élastomère selon l'une quelconque des revendications 1-26.
  29. 29. Article selon la revendication 28, caractérisé en ce que l'article est choisi parmi des joints toriques, des matériaux d'étanchéité, des joints, des diaphragmes, des vannes, des étanchéités hydrauliques, des garnitures d'étanchéité gonflées, des obturateurs anti-éruption, et des doublures de tuyaux résistantes à l’huile.
  30. 30. Article selon la revendication 28, caractérisé en ce que l’article est choisi parmi un faisceau de câblage, un câble de batterie, un flexible de turbo, un conduit d’air moulé, une partie de frein, un passe-câbles, un tuyau hydraulique, un tuyau de radiateur, un scellement de transmission, un joint de transmission, un support de moteur, un support pour vibrations de châssis, un soufflet de protection de joint homocinétique, et un scellement de moteur, et un constituant de système de carburant.
  31. 31. Procédé de fabrication d’un composé élastomère comprenant :
    BE2017/5088 la combinaison d'au moins un élastomère avec au moins un matériau à base de graphène et au moins un noir de carbone pour former le composé élastomère, caractérisé en ce que le au moins un élastomère est résistant à la
    5 chaleur pendant 70 h à 100°C de sorte que le au moins un élastomère présente au moins une des propriétés suivantes choisies parmi :
    (a) une modification de dureté d'après duromètre d'au plus 15 points, déterminé selon la méthode ASTM D2240 (b) une modification de résistance à la traction déterminé selon la 10 méthode ASTM D412 d'au plus 40 %, et (c) une modification d'allongement à la rupture déterminé selon la méthode ASTM D412 d'au plus 40 % ;
    en ce que le au moins un matériau à base de graphène est présent dans une quantité de 0,1 pcc à 3 pcc par rapport à au moins un élastomère ;
    15 et en ce que le au moins un noir de carbone est présent dans une quantité de 15 pcc à 150 pcc par rapport à au moins un élastomère.
  32. 32. Procédé selon la revendication 31, caractérisé en ce que la combinaison comprend :
    20 la formation d'un mélange maître par combinaison du au moins un élastomère avec le au moins un matériau à base de graphène ; et la combinaison du mélange maître avec le au moins un noir de carbone.
    BE2017/5088
    COMPOSES ELASTOMERES
    ABREGE
    Il est décrit ici des composés élastomères comprenant : au moins un élastomère qui est résistant à la chaleur pendant 70 h à 100°C de sorte que le au moins un élastomère présente au moins une des propriétés suivantes choisies parmi : (a) une modification de dureté d'après duromètre d'au plus 15 points, (b) une modification de résistance à la traction d’au plus 40 %, et (c) une modification d’allongement à ia rupture d'au plus 40 %. Le composé élastomère comprend de plus au moins un matériau à base de graphène présent dans une quantité de 0,01 pcc à 30 pcc par rapport au au moins un élastomère et au moins un noir de carbone présent dans une quantité de 15 pcc à 150 pcc par rapport au au moins un élastomère. ïl est également décrit des procédés de fabrication de tels composés, et des articles comprenant des composés élastomères.
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