EP1404755A1 - Bande de roulement pour pneumatique renforcee d'une silice a tres basse surface specifique - Google Patents

Bande de roulement pour pneumatique renforcee d'une silice a tres basse surface specifique

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Publication number
EP1404755A1
EP1404755A1 EP02751056A EP02751056A EP1404755A1 EP 1404755 A1 EP1404755 A1 EP 1404755A1 EP 02751056 A EP02751056 A EP 02751056A EP 02751056 A EP02751056 A EP 02751056A EP 1404755 A1 EP1404755 A1 EP 1404755A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
silica
phr
tread according
inorganic filler
range
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP02751056A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Olivier Durel
Roland Rauline
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA
Original Assignee
Michelin Recherche et Technique SA Switzerland
Michelin Recherche et Technique SA France
Societe de Technologie Michelin SAS
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Filing date
Publication date
Application filed by Michelin Recherche et Technique SA Switzerland, Michelin Recherche et Technique SA France, Societe de Technologie Michelin SAS filed Critical Michelin Recherche et Technique SA Switzerland
Publication of EP1404755A1 publication Critical patent/EP1404755A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/34—Silicon-containing compounds
    • C08K3/36—Silica
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60C—VEHICLE TYRES; TYRE INFLATION; TYRE CHANGING; CONNECTING VALVES TO INFLATABLE ELASTIC BODIES IN GENERAL; DEVICES OR ARRANGEMENTS RELATED TO TYRES
    • B60C1/00—Tyres characterised by the chemical composition or the physical arrangement or mixture of the composition
    • B60C1/0016—Compositions of the tread
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K9/00—Use of pretreated ingredients
    • C08K9/12—Adsorbed ingredients, e.g. ingredients on carriers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L9/00—Compositions of homopolymers or copolymers of conjugated diene hydrocarbons
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L9/00—Compositions of homopolymers or copolymers of conjugated diene hydrocarbons
    • C08L9/06—Copolymers with styrene
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/80—Technologies aiming to reduce greenhouse gasses emissions common to all road transportation technologies
    • Y02T10/86—Optimisation of rolling resistance, e.g. weight reduction 

Definitions

  • the present invention relates to tire treads, more particularly to treads reinforced with an inorganic filler, in particular silica, and to tires comprising such treads.
  • the tire treads must in a known manner obey numerous technical requirements, often contradictory, in the first place having a high resistance to wear or abrasion and a high grip while offering the tire a very good level of road behavior ( "handling") on a motor vehicle, requiring in particular a high drift thrust or cornering.
  • carbon black exhibits such aptitudes, which is generally not the case for inorganic fillers, in particular silicas. Indeed, for reasons of reciprocal affinities, these particles of inorganic charge have an unfortunate tendency, in the elastomeric matrix, to agglomerate between them. These interactions have the harmful consequence of limiting the dispersion of the filler and therefore the reinforcing properties to a level substantially lower than that which would theoretically be possible to achieve if all the bonds (inorganic filler / elastomer) capable of being created. during the mixing operation, were actually obtained; on the other hand, these interactions tend to increase the consistency in the raw state of the rubber compositions and therefore to make their implementation ("processability") more difficult than in the presence of carbon black.
  • a coupling agent also called bonding agent, which has the function of ensuring the connection or bonding entered the surface of the particles (silanol groups Si-OH) of silica and the elastomer , while facilitating the dispersion of this charge within the elastomeric matrix, the high specific surface recommended for these silicas being precisely intended to increase the number and quality of the connections between the silica and the coupling agent, in order to reach the top expected level of reinforcement.
  • Such coupling agents are well known to those skilled in the art, essentially polyfunctional organosilanes or polysiloxanes.
  • the best known are polysulphurized alkoxysilanes, in particular bis- (alkoxylsilylalkyl) polysulphides such as bis- (alkoxylsilylpropyl) polysulphides, more particularly bis 3-triethoxysilylpropyl tetrasulphide and disulphide (in short TESPT and TESPD, respectively) generally considered like products providing, for silica-laden treads, the best compromise in terms of safety in roasting, ease of implementation and reinforcing power. As such, they are the coupling agents most used today in "Green Tires".
  • LS silica a diene elastomer
  • Such silicas denoted “LS” for "Low Surface" are known and could have been used, as adhesion promoting fillers or additives, in certain parts of tires, essentially in internal mixtures based on natural rubber intended in particular for calendering plies of crown reinforcement or tire carcass.
  • LS Low Surface
  • the invention also relates to the use as reinforcing filler, in a tire tread, of a silica LS having the characteristics a and b above.
  • the invention also relates to the use of a tread according to the invention for the manufacture or retreading of tires, as well as these tires themselves when they comprise a tread according to the invention .
  • the tires of the invention are particularly intended for equipping vehicles capable of traveling at high speed in a sustained manner such as passenger vehicles, 4x4 vehicles (4-wheel drive), SUV ("Sport Utility Vehicles"), two wheels (in particular motorcycles), vans, "Heavy goods vehicles” (notably metro, bus, road transport equipment such as trucks, tractors, trailers).
  • the treads according to the invention can be prepared by a process constituting another object of the present invention.
  • This improved process for preparing a tire vulcanizable with sulfur, with performance compromise (wear resistance / rolling resistance / adhesion / drift thrust), based on diene elastomer, of a reinforcing inorganic filler and of a vulcanization system comprises the following stages: • incorporating into a diene elastomer, during a first stage known as "non-productive", at least: as reinforcing filler, more than 80 phr of a inorganic filler consisting in whole or in part of a silica having the following characteristics (so-called "LS" silica): - (a) a BET specific surface of between 50 and 100 m 2 / g;
  • LS silica constitutes the majority, more preferably still all of the reinforcing inorganic filler.
  • the invention thus makes it possible to significantly reduce the levels of vulcanizing agents, sulfur and vulcanization accelerators.
  • Another particularly preferred embodiment consists in using, as vulcanization activator, a substantially reduced rate, namely between only 0.5 and 1.5 phr of zinc, provided in particular in the form of zinc oxide or zinc stearate. It has in fact been found that the use of LS silicas has the drawback of significantly increasing the induction times during vulcanization (time required at the start of the vulcanization reaction) and that, unexpectedly, this drawback could be overcome by a reduction in the usual level of zinc.
  • the silicas described below consist, in known manner, of agglomerates of particles,
  • particle used in the present application must be understood in its usual generic sense of aggregate (also called “secondary particle”), and not in that of elementary particle (also called “primary particle”) which may form, the if applicable, part of this aggregate; by “aggregate” means in a known manner the non-breaking set (Le., which cannot be cut, divided, shared) which is produced during the synthesis of the charge, generally formed of aggregated elementary (primary) particles between them. "'
  • the BET specific surface area (“mass area”) is determined by gas adsorption using the Brunauer-Emmett-Teller method described in "The Journal of the American Chemical Society” Vol. 60, page 309, February 1938), more precisely according to French standard NF ISO 9277 of December 1996 [multi-point volumetric method (5 points) - gas: nitrogen - degassing: hour at 160 ° C - relative pressure range p / in: 0.05 to 0.17]
  • CTAB specific surface is the external surface determined according to French standard NF T 45-007 of November 1987 (method B).
  • the average size (by mass) of the particles is measured in a conventional manner after dispersion, by ultrasonic deagglomeration, of the charge to be analyzed in water.
  • the measurement is carried out using a centrifugal sedimentometer with X-ray detection type "XDC"("X-rays Disk Centrifuge”), sold by the company Brookhaven Instruments, according to the following operating mode.
  • the deagglomeration speed noted ⁇ is measured by means of an ultrasonic deagglomeration test, at 100% power of a 600 W (watt) probe, operating here in pulsed mode (i.e.: 1 second ON, 1 second OFF ) to avoid excessive heating of the ultrasound probe during the measurement.
  • This known test which is in particular the subject of patent application WO99 / 28376 (see also O99 / 28380, WO00 / 73372, WOOO / 73373), makes it possible to continuously measure the change in the average size (in volume) of particle agglomerates during sonication, as indicated below.
  • the assembly used consists of a laser granulometer (type "Mastersizer S”, sold by Malvern Instruments - He-Ne laser source emitting in the red, wavelength 632.8 nm) and its preparer ("Malvern Small Sample Unit MSX1 "), between which has been inserted a continuous flow treatment cell (Bioblock M72410) fitted with an ultrasonic probe (1/2 inch sonicator type Vibracell of 600 W sold by the company Bioblock).
  • a small amount (150 mg) of silica to be analyzed is introduced into the preparer with 160 ml of water, the circulation speed being fixed at its maximum. At least three consecutive measurements are made to determine according to the known Fraunhofer calculation method (Malvern calculation matrix 3 $$ D) the average initial diameter (in volume) of the agglomerates, denoted d v [0].
  • the sonication (pulsed mode: 1 s ON, 1 s OFF) is then established at a power of 100% (ie 100% of the maximum position of the "tip amplitude") and the evolution of the mean diameter is followed for approximately 8 minutes. in volume d v [t] as a function of time "t" at the rate of a measurement every 10 seconds approximately.
  • the aforementioned application WO99 / 28376 describes in detail a measuring device which can be used for carrying out this ultrasonic deagglomeration test.
  • This device consists of a closed circuit in which a flow of agglomerates of particles in suspension in a liquid can flow.
  • This device essentially comprises a sample preparer, a laser granulometer and a processing cell. A setting at atmospheric pressure, at level of the sample preparer and of the treatment cell itself, allows the continuous elimination of air bubbles which form during sonication (action of the ultrasonic probe).
  • the sample preparer (“Malvern Small Sample Unit MSX1”) is intended to receive the silica sample to be tested (suspended in liquid 3) and to circulate it through the circuit at the preset speed (potentiometer - speed maximum of about 3 1 / min), in the form of a flow of liquid suspension.
  • This preparer simply consists of a receiving tank which contains, and through which circulates, the suspension to be analyzed.
  • a centrifugal mini-pump is intended to ensure the circulation of the suspension in the circuit;
  • the inlet of the preparer is connected to the open air via an opening intended to receive the load sample to be tested and / or the liquid used for the suspension.
  • the preparer is connected to a laser granulometer ("Mastersizer S") whose function is to continuously measure, at regular time intervals, the volume average size "d v " of the agglomerates, as the flow passes, thanks to a measurement to which the automatic recording and calculating means of the granulometer are coupled.
  • Mastersizer S a laser granulometer
  • laser granulometers exploit, in a known manner, the principle of diffraction of light by solid objects suspended in a medium whose refractive index is different from that of the solid. According to Fraunhofer's theory, there is a relationship between the size of the object and the angle of diffraction of light (the smaller the object, the larger the angle of diffraction).
  • a processing cell Interposed between the preparer and the laser granulometer is finally a processing cell equipped with an ultrasonic probe, which can operate in continuous or pulsed mode, intended to continuously break up the agglomerates of particles as the flow passes.
  • This flow is thermostatically controlled by means of a cooling circuit arranged, at the level of the cell, in a double envelope surrounding the probe, the temperature being controlled for example by a temperature probe immersed in the liquid at the level of the preparer.
  • the rubber compositions are characterized, before and after curing, as indicated below.
  • the Mooney plasticity measurement is carried out according to the following principle: the composition in the raw state (Le., Before baking) is molded in a cylindrical enclosure heated to 100 ° C. After one minute of preheating, the rotor turns within the test tube at 2 revolutions / minute and the torque useful for maintaining this movement is measured after 4 minutes of rotation.
  • the measurements are carried out at 130 ° C, in accordance with French standard NF T 43-005 (1991).
  • the evolution of the consistometric index as a function of time makes it possible to determine the toasting time of the rubber compositions, assessed in accordance with the aforementioned standard by parameter T5 (in the case of a large rotor), expressed in minutes, and defined as being the time necessary to obtain an increase in the consistometric index (expressed in MU) of 5 units above the minimum value measured for this index.
  • the measurements are carried out at 150 ° C. with an oscillating chamber rheometer, according to standard DIN 53529 - part 3 (June 1983).
  • the evolution of the rheometric torque as a function of time describes the evolution of the stiffening of the composition as a result of the vulcanization reaction.
  • the measurements are processed according to DIN 53529 - part 2 (March 1983): tj is the induction time, that is to say the time necessary for the start of the vulcanization reaction; t ⁇ (for example t 90 or t 99 ) is the time necessary to reach a conversion of ⁇ %, i.e. ⁇ % (for example 90% or 99%, respectively) of the difference between the couples minimum and maximum.
  • the conversion speed constant denoted K (expressed in min '1 ), of order 1, calculated between 30% and 80% of conversion, is also measured, which makes it possible to assess the vulcanization kinetics.
  • a processing of the traction records also makes it possible to plot the module curve as a function of the elongation (see attached figure), the module used here being the true secant module measured in first elongation, calculated by reducing to the real section of the 'test tube and not in the initial section as previously for the nominal modules.
  • Dynamic properties The dynamic properties ⁇ G * and tan max ( ⁇ ) are measured on a viscoanalyzer (Metravib VA4000), according to standard ASTM D 5992-96. The response of a sample of vulcanized composition (4 mm thick cylindrical test piece and 400 mm 2 section) is recorded, subjected to a sinusoidal stress in alternating single shear, at the frequency of 10 Hz, under normal conditions of temperature (23 ° C) according to ASTM D 1349-99, or as the case may be at a different temperature. A deformation amplitude sweep is carried out from 0.1 to 50%) (outward cycle), then from 50%) to 1% (return cycle).
  • the Shore A hardness of the compositions after curing is assessed in accordance with standard ASTM D 2240-86.
  • Rolling resistance is measured on a steering wheel, according to ISO 87-67, (1992). A value greater than that of the control, arbitrarily set to 100, indicates an improved result, that is to say a lower rolling resistance.
  • the tires are subjected to actual rolling on the road, on a specific motor vehicle, until the wear due to rolling reaches the wear indicators arranged in the grooves of the tread.
  • the tires are mounted on a motor vehicle equipped with an ABS braking system and the distance required to go from 100 km / h to 0 km / h is measured during brutal braking on dry ground (bituminous concrete). A value greater than that of the control, arbitrarily fixed at 100, indicates an improved result, that is to say a shorter braking distance.
  • the tires are mounted 'on a motor vehicle equipped with a braking system
  • ABS and we measure the distance required to go from 50 km h to 10 km / h during brutal braking on watered ground (bituminous concrete). A value higher than that of the witness, arbitrarily set to 100, indicates an improved result i.e. a shorter braking distance.
  • the tires are mounted on a motor vehicle equipped with an ABS braking system on all four wheels, and the distance required to go from 20 km / h to 5 km h is measured when braking on ice.
  • the professional driver of the vehicle also gives a global, subjective rating of the road behavior of the vehicle - and therefore of the tires - on this watered virgin circuit; a score higher than that of the witness, arbitrarily set at 100, indicates improved overall behavior.
  • Each tire tested is mounted on a wheel of suitable size and inflated to 2.2 bars. It is made to run at a constant speed of 80 km / h on an appropriate automatic machine ("ground-plane" type machine sold by the company MTS).
  • the load denoted “Z” is varied, under a drift angle of 1 degree, and the stiffness or drift thrust denoted “D” (corrected for zero drift thrust) is measured in a known manner, by recording at using sensors the transverse force on the wheel as a function of this load Z.
  • the edge thrust indicated in the tables is the slope at the origin of the curve D (Z); a value greater than that of the control, arbitrarily set at 100, indicates an improved result, that is to say a stronger drift thrust.
  • An increase in drift thrust is favorable to road behavior on dry ground.
  • the tire treads according to the invention are therefore formed, in whole or in part, of a rubber composition based on at least: (i) a diene elastomer; (ii) by way of reinforcing filler, more than 80 phr of an inorganic filler constituted in whole or in part of a silica having the following characteristics:
  • composition based on
  • a composition comprising the mixture and / or the in situ reaction product of the various constituents used, some of these base constituents being capable of, or intended to react between them, at least in part, during the different manufacturing phases of the treads and tires, in particular during their vulcanization.
  • diene elastomer or rubber
  • elastomer derived at least in part (ie, a homopolymer or a copolymer) from diene monomers, that is to say from monomers carrying two carbon double bonds -carbon, conjugated or not.
  • essentially unsaturated diene elastomer is meant here a diene elastomer derived at least in part from conjugated diene monomers, having a proportion of units or units of diene origin (conjugated dienes) which is greater than 15% (% by moles) .
  • the expression “highly unsaturated” diene elastomer is understood in particular to mean a diene elastomer having a content of units of diene origin (conjugated dienes) which is greater than 50%.
  • 1,3-butadiene, 2-methyl-1,3-butadiene, 2,3-di-alkyl (C ⁇ -C 5 ) -1, 3-butadienes such as for example, are suitable.
  • Suitable vinyl-aromatic compounds are, for example, styrene, ortho-, meta-, para-methylstyrene, the commercial "vinyl-toluene" mixture, para-tertiobutylstyrene, methoxystyrenes, chlorostyrenes, vinyl mesitylene, divinylbenzene. , vinylnaphthalene.
  • the copolymers can contain between 99% and 20% by weight of diene units and between 1% and 80% or by weight of vinyl-aromatic units.
  • Elastomers can have any microstructure which is a function of the polymerization conditions used, in particular the presence or absence of a modifying and / or randomizing agent and the quantities of modifying and / or randomizing agent used.
  • the elastomers can for example be block, statistical, sequence, microsequenced, and be prepared in dispersion or in solution; they can be coupled and / or stars or functionalized with a coupling and / or star-forming or functionalizing agent.
  • the diene elastomer of the tread according to the invention is preferably made, in whole or in part, in an amount of at least 40 phr, more preferably still at least 50 phr, by a highly unsaturated elastomer of the type butadiene, that is to say chosen from the group of highly unsaturated diene elastomers constituted by polybutadienes (BR), butadiene copolymers and mixtures of these elastomers.
  • a highly unsaturated elastomer of the type butadiene that is to say chosen from the group of highly unsaturated diene elastomers constituted by polybutadienes (BR), butadiene copolymers and mixtures of these elastomers.
  • butadiene copolymers are in particular butadiene-styrene copolymers (SBR), isoprene-butadiene copolymers (BIR), isoprene-butadiene-styrene copolymers (SBIR).
  • SBR butadiene-styrene copolymers
  • BIR isoprene-butadiene copolymers
  • SBIR isoprene-butadiene-styrene copolymers
  • the BRs having a content of -1.2 units between 4% and 80% or those having a cis-1,4 content greater than 80%), the SBRs having a content in styrene between 5%> and 50% by weight and more particularly between 20% and 40%>, a content of -1,2 bonds of the butadiene part between 4% and 65%, a content of trans-1 bonds , 4 between 20%> and 80%>, the BIRs having an isoprene content of between 5%> and 90%> by weight and a glass transition temperature ("Tg" measured according to standard ASTM D3418-82) of - 40 ° C to -80 ° C.
  • Tg glass transition temperature
  • SBIR copolymers especially those having a styrene content of between 5% and 50% by weight and more particularly of between 10%) and 40%, an isoprene content of between 15%) and 60% by weight are suitable; more particularly between 20% and 50%, a content of butadiene between 5% and 50%) by weight and more particularly between 10% and 40%>, a content of units -1,2 of the butadiene part of between 4 % and 85% o, a content in trans units -1.4 of the butadiene part between 6% and 80%, a content in units -1.2 plus -3.4 of the isoprenic part between 5% and 70 % and a content in trans units -1.4 of the isoprenic part between 10% and 50%), and more generally any SBIR having a Tg ime between -20 ° C and -70 ° C.
  • the butadiene elastomer is particularly chosen from BR, SBR and mixtures of these elastomers.
  • the butadiene elastomer is mainly an SBR elastomer, whether it is an SBR prepared in emulsion ("ESBR") or a SBR prepared in solution (“SSBR”), or a mixture of SBR and another diene elastomer, in particular butadiene, for example a blend of SBR and BR, of SBR and NR (natural rubber), of SBR and IR (synthetic polyisoprene).
  • an SBR having a styrene content of between 10% and 30%> by weight, a content of vinyl bonds of the butadiene part of between 15%) and 65% o, a content of trans-1,4 bonds included between 15%) and 75%) and a Tg of between -20 ° C and -55 ° C.
  • SBR copolymer preferably an SSBR, is optionally used in admixture with BR preferably having more than 90% of cis-1,4 bonds.
  • compositions of the treads of the invention may contain a single diene elastomer or a mixture of several diene elastomers, the diene elastomer or elastomers being able to be used in combination with any type of synthetic elastomer other than diene, or even with other polymers.
  • elastomers for example thermoplastic polymers.
  • the essential characteristic of the tread according to the invention is that it is reinforced by more than 80 phr of a reinforcing inorganic filler comprising, preferably in the majority, a specific silica with very low specific surface having the following characteristics:
  • Silicas with a small BET surface capable of meeting this definition are known and have been described in particular in applications EP 157 703, EP 396 450 or EP 722 977. As already indicated, their known application in tires has hitherto been limited to parts of the tire other than its tread, in particular in internal mixtures used, for example, for calendering plies of crown or carcass reinforcement. •
  • This specific silica "LS" (for "Low Surface) firstly has an unusual BET surface for a tread application, between 50 and 100 m 2 / g.
  • BET surface area of less than 50 m 2 / g, the rubber compositions certainly exhibit easier processing as well as reduced hysteresis, but there is a decline in the properties at break and resistance to wear, in tires , which decreases prohibitively.
  • the silica LS must on the other hand have a size d w of between 50 and 350 nm. For excessively large sizes d w , greater than 350 nm, the particles behave like defects which locate the constraints and are harmful to wear; sizes d w that are too small, less than 50 nm, on the other hand penalize implementation in the raw state and the dispersion of the charge during this implementation.
  • the LS silica used will also preferably have a high intrinsic dispersibility, illustrated by 1 a deagglomeration speed ⁇ (measured in the ultrasonic deagglomeration test described in previous chapter I) greater than 5.10 -3 ⁇ rVmin, more preferably at least equal to 1.10 -2 ⁇ rVmin.
  • ⁇ deagglomeration speed
  • the silica LS exhibited a very high dispersibility, that is to say that few micron agglomerates are observed by reflection under optical microscopy on a section of rubber composition prepared according to the rules. art.
  • the silica LS selected preferably checks at least one, more preferably all, of the following characteristics:
  • a BET surface in a range of 60 to 90 m 2 / g; a particle size d w of between 100 and 300 nm; a disagglomeration speed ⁇ greater than 5.10 " 3 ⁇ m'Vmin.
  • this LS silica verifies all of the following characteristics:
  • a BET surface in a range of 60 to 90 m 2 / g; - A particle size d w in a range of 150 to 250 nm; a disagglomeration speed ⁇ at least equal to 1.10 " 2 ⁇ nrVmin.
  • the physical state under which LS silica may appear is indifferent, whether in the form of powder, microbeads, granules, pellets, beads or any other densified form; it can be a precipitated silica such as a pyrolysis silica. Its BET / CTAB surface ratio is preferably within a range from 1.0 to 1.5, more preferably from 1.0 to 1.2.
  • the silica LS above can advantageously constitute all of the reinforcing inorganic filler.
  • this LS silica may optionally be associated with another reinforcing inorganic filler, for example a conventional reinforcing silica with a higher specific surface.
  • the silica LS preferably constitutes at least 50% by weight of the total reinforcing inorganic filler, more preferably still more than 80%) by weight of this total reinforcing inorganic filler.
  • the rate of reinforcing inorganic filler is greater than 90 phr, more preferably comprised within a range of 100 to 150 phr. , the optimum of course being different depending on the type of tire concerned.
  • Silica LS can also be combined with a conventional carbon black of pneumatic grade, chosen in particular from blacks of the HAF, ISAF, SAF type conventionally used in tire treads (for example, blacks NI 15, N134, N234, N330, N339, N347, N375).
  • This carbon black is then preferably used in small proportion, at a rate preferably between 2 and 20 phr, more preferably in a range of 5 to 15 phr.
  • the coloring properties (black pigmentation agent) and anti-UV properties of the carbon blacks are benefited, without, moreover, penalizing the typical performances provided by LS silica.
  • a reinforcing filler of the organic type could be used, in particular a carbon black for tires, covered at least in part with an inorganic layer.
  • a reinforcing filler of the organic type could be used, in particular a carbon black for tires, covered at least in part with an inorganic layer.
  • silica in particular of silica, requiring as for it the use of a coupling agent to ensure the connection with the elastomer.
  • coupling agent inorganic filler / elastomer
  • organic filler / elastomer an agent capable of establishing a sufficient bond, of chemical and / or physical nature, between the inorganic filler and the diene elastomer ;
  • a coupling agent at least bifunctional, has for example as simplified general formula "Y-T-X", in which:
  • Y represents a functional group (“Y” function) which is capable of physically and / or chemically binding to the inorganic charge, such a bond being able to be established, for example, between a silicon atom of the coupling agent and surface hydroxyl groups (OH) of the inorganic filler (for example surface silanols when it is silica);
  • - X represents a functional group (“X" function) capable of physically and / or chemically bonding to the diene elastomer, for example by means of a sulfur atom;
  • T represents a divalent organic group making it possible to connect Y and X.
  • the coupling agents should not be confused with simple agents for recovering the inorganic charge which, in known manner, may include the "Y" function active with respect to the inorganic charge but are devoid of the "X” function active with respect to the diene elastomer.
  • Coupling agents (silica / diene elastomer), of variable effectiveness, have been described in a very large number of documents and are well known to those skilled in the art. Any known coupling agent can be used capable of effectively ensuring, in diene rubber compositions which can be used for the manufacture of tire treads, the connection between a reinforcing inorganic filler such as silica and a diene elastomer, in particular organosilanes or polyfunctional polyorganosiloxanes carrying the functions X and Y above.
  • - n is an integer from 2 to 8 (preferably from 2 to 5);
  • - A is a di valent hydrocarbon radical (preferably C 1 -C 8 alkylene groups or C 6 -C 1 arylene groups, more particularly C 1 -C 10, especially C 1 -C 4 alkylene groups, in particular propylene);
  • radicals R 1 substituted or unsubstituted, identical or different from each other, represent a C ⁇ -C ⁇ 8 alkyl, C 5 -C 18 cycloalkyl or C 6 -C 18 aryl group (preferably C ⁇ alkyl groups -C 6 , cyclohexyl or phenyl, in particular C ⁇ -C 4 alkyl groups, more particularly methyl and / or ethyl).
  • radicals R 2 substituted or unsubstituted, identical or different, represent a hydroxyl, alkoxyl or Ci-C 18 cycloalkoxy, C 5 -C 18 (preferably a group selected from hydroxyl, alkoxyl C ⁇ -C 8 and C 5 -C 8 cycloalkoxyls, more preferably still a group chosen from hydroxyl and C ⁇ -C alkoxyls, in particular methoxyl and ethoxyl).
  • n is a fractional number, preferably included in a range of 2 to
  • polysulphide silanes By way of examples of polysulphide silanes, mention will be made more particularly of the polysulphides (in particular disulphides, trisulphides or tetrasulphides) of bis- (alkoxyl (C ⁇ -C 4 ) -alkyl (C 1 -C 4 ) silyl- alkyl (C ⁇ -C 4 )), such as for example the polysulphides of bis (3-trimethoxysilylpropyl) or bis (3-triethoxysilylpropyl).
  • polysulphides in particular disulphides, trisulphides or tetrasulphides
  • TESPT bis (3-tri-ethoxysilylpropyl) tetrasulfide
  • TESPD bis (3-tri-ethoxysilylpropyl) tetrasulfide
  • TESPD bis disulfide - (triethoxysilylpropyle)
  • the TESPD is marketed for example by the company Degussa under the name Si75 (in the form of a mixture of disulfide - at 75% by weight - and polysulfides), or also by the company Witco under the name Silquest Al 589.
  • TESPT is marketed for example by the company Degussa under the name Si69 (or X50S when it is supported at 50%) by weight on carbon black), or also by the company Osi Specialties under the name Silquest A1289 (in both cases , commercial mixture of polysulphides with an average value for n which is close to 4).
  • the use of LS silica, in the treads according to the invention makes it possible to significantly reduce the level of coupling agent, in particular of polysulphurized silane, compared to the usual levels. practiced in the presence of a conventional silica with a higher specific surface.
  • the level of coupling agent, in particular of polysulphurized silane is preferably between 2 and 5 phr, more preferably comprised within a range of 3 to 4.5 phr.
  • this rate of coupling agent is advantageously less than 8%>, more preferably less than 6% by weight relative the weight of reinforcing inorganic filler.
  • the coupling agent used could be grafted beforehand (via the "X" function) on the diene elastomer of the composition of the invention, the elastomer thus functionalized or
  • the coupling agent could also be grafted beforehand (via the "Y” function) onto the reinforcing inorganic filler, the filler thus “precoupled” can then be linked to the diene elastomer via the free "X” functions.
  • the coupling agent can optionally be combined with an appropriate “coupling activator”, that is to say a body (single compound or combination of compounds) which, mixed with this coupling agent, increases the efficiency of the latter (see for example applications WO00 / 5300 and WO00 / 5301 above).
  • an appropriate “coupling activator” that is to say a body (single compound or combination of compounds) which, mixed with this coupling agent, increases the efficiency of the latter (see for example applications WO00 / 5300 and WO00 / 5301 above).
  • Vulcanization system The basic vulcanization system consists of sulfur and a primary vulcanization accelerator. To this basic vulcanization system are added, incorporated during the first non-productive phase and / or during the productive phase, various known secondary accelerators or activators of vulcanization.
  • the primary vulcanization accelerator is preferably an accelerator of the sulfenamide type.
  • the use of LS silica makes it possible to significantly reduce the overall level of sulfur and of sulfenamide accelerator to a preferential value of between 1.25 and 2.75 phr, more preferably within a range of 1.5 to 2.5 phr, sulfur and sulfenamide accelerator being also each used, even more preferably, at a rate of between 0.5 and 1.5 phr.
  • a guanidine derivative is preferably used, in particular there diphenylguanidine (DPG), incorporated during the first non-productive phase (preferred mode of the invention) and / or during the productive phase.
  • DPG diphenylguanidine
  • This guanidine derivative also plays the advantageous role of agent for covering silica LS.
  • LS silica again makes it possible to advantageously reduce the overall level of sulfur, sulfenamide and guanidine derivative to a preferential value comprised in a range from 1.75 to 4.25, more preferably in a range from 2 to 4 phr.
  • a very small amount of zinc is used as vulcanization activator, between 0.50 and 1.5 phr, more preferably within a range from 0.7 to 1.3 pc.
  • This specific quantity of zinc can be added to the rubber composition in any manner known to those skilled in the art, preferably in the form of zinc oxide, in this case therefore used at an equivalent preferential rate of between 0.6 and 1.9 pce, more preferably within a range of 0.9 to 1.6 pce.
  • this zinc oxide is preferably associated a fatty acid, more preferably stearic acid, present at a preferential rate of 0.5 to 3 phr, more preferably of 1 to 3 phr.
  • All or part of the zinc used can also be incorporated into the treads and their compositions in the form of a zinc salt of fatty acid, in particular in the form of zinc stearate, or of another active zinc donor compound.
  • Induction times and therefore reduced cooking times are particularly advantageous for. treads intended for retreading, whether it is "cold” retreading (use of a prebaked tread) or conventional "hot” retreading (using a tread in the state In the latter case, a reduced baking time, in addition to reducing production costs, limits the overcooking (or postcooking) imposed on the rest of the casing ("carcass") of the used tire (already vulcanized).
  • the elastomeric compositions of the treads according to the invention also comprise all or part of the usual additives used in rubber compositions intended for the manufacture of tire treads, such as for example extension oils, plasticizers, protective agents such as anti-ozone waxes, chemical ozonants, antioxidants, anti-fatigue agents, coupling activators, reinforcing resins, methylene acceptors and / or donors.
  • Silica LS can also be associated, if necessary, with a conventional white filler that is not very reinforcing or not, for example particles of clay, bentonite, talc, chalk, kaolin, which can be used, for example, in colored tire treads.
  • the elastomeric compositions can also contain, in addition to the agents.
  • these agents, used at a preferential rate of between 0.5 and 3 phr are for example alkylalkoxysilanes, in particular alkyltriethoxysilanes, such as 1-octyl-triethoxysilane sold by the company Degussa-H ⁇ ls under the name Dynasylan Octeo or 1- hexa-decyl-triethoxysilane sold by the company Degussa-H ⁇ ls under the name Si216, polyols, polyethers (for example polyethylene glycol
  • thermo-mechanical kneading sometimes called a "non-productive" phase
  • T max a maximum temperature of between 110 ° C and 190 ° C, preferably between 130 ° C and 180 ° C
  • second phase of mechanical work sometimes qualified as a "productive" phase
  • the process for manufacturing the compositions according to the invention is characterized in that at least the LS silica (associated or not with another reinforcing inorganic filler or with a carbon black) and the coupling agent are incorporated by kneading with diene elastomer during the first so-called non-productive phase, that is to say that one introduces into the mixer and that one thermomechanically kneads, in one or more times, at least these different basic constituents until a maximum temperature between 110 ° C and 190 ° C is reached, preferably between 130 ° C and 180 ° C.
  • All or part of the vulcanization activator consisting of the very small amount of zinc of between 0.50 and 1.5 phr, can be introduced during the non-productive phase or else during the productive phase.
  • the first (non-productive) phase is carried out in a single thermomechanical step during which all the necessary basic components are introduced into a suitable mixer such as a conventional internal mixer. (diene elastomer, reinforcing inorganic filler and coupling agent), then in a second step, for example after one to two minutes of mixing, any additional covering or implementing agents and other various additives, including in particular zinc and DPG, with the exception of the basic vulcanization system consisting of sulfur and primary accelerator, in particular sulfenamide; the apparent density of LS silica being generally low, it may be advantageous to split its introduction into two or more parts.
  • a suitable mixer such as a conventional internal mixer.
  • any additional covering or implementing agents and other various additives including in particular zinc and DPG, with the exception of the basic vulcanization system consisting of sulfur and primary accelerator, in particular sulfenamide; the apparent density of LS silica being generally low, it may be advantageous to split its introduction into two or more parts.
  • thermomechanical work can be added to this internal mixer, after the mixture has fallen and intermediate cooling (cooling temperature preferably less than 100 ° C.), with the aim of subjecting the compositions to a complementary thermomechanical treatment , in particular to further improve the dispersion in the elastomeric matrix of the reinforcing inorganic filler and its coupling agent.
  • the total duration of the kneading, in this non-productive phase is preferably between 2 and 10 minutes.
  • sulfur and primary accelerator are then incorporated at low temperature, generally in an external mixer such as a cylinder mixer; the whole is then mixed (productive phase) for a few minutes, for example between 5 and 15 minutes.
  • the final composition thus obtained is then calendered, for example in the form of plates (thickness of 2 to 3 mm) or of thin sheets of rubber for the measurement of its physical or mechanical properties, in particular for a characterization in the laboratory, or also extruded to form rubber profiles used directly, after cutting or assembling to the desired dimensions, as tire treads.
  • the method for preparing a tire tread according to the invention comprises the following steps: • incorporating into a diene elastomer, during a first step called “non-productive": . by way of reinforcing filler, more than 80 phr of an inorganic filler constituted in whole or in part of silica having the following characteristics:
  • a coupling agent ensuring the connection between the silica and the diene elastomer; by thermomechanically kneading the whole, in one or more times, until reaching a maximum temperature of between 110 ° C and 190 ° C; • cool the assembly to a temperature below 100 ° C; then incorporate, during a second so-called "productive" step, sulfur and a primary vulcanization accelerator; knead everything up to a maximum temperature below 110 ° C; • calendering or extruding the elastomeric composition thus obtained in the form of a tire tread.
  • the vulcanization or curing of the tread or of the tire is carried out in a known manner at a temperature preferably between 130 ° C. and 200 ° C., preferably under pressure, for a sufficient time which can vary for example between 5 and 90 min depending in particular on the baking temperature, the vulcanization system adopted, the vulcanization kinetics of the composition considered and the size of the tire.
  • the rubber compositions described above based on LS silica generally constitute the entire tread according to the invention.
  • the invention also applies to cases where these rubber compositions form only part of a tread of the composite type, consisting for example of transversely different adjacent bands, or else of two radially superposed layers of different constitutions, the part loaded with silica LS which can constitute, for example, the radially external layer of the tread intended to come into contact with the ground from the start of rolling of the new tire, or on the contrary its radially internal layer intended to come into contact with the ground later.
  • the present invention relates to the treads and tires previously described both in the so-called “raw” state (Le., Before baking) and in the so-called “cooked” or vulcanized state (Le., After vulcanization).
  • the characteristics of the fillers used in the following examples are summarized in Table 1.
  • the filler denoted A is a conventional reinforcing silica, with high specific surface (BET of about 160 m 2 / g), reference inorganic filler for reinforcement "Green Tires” treads ("Zeosil 1165MP" silica from Rhodia).
  • Filler B is a silica with very low specific surface (BET close to 90 m 2 / g) intended usually with internal mixtures for calendering of tire crown reinforcement plies (BET / CTAB ratio equal to 1.1).
  • the BET surface and size d w characteristics therefore clearly differentiate the two charges, charge B having a surface area twice as low per unit mass and an average particle size d w more than twice as large.
  • the two silicas are also characterized both by a high intrinsic dispersibility, illustrated by a speed of
  • a BET surface in a range of 60 to 90 m 2 / g; a particle size d w within a range of 150 to 250 nm; - a deagglomeration speed ⁇ at least equal to 1.10 " 2 ⁇ m'Vmin.
  • a diene elastomer (or mixture of elastomers) is introduced into an internal mixer, filled to 70%> and whose initial tank temperature is approximately 60 ° C. diene, if applicable), the reinforcing filler, the coupling agent, then, after one to two minutes of mixing, the various other ingredients with the exception of sulfur and the primary accelerator sulfenamide.
  • Thermomechanical work (non-productive phase) is then carried out in one or two stages (total mixing time equal to approximately 7 min), until a maximum "fall" temperature of approximately 160-165 ° C. is reached.
  • compositions are then either calendered in the form of plates (thickness of 2 to 3 mm) for the measurement of their physical or mechanical properties, or directly extruded in the form of tire treads.
  • LS silica advantageously constitutes all of the reinforcing inorganic filler, associated with a low level of carbon black (less than 10 phr).
  • This test is to demonstrate the improved performance of an elastomeric composition based on LS silica, compared to a control composition using a conventional silica (high specific surface) for a "Green Tire” tread.
  • compositions SBR / BR cutting
  • composition noted Cl control: silica A (60 phr) with TESPT coupling agent
  • composition C-2 invention: silica B (85 phr) with TESPT coupling agent
  • composition C-3 invention: silica B (85 phr) with TESPD coupling agent.
  • the butadiene elastomer consists of an SSBR comprising 25%) of styrene, 58%> of polybutadiene units 1-2 and 23% of polybutadiene units 1-4 trans, with which is associated a BR having more than 90% of cis bonds -1.4.
  • the rate of total reinforcing filler constituted by silica LS and a small amount of carbon black (less than 10 phr) is greater than 90 phr in the compositions according to the invention.
  • Tables 2 and 3 show in succession the formulation of the different compositions (Table. 2 - rate of the different products expressed in phr), and their properties before and after curing at 150 ° C for 40 minutes (Table 3).
  • the appended figure reproduces the module curves (in MPa) as a function of the elongation (in%>); these curves are denoted C1 to C3 and correspond respectively to compositions C1 to C-3.
  • the silica content is therefore more than 40% higher> (85 phr instead of 60 phr) in the compositions according to the invention (C-2 and C-3) which, compared to the control composition (Cl), have moreover the following advantageous characteristics, in particular from the point of view of costs:
  • the level of ZnO was reduced by 40%> (1.5 phr instead of 2.5 phr in the control composition) in compositions C-2 and C-3 in order to reduce their induction time (tj) to a value comparable to that of the control, a rate of 2.5 phr leading, for example, for composition C-2 to an induction time increased by almost 50%, an increase considered prohibitive with regard to industrial cooking conditions .
  • compositions Cl and C-2 are used in this test as treads for passenger car tires with a radial carcass, of dimension 175/70 RI 4 (speed index T), conventionally manufactured and in all points identical except for the rubber composition constituting the tread: composition Cl for the "Green Tires” witnesses (denoted Pl), composition C-2 for the tires of the invention (denoted P-2).
  • the tires were first tested on a machine to determine their rolling resistance and their drift thrust, then mounted on the vehicle for further testing.
  • the tires are then subjected to road rolling, on a passenger vehicle of the Citro ⁇ n Xsara brand, to determine the resistance to wear.
  • the wear resistance of the tread is directly correlated to the level of reinforcement provided by the reinforcing filler and its associated coupling agent.
  • the measurement of the resistance to wear is an excellent indicator, if not the best since evaluated on the final manufactured product, of the overall performance of the inorganic filler used. It can then be seen that the tire according to the invention shows a performance identical to that of the control tire.
  • VW vehicle "Polo GT” model nominal pressures at the front and rear
  • VW "Golf” model vehicle nominal pressures at the front and rear
  • the tires to be tested being fitted at the front and rear of the vehicle.
  • the P-2 tires firstly show a significant gain of 4%> in braking on wet surfaces.
  • the running test on a wet and bumpy track confirms that the use of LS silica results in a significant improvement in grip, illustrated both by a reduction in the minimum time required to cover the track in speed conditions limit (journey time reduced by one second per lap) only by the change in the behavior score awarded by the pilot (8% increase>), these two variations being very significant for such a test.
  • the tire of the invention shows a compromise (rolling resistance / resistance to wear / behavior / adhesion) which is generally improved compared to the reference constituted by the treads of the "Green Tires" controls Pl, with in particular an improvement both in road behavior and grip on wet, snowy or icy conditions.
  • composition C-4 control: silica A (65 phr); composition C-5 (according to the invention): silica B (85 phr).
  • Tables 5 and 6 successively give the formulation of the different compositions (Table 5 - rate of the various products expressed in phr), their properties before and after cooking at 150 ° C. for 40 minutes (Table 6).
  • the level of silica is therefore significantly higher in the tread according to the invention, the rate of total reinforcing charge (LS silica plus carbon black) is greater than 90 pce.
  • the coupling agent is TESPT in both cases, its weight ratio relative to the weight of silica being however significantly reduced in the tread according to the invention (less than 5% compared to 8.7% for the control solution ).
  • compositions C-4 and C-5 were then tested as winter tire treads, dimension 175/70 RI 4, conventionally manufactured and in all respects identical except for the composition used: C-4 for the control tires (noted P-4), C-5 for the tires of the invention (denoted P-5).
  • the tires were tested on a machine and on a vehicle, in accordance with the indications of the previous test 2 and of paragraph 1-3, to determine on the one hand their rolling resistance on the one hand, and on the other hand their grip. (brake test) both on wet ground and on ice.
  • the specific silicas meeting the characteristics described above, with a very low specific surface and preferably with high dispersibility, when they are used in treads at a rate of reinforcing inorganic filler as high as that recommended, are unexpectedly revealed to those skilled in the art, capable of offering these treads an overall compromise in improved rolling performance, while making it possible to reduce their additional cost thanks to a possible reduction in the rates of coupling agent like those of vulcanizers.

Abstract

Bande de roulement de pneumatique incorporant une composition élastomérique renforcée de silice, à base d'au moins (pce=parties en poids pour cent d'élastomère diénique): (i) un élastomère diénique; (ii) à titre de charge renforçante, plus de 80 pce d'une charge inorganique constituée en tout ou partie d'une silice (dite LS) présentant les caractéristiques suivantes; (a) une surface spécifique BET comprise entre 50 et 100 m2/g; (b) une taille moyenne de particules d¿w? comprise entre 50 et 350 nm; (iii) un agent de couplage assurant la liaison entre la charge inorganique renforçante et l'élastomère diénique; (iv) un système de vulcanisation à base de soufre. De manière préférentielle, cette silice LS présente en outre une vitesse de désagglomération α supérieure à 5.10-3 µm-1/min (mesurée au test de désagglomération aux ultrasons). Comparée à une bande de roulement conventionnelle pour 'Pneus Verts' renforcée d'une silice à plus haute surface spécifique, la bande de roulement de l'invention présente un compromis de performances amélioré en termes de résistance à l'usure, de résistance au roulement, d'adhérence et de poussée de dérive.

Description

BANDE DE ROULEMENT POUR PNEUMATIQUE
RENFORCEE D'UNE SILICE A TRES BASSE SURFACE SPECIFIQUE
La présente invention se rapporte aux bandes de roulement de pneumatiques, plus particulièrement aux bandes de roulement renforcées d'une charge inorganique, en particulier de silice, et aux pneumatiques comportant de telles bandes de roulement.
Les bandes de roulement des pneumatiques doivent de manière connue obéir à de nombreuses exigences techniques, souvent antinomiques, en premier lieu présenter une haute résistance à l'usure ou abrasion et une adhérence élevée tout en offrant au pneumatique un très bon niveau de comportement routier ("handling") sur véhicule automobile, nécessitant en particulier une poussée de dérive ("drift thrust" ou "cornering") élevée.
Pour obtenir les propriétés de renforcement optimales conférées par une charge dans une bande de roulement de pneumatique et ainsi une haute résistance à l'usure, on sait qu'il convient d'une manière générale, que cette charge soit présente dans la matrice élastomérique sous une forme finale qui soit à la fois la plus finement divisée possible et répartie de la façon la plus homogène possible. Or, de telles conditions ne peuvent être réalisées que dans la mesure où cette charge présente une très bonne aptitude, d'une part à s'incorporer dans la matrice lors du mélange avec l'élastomère et à se désagglomérer, d'autre part à se disperser de façon homogène dans cette matrice.
De manière connue, le noir de carbone présente de telles aptitudes, ce qui n'est en général pas le cas des charges inorganiques, en particulier des silices. En effet, pour des raisons d'affinités réciproques, ces particules de charge inorganique ont une fâcheuse tendance, dans la matrice élastomérique, à s'agglomérer entre elles. Ces interactions ont pour conséquence néfaste de limiter la dispersion de la charge et donc les propriétés de renforcement à un niveau sensiblement inférieur à celui qu'il serait théoriquement possible d'atteindre si toutes les liaisons (charge inorganique/élastomère) susceptibles d'être créées pendant l'opération de mélangeage, étaient effectivement obtenues ; ces interactions tendent d'autre part à augmenter la consistance à l'état cru des compositions caoutchouteuses et donc à rendre leur mise en œuvre ("processability") plus difficile qu'en présence de noir de carbone.
Depuis que les économies de carburant et la nécessité de protéger l'environnement sont devenues une priorité, il s'est avéré toutefois nécessaire de produire des pneumatiques ayant une résistance au roulement réduite sans pénalisation de leur résistance à l'usure.
Ceci a été rendu notamment possible grâce à l'emploi, dans les bandes de roulement de ces pneumatiques, de nouvelles compositions de caoutchouc renforcées de charges inorganiques, en particulier de silices, spécifiques du type hautement dispersibles, capables de rivaliser du point de vue renforçant avec un noir de carbone conventionnel de grade pneumatique, tout en offrant à ces compositions une hystérèse plus faible, synonyme d'une plus basse résistance au roulement pour les pneumatiques les comportant, ainsi qu'une adhérence améliorée sur sol mouillé, enneigé ou verglacé. . Des bandes de roulement chargées de telles silices hautement dispersibles, utilisables dans les pneumatiques à basse résistance au roulement parfois qualifiés de "Pneus Nerts" pour l'économie d'énergie offerte à l'usager ("Green Tyre concept'"), ont été abondamment décrites. On se reportera notamment aux demandes de brevet EP 501 227, EP 692 492, EP 692 493, EP 735 088, EP 767 206, EP 786 493, EP 881 252, WO99/02590, WO99/02601, O99/02602, WO99/06480, WO00/05300, WO00/05301.
Toutes ces documents de l'art antérieur enseignent la nécessité, pour obtenir une résistance à l'usure suffisante, d'utiliser des silices qui non seulement sont suffisamment dispersibles mais encore présentent une surface spécifique BET élevée, comprise entre 100 et 250 m2/g, en fait typiquement supérieure à 150 m2/g (voir en particulier demande EP 501 227 précitée). Une silice à haute surface spécifique faisant référence dans le domaine des "Pneus Nerts" est en particulier la silice "Zeosil 1165 MP" (surface BET égale à environ 160 m2/g) commercialisée par la société Rhodia (voir documents précités).
L'utilisation de ces silices spécifiques à haute surface spécifique, à titre de charge renforçante, a certes réduit les difficultés de mise en œuvre des compositions de caoutchouc les contenant, mais cette mise en œuvre reste néanmoins délicate, plus difficile que pour des compositions chargées conventionnellement de noir de carbone.
Il est tout d'abord nécessaire d'utiliser un agent de couplage, encore appelé agent de liaison, qui a pour fonction d'assurer la connexion ou liaison entré la surface des particules (groupes silanols Si-OH) de silice et l'élastomère, tout en facilitant la dispersion de cette charge au sein de la matrice élastomérique, la haute surface spécifique préconisée pour ces silices étant justement destinée à augmenter nombre et qualité des liaisons entre la silice et l'agent de couplage, afin d'atteindre le haut niveau de renforcement escompté.
De tels agents de couplage sont bien connus de l'homme du métier, essentiellement des organosilanes ou polysiloxanes polyfonctionnels. Les plus connus sont des alkoxysilanes polysulfurés, notamment des polysulfures de bis-(alkoxylsilylalkyle) tels que les polysulfures de bis-(alkoxylsilylpropyle), tout particulièrement les tétrasulfure et disulfure de bis 3-triéthoxysilylpropyle (en abrégé TESPT et TESPD, respectivement) généralement considérés comme les produits apportant, pour des bandes de roulement chargées de silice, le meilleur compromis en terme de sécurité au grillage, de facilité de mise en œuvre et de pouvoir renforçant. Ils sont à ce titre les agents de couplage les plus utilisés aujourd'hui dans les "Pneus Verts".
Ces alkoxysilanes polysulfurés présentent toutefois comme inconvénient connu qu'ils sont fort onéreux et doivent qui plus est être utilisés dans une quantité relativement importante, typiquement de l'ordre de 8 à 12% en poids par rapport au poids de silice, ce qui équivaut à des taux généralement compris entre 5 et 10 pce (pce = parties en poids pour cent parties d'élastomère diénique). Pour réduire ces taux d' alkoxysilanes, ont été notamment proposés des activateurs de couplage (voir demandes WO00/05300 et WO00/05301 précitées). Un autre facteur affectant la mise en œuvre des compositions de caoutchouc à l'état cru, comparativement à l'emploi de noir de carbone, est lié aux fortes interactions physicochimiques susceptibles de s'établir entre ces silices renforçantes, en raison de leur haute surface réactive, et d'autres ingrédients des compositions de caoutchouc, en particulier avec le système de vulcanisation. Cet inconvénient est à l'origine d'une perte de rendement et d'une diminution de la cinétique de vulcanisation. Pour contrecarrer ces effets parasites, les taux •d'agents de vulcanisation, en particulier d'accélérateurs, ont du être augmentés, d'autres types d'accélérateurs (accélérateurs secondaires) ajoutés, par rapport aux formulations conventionnelles à base de noir de carbone.
En résumé, si les bandes de roulement chargées de silices dispersibles à haute surface spécifique ont certes permis d'atteindre un compromis de propriétés, en termes de résistance au roulement, de résistance à l'usure et d'adhérence, non accessible avec un noir de carbone conventionnel pour pneumatique, un tel résultat n'a pu être obtenu qu'au prix d'une mise en œuvre plus difficile et d'un surcoût industriel lié notamment à l'emploi de quantités relativement importantes d'agents de couplage, notamment d'alkoxysilanes polysulfurés, et d'une augmentation des taux d'agents de vulcanisation.
Or, la Demanderesse a découvert lors de leurs recherches qu'une autre catégorie de silices peut non seulement conduire à un excellent compromis de performances pour les bandes de roulement de pneumatique les contenant, même globalement supérieur à celui offert par les silices à haute surface spécifique, mais encore permettre de pallier, au moins en partie, les inconvénients précités posés par les silices à haute surface spécifique utilisées dans les bandes de roulement des "Pneus Verts".
En conséquence, un premier objet de l'invention concerne une bande de roulement incorporant une composition élastomérique renforcée d'une charge inorganique, à base d'au moins (pce = parties en poids pour cent parties d'élastomère diénique):
(i) un élastomère diénique; (ii) à titre de charge renforçante, plus de 80 pce d'une charge inorganique constituée en tout ou partie d'une silice présentant les caractéristiques suivantes (ci-après silice "LS"):
(a) une surface spécifique BET comprise entre 50 et 100 m2/g;
(b) une taille moyenne de particules dw comprise entre 50 et 350 nm; (iii) un agent de couplage assurant la liaison entre la charge inorganique renforçante et l'élastomère diénique; (iv) un système de vulcanisation à base de soufre.
De telles silices notées "LS" (pour "Low Surface") sont connues et ont- pu être utilisées, comme charges ou additifs promoteurs d'adhésion, dans certaines parties des pneumatiques, essentiellement dans des mélanges internes à base de caoutchouc naturel destinés notamment au calandrage de nappes d'armature de sommet ou de carcasse de pneumatique. Mais, à la connaissance des Demanderesses, aucun document de l'état de la technique ne décrit ni surtout n'exemplifie l'emploi de telles silices LS, qualifiées parfois de "grossières" en raison de leur très basse surface spécifique et d'un pouvoir renforçant jugé en conséquence insuffisant, dans des bandes de roulement des pneumatiques. L'invention a également pour objet l'utilisation à titre de charge renforçante, dans une bande de roulement de pneumatique, d'une silice LS ayant les caractéristiques a et b précitées.
L'invention a également pour objet l'utilisation d'une bande de roulement conforme à l'invention pour la fabrication ou le rechapage de pneumatiques, ainsi que ces pneumatiques eux-mêmes lorsqu'ils comportent une bande de roulement conforme à l'invention. Les pneumatiques de l'invention sont particulièrement destinés à équiper des véhicules aptes à rouler à haute vitesse de manière soutenue tels que des véhicules tourisme, véhicules 4x4 (à 4 roues motrices), SUV ("Sport Utility Vehicles"), deux roues (notamment motos), camionnettes, "Poids-lourds" (notamment métro, bus, engins de transport routier tels que camions, tracteurs, remorques).
Les bandes de roulement selon l'invention sont susceptibles d'être préparées par un procédé constituant un autre objet de la présente invention. Ce procédé pour préparer une bande de roulement de pneumatique vulcanisable au soufre, à compromis de performances (résistance à l'usure/résistance au roulement/adhérence/poussée de dérive) amélioré, à base d'élastomère diénique, d'une charge inorganique renforçante et d'un système de vulcanisation, comporte les étapes suivantes: • incorporer à un élastomère diénique, au cours d'une première étape dite "non- productive", au moins: à titre de charge renforçante, plus de 80 pce d'une charge inorganique constituée en tout ou partie d'une silice présentant les caractéristiques suivantes (silice dite "LS"): - (a) une surface spécifique BET comprise entre 50 et 100 m2/g;
- (b) une taille moyenne de particules dw comprise entre 50 et 350 nm;
• et un agent de couplage assurant la liaison entre la silice et l'élastomère diénique; en malaxant thermomécaniquement le tout, en une ou plusieurs fois, jusqu'à atteindre une température maximale comprise entre 110°C et 190°C; • refroidir l'ensemble a une température inférieure à 100°C; incorporer ensuite, au cours d'une seconde étape dite "productive", du soufre et un accélérateur primaire de vulcanisation; • malaxer le tout jusqu'à une température maximale inférieure à 110°C; calandrer ou extruder la composition élastomérique ainsi obtenue sous la forme d'une bande de roulement de pneumatique.
Selon un mode préférentiel de l'invention, la silice LS constitue la majorité, plus préférentiellement encore la totalité de la charge inorganique renforçante. L'invention permet ainsi de diminuer sensiblement lés taux d'agents de vulcanisation, soufre et accélérateurs de vulcanisation.
Un autre mode de réalisation particulièrement préférentiel consiste à utiliser, à titre d'activateur de vulcanisation, un taux sensiblement réduit, à savoir entre 0,5 et 1,5 pce seulement de zinc, apporté en particulier sous forme d'oxyde de zinc ou de stéarate de zinc. On a constaté en effet que l'emploi des silices LS avait pour inconvénient d'augmenter de manière sensible les délais d'induction lors de la vulcanisation (temps nécessaires au début de la réaction de vulcanisation) et que, de manière inattendue, cet inconvénient pouvait être pallié par une diminution du taux de zinc habituel.
L'invention ainsi que ses avantages seront aisément compris à la lumière de la description et des exemples de réalisation qui suivent, ainsi que de la figure unique relative à ces exemples qui représente des courbes de variation de module (en MPa) en. fonction de l'allongement (en %), enregistrées pour des compositions de caoutchouc destinées à des bandes de roulement.de pneumatiques, conformes ou non à l'invention.
I. MESURES ET TESTS UTILISES
1-1. Caractérisation des silices
Les silices décrites ci-après consistent de manière connue en des agglomérats de particules,
; susceptibles de se désagglomérer en ces particules sous l'effet d'une force externe, par exemple sous l'action d'un travail mécanique ou d'ultrasons. Le terme "particule" utilisé dans la présente demande doit être compris dans son sens générique habituel d'agrégat (encore appelé "particule secondaire"), et non dans celui de particule élémentaire (encore appelé "particule primaire") éventuelle pouvant former, le cas échéant, une partie de cet agrégat ; par "agrégat", il faut entendre de manière connue l'ensemble insécable (Le., qui ne peut être coupé, divisé, partagé) qui est produit lors de la synthèse de la charge, en général formé de particules élémentaires (primaires) agrégées entre elles. " '
Ces silices sont caractérisées comme indiqué ci-après.
A) Surface spécifique:
La surface spécifique ("aire massique") BET est déterminée par adsorption de gaz à l'aide de la méthode de Brunauer-Emmett-Teller décrite dans "The Journal ofthe American Chemical Society" Vol. 60, page 309, février 1938), plus précisément selon la norme française NF ISO 9277 de décembre 1996 [méthode volumétrique multipoints (5 points) - gaz: azote - dégazage: lheure à 160°C - domaine de pression relative p/po : 0.05 à 0.17]
La surface spécifique CTAB est la surface externe déterminée selon la norme française NF T 45-007 de novembre 1987 (méthode B).
B) Taille moyenne des particules d w,
La taille moyenne (en masse) des particules, notée dw, est mesurée de manière classique après dispersion, par désagglomération aux ultrasons, de la charge à analyser dans l'eau.
La mesure est réalisée au moyen d'un sédimentomètre centrifuge à détection rayons X type "XDC" ("X-rays Disk Centrifuge"), commercialisé par la société Brookhaven Instruments, selon le mode opératoire qui suit. On réalise une suspension de 3,2 g d'échantillon de silice à analyser dans 40 ml d'eau, par action durant 8 minutes, à 60% de puissance (60% de la position maxi du "output control"), d'une sonde ultrasons de 1500 W (sonificateur Vibracell 3/4 pouce commercialisé par la société Bioblock); après sonification, on introduit 15 ml de la suspension dans le disque en rotation ; après sédimentation pendant 120 minutes, la distribution en masse des tailles de particules et la taille moyenne en masse des particules dw sont calculées par le logiciel du sédimentomètre "XDC" (dw = ∑(nj di5) / ∑(nj dj4) avec ni nombre d'objets de la classe de taille ou diamètre dj).
O Vitesse de désagglomération α:
La vitesse de désagglomération notée α est mesurée au moyen d'un test de désagglomération aux ultrasons, à 100% de puissance d'une sonde de 600 W (watts), fonctionnant ici en mode puisé (soit : 1 seconde ON, 1 seconde OFF) afin d'éviter un échauffement excessif de la sonde ultrasons durant la mesure. Ce test connu, faisant notamment l'objet de la demande de brevet WO99/28376 (voir également O99/28380, WO00/73372, WOOO/73373), permet de mesurer en continu l'évolution de la taille moyenne (en volume) des agglomérats de particules durant une sonification, selon les indications ci-après.
Le montage utilisé est constitué d'un granulomètre laser (type "Mastersizer S", commercialisé par Malvern Instruments - source laser He-Ne émettant dans le rouge, longueur d'onde 632,8 nm) et de son préparateur ("Malvern Small Sample Unit MSX1"), entre lesquels a été intercalée une cellule de traitement en flux continu (Bioblock M72410) munie d'une sonde ultrasons (Sonificateur 1/2 pouce type Vibracell de 600 W commercialisé par la société Bioblock).
Une faible quantité (150 mg) de silice à analyser est introduite dans le préparateur avec 160 ml d'eau, la vitesse de circulation étant fixée à son maximum. Au moins trois mesures consécutives sont réalisées pour déterminer selon la méthode de calcul connue de Fraunhofer (matrice' de calcul Malvern 3$$D) le diamètre initial moyen (en volume) des agglomérats, noté dv[0]. La sonification (mode puisé : 1 s ON, 1 s OFF) est ensuite établie à une puissance de 100% (soit 100% de la position maxi du "tip amplitude") et on suit durant 8 minutes environ l'évolution du diamètre moyen en volume dv[t] en fonction du temps "t" à raison d'une mesure toutes les 10 secondes environ. Après une période d'induction (environ 3-4 minutes), il est observé que l'inverse du diamètre moyen en volume l/dv[t] varie linéairement, ou de manière sensiblement linéaire, avec le temps "t" (régime stable de désagglomération). La vitesse de désagglomération α est calculée par régression linéaire de la courbe d'évolution de l/dv[t] en fonction du temps "t", dans la zone de régime stable de désagglomération (en général, entre 4 et 8 minutes environ). Elle est exprimée en μm'Vmin.
La demande WO99/28376 précitée décrit en détail un dispositif de mesure utilisable pour la réalisation de ce test de désagglomération aux ultrasons. Ce dispositif, on le rappelle, consiste en un circuit fermé dans lequel peut circuler un flux d'agglomérats de particules en suspension dans un liquide. Ce dispositif comporte essentiellement un préparateur d'échantillon, un granulomètre laser et une cellule de traitement. Une mise à la pression atmosphérique, au niveau du préparateur d'échantillon et de la cellule de traitement elle-même, permet l'élimination en continu des bulles d'air qui se forment durant la sonification (action de la sonde ultrasons).
Le préparateur d'échantillon ("Malvern Small Sample Unit MSX1 ") est destiné à recevoir l'échantillon de silice à tester (en suspension dans le liquide 3) et à le faire circuler à travers le circuit à la vitesse préréglée (potentiomètre - vitesse maximum d'environ 3 1/min), sous la forme d'un flux de suspension liquide. Ce préparateur consiste simplement en une cuve de réception qui contient, et à travers laquelle circule, la suspension à analyser. Il est équipé d'un moteur d'agitation, à vitesse modulable, afin d'éviter une sédimentation des agglomérats de particules de la suspension ; une mini-pompe centrifuge est destinée à assurer la circulation de la suspension dans le circuit ; l'entrée du préparateur est reliée à l'air libre via une ouverture destinée à recevoir l'échantillon de charge à tester et/ou le liquide utilisé pour la suspension.
Au préparateur est connecté un granulomètre laser ("Mastersizer S") dont la fonction est de mesurer en continu, à intervalles de temps réguliers, la taille moyenne en volume "dv" des agglomérats, au passage du flux, grâce à une cellule de mesure à laquelle sont couplés les moyens d'enregistrement et de calcul automatiques du granulomètre. On rappelle ici brièvement que les granulomètres laser exploitent, de manière connue, le principe de la diffraction de la lumière par des objets solides mis en suspension dans un milieu dont l'indice de réfraction est différent de celui du solide. Selon la théorie de Fraunhofer, il existe une relation entre la taille de l'objet et l'angle de diffraction de la lumière (plus l'objet est petit et plus l'angle de diffraction sera élevé). Pratiquement, il suffit de mesurer la quantité de lumière diffractée pour différents angles de diffraction pour pouvoir déterminer la distribution de taille (en volume) de l'échantillon, dv correspondant à Ta taille moyenne en volume de cette distribution (dv = ∑(nj dj4) / ∑(n; dj3) avec n.\ nombre d'objets de la classe de taille ou diamètre di).
Intercalée entre le préparateur et le granulomètre laser se trouve enfin une cellule de traitement équipée d'une sonde ultrasons, pouvant fonctionner en mode continu ou puisé, destinée à casser en continu les agglomérats de particules au passage du flux. Ce flux est thermostaté par l'intermédiaire d'un circuit de refroidissement disposé, au niveau de la cellule, dans une double enveloppe entourant la sonde, la température étant contrôlée par exemple par une sonde de température plongeant dans le liquide au niveau du préparateur.
1-2. Caractérisation des compositions de caoutchouc
Les compositions de caoutchouc sont caractérisées, avant et après cuisson, comme indiqué ci- après.
A) Plasticité Mooney:
On utilise un consistomètre oscillant tel que décrit dans la norme française NF T 43-005 (1991). La mesure de plasticité Mooney se fait selon le principe suivant : la composition à l'état cru (Le., avant cuisson) est moulée dans une enceinte- cylindrique chauffée à 100°C. Après une minute de préchauffage, le rotor tourne au sein de l'éprouvette à 2 tours/minute et on mesure le couple utile pour entretenir ce mouvement après 4 minutes de rotation. La plasticité Mooney (ML 1+4) est exprimée en "unité Mooney" (UM, avec 1 UM=0,83 Newton.mètre).
B) Temps de grillage:
Les mesures sont effectuées à 130°C, conformément à la norme française NF T 43-005 (1991). L'évolution de l'indice consistométrique en fonction du temps permet de déterminer le temps de grillage des compositions de caoutchouc, apprécié conformément à la norme précitée par le paramètre T5 (cas d'un grand rotor), exprimé en minutes, et défini comme étant le temps nécessaire pour obtenir une augmentation de l'indice consistométrique (exprimée en UM) de 5 unités au dessus de la valeur minimale mesurée pour cet indice.
C) Rhéométrie:
Les mesures sont effectuées à 150°C avec un rhéomètre à chambre oscillante, selon la norme DIN 53529 - partie 3 (juin 1983). L'évolution du couple rhéométrique en fonction du temps décrit l'évolution de la rigidification de la composition par suite de la réaction de vulcanisation. Les mesures sont traitées selon la norme DIN 53529 - partie 2 (mars 1983) : tj est le délai d'induction, c'est-à-dire le temps nécessaire au début de la réaction de vulcanisation ; tα (par exemple t90 ou t99) est le temps nécessaire pour atteindre une conversion de α%, c'est-à-dire α% (par exemple 90% ou 99%, respectivement) de l'écart entre les couples minimum et maximum. On mesure également la constante de vitesse de conversion notée K (exprimée en min'1), d'ordre 1, calculée entre 30% et 80% de conversion, qui permet d'apprécier la cinétique de vulcanisation.
D) Essais de traction:
Ces essais permettent de déterminer les contraintes d'élasticité et les propriétés à la rupture. Sauf indication différente, ils sont effectués conformément à la norme française NF T 46-002 de septembre 1988. On mesure en seconde élongation (i.e. après un cycle d'accommodation) les modules sécants nominaux (ou contraintes apparentes, en MPa) à 10% d'allongement (notés MA10), 100% d'allongement (notés MA100) et 300% d'allongement (notés MA300). On mesure également les contraintes à la rupture (en MPa) et les allongements à la rupture (en %). Toutes ces mesures de traction sont effectuées dans les conditions normales de température (23±2°C) et d'hygrométrie (50+5% d'humidité relative), selon la norme française NF T 40-101 (décembre 1979).
Un traitement des enregistrements de traction permet également de tracer la courbe de module en fonction de l'allongement (voir figure annexée), le module utilisé ici étant le module sécant vrai mesuré en première élongation, calculé en se ramenant à la section réelle de l'éprouvette et non à la section initiale comme précédemment pour les modules nominaux.
E) Propriétés dynamiques: Les propriétés dynamiques ΔG* et tan(δ)max sont mesurées sur un viscoanalyseur (Metravib VA4000), selon la norme ASTM D 5992-96. On enregistre la réponse d'un échantillon de composition vulcanisée (éprouvette cylindrique de 4 mm d'épaisseur et de 400 mm2 de section), soumis à une sollicitation sinusoïdale en cisaillement simple alterné, à la fréquence de 10Hz, dans les conditions normales de température (23°C) selon la norme ASTM D 1349- 99, ou selon les cas à une température différente. On effectue un balayage en amplitude de déformation de 0,1 à 50%) (cycle aller), puis de 50%) à 1% (cycle retour). Les résultats exploités sont le module complexe de cisaillement dynamique (G*) et le facteur de perte tan(δ). Pour le cycle retour, on indique la valeur maximale de tan(δ) observée, noté tan(δ)max, ainsi que l'écart de module complexe (ΔG*) entre les valeurs à 0.15 et 50% de déformation (effet Payne).
F) Dureté Shore A:
La dureté Shore A des compositions après cuisson est appréciée conformément à la norme ASTM D 2240-86.
1-3. Caractérisation des pneumatiques ou bandes de roulement
A) Résistance au roulement:
La résistance au roulement est mesurée sur un volant, selon la méthode ISO 87-67 ,(1992). Une valeur supérieur à celle du témoin, arbitrairement fixée à 100, indique un résultat amélioré c'est-à-dire une résistance au roulement plus basse.
B) Résistance à l'usure:
On soumet les pneumatiques à un roulage réel sur route, sur un véhicule automobile déterminé, jusqu'à ce que l'usure due au roulage atteigne les témoins d'usure disposés dans les rainures de la bande de roulement. Une valeur supérieure à celle du témoin, arbitrairement fixée à 100, indique un résultat amélioré c'est-à-dire un kilométrage parcouru supérieur.
C) Freinage sur sol sec:
Les pneumatiques sont montés sur un véhicule automobile équipé d'un système de freinage ABS et on mesure la distance nécessaire pour passer de 100 km/h à 0 km/h lors d'un freinage brutal sur un sol sec (béton bitumineux). Une valeur supérieure à celle du témoin, arbitrairement fixée à 100, indique un résultat amélioré c'est-à-dire une distance de freinage plus courte.
D) Freinage sur sol humide:
Les pneumatiques sont montés' sur un véhicule automobile équipé d'un système de freinage
ABS et on mesure la distance nécessaire pour passer de 50 km h à 10 km/h lors d'un freinage brutal sur un sol arrosé (béton bitumineux). Une valeur supérieur à celle du témoin, arbitrairement fixée à 100, indique un résultat amélioré c'est-à-dire une distance de freinage plus courte.
E) Freinage sur glace:
Les pneumatiques sont montés sur un véhicule automobile équipé d'un système de freinage ABS sur les quatre roues, et on mesure la distance nécessaire pour passer de 20 km/h à 5 km h lors d'un freinage sur glace. Une valeur supérieur à celle du témoin, arbitrairement fixée à 100, indique un résultat amélioré c'est-à-dire une distance de freinage plus courte.
F) Adhérence sur sol humide:
Pour apprécier les performances d'adhérence sur sol humide, on analyse le comportement des pneumatiques montés sur un véhicule automobile déterminé parcourant, sous des conditions de vitesse limite, un circuit fortement virageux et arrosé de manière à maintenir le sol humide.
On mesure d'une part le temps minimal nécessaire pour parcourir la totalité du circuit ; une valeur supérieure à celle du témoin, arbitrairement fixée à 100, indique un résultat amélioré c'est-à-dire un temps de parcours plus court.
Le pilote du véhicule, professionnel, attribue d'autre part une note globale, subjective, de comportement routier du véhicule - et donc des pneumatiques - sur ce circuit virageux arrosé; une note supérieure à celle du témoin, arbitrairement fixée à 100, indique un comportement global amélioré.
G) Poussée de dérive:
Chaque pneumatique testé est monté sur une roue de dimension adaptée et gonflé à 2,2 bars. On le fait rouler à une vitesse constante de 80 km/h sur une machine automatique appropriée (machine type "sol-plan" commercialisée par la société MTS). On fait varier la charge notée "Z", sous un angle de dérive de 1 degré, et on mesure de manière connue la rigidité ou poussée de dérive notée "D" (corrigée de la poussée à dérive nulle), en enregistrant à l'aide de capteurs l'effort transversal sur la roue en fonction de cette charge Z. La poussée de d rive indiquée dans les tableaux est la pente à l'origine de la courbe D(Z) ; une valeur supérieure à celle du témoin, arbitrairement fixée à 100, indique un résultat amélioré c'est-à-dire une poussée de dérive plus forte. Une augmentation de poussée de dérive est favorable au comportement routier sur sol sec.
IL CONDITIONS DE REALISATION DE L'INVENTION
Les bandes de roulement de pneumatique conformes à l'invention sont donc formées, en tout ou partie, d'une composition de caoutchouc à base d'au moins: (i) un élastomère diénique; (ii) à titre de charge renforçante, plus de 80 pce d'une charge inorganique constituée en tout ou partie d'une silice présentant les caractéristiques suivantes :
(a) une surface spécifique BET comprise entre 50 et 100 m2/g;
(b) . une taille moyenne de particules dw comprise entre 50 et 350 nm; (iii) un agent de couplage (charge inorganique/élastomère diénique) assurant la liaison entre la charge inorganique et l'élastomère diénique; (iv) un système de vulcanisation à base de soufre.
Bien entendu, par l'expression composition "à base de", il faut entendre une composition comportant le mélange et/ou le produit de réaction in situ des différents constituants utilisés, certains de ces constituants de base étant susceptibles de, ou destinés à réagir entre eux, au moins en partie, lors des différentes phases de fabrication des bandes de roulement et pneumatiques, en particulier au cours de leur vulcanisation.
II- 1. Elastomère diénique
Par élastomère (ou caoutchouc) "diénique", on entend de manière connue un élastomère issu au moins en partie (i.e., un homopolymère ou .un copolymère) de monomères diènes c'est-à- dire de monomères porteurs de deux doubles liaisons carbone-carbone, conjuguées ou non. Par élastomère diénique "essentiellement insaturé", on entend ici un élastomère diénique issu au moins en partie de monomères diènes conjugués, ayant un taux de motifs ou unités d'origine diénique (diènes conjugués) qui est supérieur à 15% (% en moles). Dans la catégorie des élastomères diéniques "essentiellement insaturés", on entend en particulier par élastomère diénique "fortement insaturé" un élastomère diénique ayant un taux de motifs d'origine diénique (diènes conjugués) qui est supérieur à 50%.
Ces définitions générales étant données, l'homme du métier du pneumatique comprendra que la présente invention est en premier lieu mise en œuvre avec des élastomères diéniques fortement insaturés, en particulier avec :
(a) - tout homopolymère obtenu par polymérisation d'un monomère diène conjugué ayant de 4 à 12 atomes de carbone;
(b) - tout copolymère obtenu par copolymérisation d'un ou plusieurs diènes conjugués entre eux ou avec un ou plusieurs composés vinyle aromatique ayant de 8 à 20 atomes de carbone.
A titre de diènes conjugués conviennent notamment le butadiène-1,3, le 2-méthyl-l,3- butadiène, les 2,3-di-alkyl(Cι-C5)-l,3-butadiènes tels que par exemple le 2,3-diméthyl-l,3- butadiène, le 2,3-diéthyl-l,3-butadiène, le 2-méthyl-3-éthyl-l,3-butadiène, le 2-méthyl-3- isopropyl-l,3-butadiène, un aryl-l ,3-butadiène, le 1,3-pentadiène, le 2,4-hexadiène. A titre de composés vinyle-aromatiques conviennent par exemple le styrène, l'ortho-, meta-, para- méthylstyrène, le mélange commercial "vinyle-toluène", le para-tertiobutylstyrène, les méthoxystyrènes, les chlorostyrènes, le vinylmésitylène, le divinylbenzène, le vinylnaphtalène.
Les copolymères peuvent contenir entre 99% et 20% en poids d'unités diéniques et entre 1% et 80%o en poids d'unités vinyle-aromatiques. Les élastomères peuvent avoir toute microstructure qui est fonction des conditions de polymérisation utilisées, notamment de la présence ou non d'un agent modifiant et/ou randomisant et des quantités d'agent modifiant et/ou randomisant employées. Les élastomères peuvent être par exemple à blocs, statistiques, séquences, microséquencés, et être préparés en dispersion ou en solution ; ils peuvent être couplés et/ou étoiles ou encore fonctionnalisés avec un agent de couplage et/ou d'étoilage ou de fonctionnalisation.
L'élastomère diénique de la bande de roulement conforme à l'invention est de préférence constitué, en tout ou partie, à raison d'au moins 40 pce, plus préférentiellement encore d'au moins 50 pce, par un élastomère fortement insaturé du type butadiénique, c'est-à-dire choisi dans le groupe des élastomères diéniques fortement insaturés constitué par les polybutadiènes (BR), les copolymères de butadiène et les mélanges de ces élastomères. Ces copolymères de butadiène sont notamment les copolymères de butadiène-styrène (SBR), les copolymères d'isoprène-butadiène (BIR), les copolymères d'isoprène-butadiène-styrène (SBIR).
A titre de d'élastomères butadiéniques préférentiels conviennent notamment les BR ayant une teneur en unités -1,2 comprise entre 4% et 80% ou ceux ayant une teneur en cis-1,4 supérieure à 80%), les SBR ayant une teneur en styrène comprise entre 5%> et 50% en poids et plus particulièrement entre 20% et 40%>, une teneur en liaisons -1,2 de la partie butadiénique comprise entre 4% et 65% , une teneur en liaisons trans-1,4 comprise entre 20%> et 80%>, les BIR ayant une teneur en isoprène comprise entre 5%> et 90%> en poids et une température de transition vitreuse ("Tg" mesurée selon norme ASTM D3418-82) de -40°C à -80°C. Dans le cas des copolymères SBIR conviennent notamment ceux ayant une teneur en styrène comprise entre 5% et 50% en poids et plus particulièrement comprise entre 10%) et 40%, une teneur en isoprène comprise entre 15%) et 60% en poids et plus particulièrement entre 20% et 50%, une teneur en butadiène comprise entre 5% et 50%) en poids et plus particulièrement comprise entre 10% et 40%>, une teneur en unités -1,2 de la partie butadiénique comprise entre 4% et 85%o, une teneur en unités trans -1,4 de la partie butadiénique comprise entre 6% et 80%, une teneur en unités -1,2 plus -3,4 de la partie isoprenique comprise entre 5% et 70% et une teneur en unités trans -1,4 de la partie isoprenique comprise entre 10% et 50%), et plus généralement tout SBIR ayant ime Tg comprise entre -20°C et -70°C.
L'élastomère butadiénique est particulièrement choisi parmi les BR, les SBR et les mélanges de ces élastomères.
De préférence, dans le cas d'une bande de roulement de pneumatique pour véhicule tourisme, l'élastomère butadiénique est majoritairement un élastomère SBR, qu'il s'agisse d'un SBR préparé en émulsion ("ESBR") ou d'un SBR préparé en solution ("SSBR"), ou un mélange de SBR et d'un autre élastomère diénique, notamment butadiénique, par exemple d'un coupage de SBR et BR, de SBR et NR (caoutchouc naturel), de SBR et IR (polyisoprène de synthèse).
On utilise notamment un SBR ayant une teneur en styrène comprise entre 10% et 30%> en poids, une teneur en liaisons vinyliques de la partie butadiénique comprise entre 15%) et 65%o, une teneur en liaisons trans- 1,4 comprise entre 15%) et 75%) et une Tg comprise entre -20°C et -55°C. Un tel copolymère SBR, de préférence un SSBR, est éventuellement utilisé en mélange avec BR possédant de préférence plus de 90% de liaisons cis-1,4. Les compositions des bandes de roulement de l'invention peuvent contenir un seul élastomère diénique ou un mélange de plusieurs élastomères diéniques, le ou les élastomères diéniques pouvant être utilisés en association avec tout type d'élastomère synthétique autre que diénique, voire avec des polymères autres que des élastomères, par exemple des polymères thermoplastiques.
H-2. Charge inorganique renforçante (silice "LS")
La bande de roulement conforme à l'invention a pour caractéristique essentielle d'être renforcée par plus de 80 pce d'une charge inorganique renforçante comportant, de préférence à titre majoritaire, une silice spécifique à très basse surface spécifique présentant les caractéristiques suivantes :
- (a) une surface spécifique BET comprise entre 50 et 100 m2/g ;
- (b) une taille moyenne de particules dw comprise entre 50 et 350 nm.
Des silices à faible surface BET susceptibles de répondre à cette définition sont connues et ont été notamment décrites dans les demandes EP 157 703, EP 396 450 ou EP 722 977. Comme déjà indiqué, leur application connue en pneumatique était jusqu'ici limitée à des parties du pneumatique autres que sa bande de roulement, notamment dans des mélanges internes utilisés par exemple pour le calandrage de nappes d'armature de sommet ou de carcasse. •
On rappelle que par "charge inorganique renforçante", doit être entendu de manière connue une charge inorganique ou minérale, quelles que soient sa couleur et son origine (naturelle ou de synthèse), encore appelée charge "blanche" ou parfois charge "claire" par opposition au noir de carbone, capable de renforcer à elle seule, sans autre moyen qu'un agent de couplage intermédiaire, une composition de caoutchouc destinée à la fabrication de pneumatiques, en d'autres termes apte à remplacer, dans sa fonction de renforcement, une charge conventionnelle de noir de carbone de grade pneumatique.
Cette silice spécifique "LS" (pour "Low Surface") possède tout d'abord une surface BET inhabituelle pour une application bande de roulement, comprise entre 50 et 100 m2/g. Pour une surface BET inférieure à 50 m2/g, les compositions de caoutchouc présentent certes une mise en œuvre facilitée ainsi qu'une hystérèse réduite, mais on observe une déchéance des propriétés à la rupture et une résistance à l'usure, en pneumatique, qui diminue de manière rédhibitoire. Pour une surface BET supérieure à 100 m2/g, en particulier comprise entre 150 et 250 m2/g, on retrouve l'inconvénient des silices usuelles à haute surface spécifique pour bandes de roulement de "Pneus Verts", à savoir d'une part une dispersibilité réduite dans la matrice caoutchouteuse et des difficultés de mise en œuvre à l'état cru, en raison d'interactions parasites avec certains autres ingrédients des compositions de caoutchouc (notamment système de vulcanisation), d'autre part la nécessité d'utiliser un taux d'agent de couplage supérieur.
La silice LS doit d'autre part posséder une taille dw comprise entre 50 et 350 nm. Pour des tailles dw trop élevées, supérieures à 350 nm, les particules se comportent comme des défauts qui localisent les contraintes et sont préjudiciables à l'usure ; des tailles dw trop petites, inférieures à 50 nm, pénalisent par contre la mise en œuvre à l'état cru et la dispersion de la charge au cours de cette mise en œuvre.
Enfin, pour les applications où le plus haut niveau de renforcement est visé, la silice LS utilisée possédera en outre, de manière préférentielle, une dispersibilité intrinsèque élevée, illustrée par1 une vitesse de désagglomération α (mesurée au test de désagglomération aux ultrasons décrit au chapitre I précédent) supérieure à 5.10-3 μπrVmin, plus préférentiellement au moins égale à 1.10-2 μπrVmin. Pour une telle vitesse de désagglomération, on a constaté que la silice LS présentait une très haute dispersibilité, c'est-à-dire que peu d'agglomérats microniques sont observés par réflexion en microscopie optique sur une coupe de composition caoutchouteuse préparée selon les règles de l'art.
Pour les différentes raisons indiquées supra, la silice LS sélectionnée vérifie de préférence au moins l'une, plus préférentiellement l'ensemble, des caractéristiques suivantes :
une surface BET comprise dans un domaine de 60 à 90 m2/g ; une taille de particules dw comprise entre 100 et 300 nm ; une vitesse de désagglomération α supérieure à 5.10"3 μm'Vmin.
Encore plus préférentiellement, cette silice LS vérifie l'ensemble des caractéristiques qui suivent:
une surface BET comprise dans un domaine de 60 à 90 m2/g ; - une taille de particules dw comprise dans un domaine de 150 à 250 nm ; une vitesse de désagglomération α au moins égale à 1.10"2 μnrVmin.
L'état physique sous lequel peut se présenter la silice LS est indifférent, que ce soit sous forme de poudre, de microperles, de granulés, de pellets, de billes ou toute autre forme densifiée ; il peut s'agir d'une silice précipitée comme d'une silice de pyrolyse. Son rapport de surface BET/CTAB est de préférence compris dans un domaine de 1,0 à 1,5, plus préférentiellement de 1,0 à 1,2.
La silice LS ci-dessus peut avantageusement constituer la totalité de la charge inorganique renforçante.
Mais, à cette silice LS, peut être éventuellement associée une autre charge inorganique renforçante, par exemple une silice renforçante conventionnelle à plus haute surface spécifique. Dans un tel cas, la silice LS constitue de préférence au moins 50% en poids de la charge inorganique renforçante totale, plus préférentiellement encore plus de 80%) en poids de cette charge inorganique renforçante totale.
De manière préférentielle, le taux de charge inorganique renforçante, c'est-à-dire de silice LS lorsque cette dernière constitue la totalité de la charge inorganique renforçante, est supérieur à 90 pce, plus préférentiellement compris dans un domaine de 100 à 150 pce, l'optimum étant bien entendu différent selon le type de pneumatique visé. A la silice LS peut être également associé un noir de carbone conventionnel de grade pneumatique, choisi notamment parmi les noirs du type HAF, ISAF, SAF conventionnellement utilisés dans les bandes de roulement des pneumatiques (par exemple, noirs NI 15, N134, N234, N330, N339, N347, N375). Ce noir de carbone est alors préférentiellement utilisé en faible proportion, à un taux compris de préférence entre 2 et 20 pce, plus préférentiellement dans un domaine de 5 à 15 pce. Dans les intervalles indiqués, on bénéficie des propriétés colorantes (agent de pigmentation noire) et anti-UV des noirs de carbone, sans pénaliser par ailleurs les performances typiques apportées par la silice LS.
Enfin, l'homme du métier comprendra que, à titre de charge équivalente d'une charge inorganique renforçante, pourrait être utilisée une charge renforçante du type organique, notamment un noir de carbone pour pneumatique, recouvert au moins en partie d'une couche inorganique, notamment de silice, nécessitant quant, à elle l'utilisation d'un agent de couplage pour assurer la liaison avec l'élastomère.
II-3. Agent de couplage
On rappelle ici que par "agent de couplage" (charge inorganique/élastomère) on doit entendre, de manière connue, un agent apte à établir une liaison suffisante, de nature chimique et/ou physique, entre la charge inorganique et l'élastomère diénique ; un tel agent de couplage, au moins bifonctionnel, a par exemple comme formule générale simplifiée "Y-T-X", dans laquelle: '
- Y représente un groupe fonctionnel (fonction "Y") qui est capable de se lier physiquement et/ou chimiquement à la charge inorganique, une telle liaison pouvant être établie, par exemple, entre un atome de silicium de l'agent de couplage et les groupes hydroxyle (OH) de surface de la charge inorganique (par exemple les silanols de surface lorsqu'il s'agit de silice); - X représente un groupe fonctionnel (fonction "X") capable de se lier physiquement et/ou chimiquement à l'élastomère diénique, par exemple par l'intermédiaire d'un atome de soufre;
T représente un groupe organique divalent permettant de relier Y et X.
On rappelle que les agents de couplage ne doivent pas être confondus avec de simples agents de recouvrement de la charge inorganique qui, de manière connue, peuvent comporter la fonction "Y" active vis-à-vis de la charge inorganique mais sont dépourvus de la fonction "X" active vis-à-vis de l'élastomère diénique.
Des agents de couplage (silice/élastomère diénique), d'efficacité variable, ont été décrits dans un très grand nombre de documents et sont bien connus de l'homme du métier. On peut utiliser tout agent de couplage connu susceptible d'assurer efficacement, dans les compositions de caoutchouc diénique utilisables pour la fabrication de bandes de roulement de pneumatiques, la liaison entre une charge inorganique renforçante telle que silice et un élastomère diénique, en particulier des organosilanes ou des polyorganosiloxanes polyfonctionnels porteurs des fonctions X et Y ci-dessus. On utilise notamment des silanes polysulfurés, dits "symétriques" ou "asymétriques" selon leur structure particulière, tels que décrits par exemple dans les brevets ou demandes de brevet FR 2 149 339, FR 2 206 330, US 3 842 111, US 3 873 489, US 3 978 103, US 3 997 581, US 4 002 594, US 4 072 701, US 4 129 585, US 5 580 919, US 5 583 245, US 5 650 457, US 5 663 358, US 5 663 395, US 5 663 396, US 5 674 932, US 5 675 014, US 5 684 171, US 5 684 ' 172, US 5 696 197, US 5 708 053, US 5 892 085, EP 1 043 357. , β
Conviennent en particulier pour la mise en œuvre de l'invention, sans que la définition ci- après soit limitative, des silanes polysulfurés symétriques répondant à la formule générale (I) suivante:
(I) Z - A - Sn - A - Z , dans laquelle:
- n est un entier de 2 à 8 (de préférence de 2 à 5);
- A est un radical hydrocarboné di valent (de préférence des groupements alkylène en Ci- Ci8 ou des groupements arylène en C6-Cι , plus particulièrement des alkylènes en Ci- Cio, notamment en Cj-C4 en particulier le propylène);
- Z répond à l'une des formules ci-après:
R1 R1 R2
— Si— R1 ; — Si— R2 ; — Si— R2 ,
R2 R2 R2
dans lesquelles:
- les radicaux R1, substitués ou non substitués, identiques ou différents entre eux, représentent un groupe alkyle en Cι-Cι8, cycloalkyle en C5-C18 ou aryle en C6-C18 (de préférence des groupes alkyle en Cι-C6, cyclohexyle ou phényle, notamment des groupes alkyle en Cι-C4, plus particulièrement le méthyle et/ou l'éthyle).
- les radicaux R2, substitués ou non substitués, identiques ou différents entre eux, représentent un groupe hydroxyle, alkoxyle en Ci-C18 ou cycloâlkoxyle en C5-C18 (de préférence un groupe choisi parmi hydroxyle, alkoxyles en Cι-C8 et cycloalkoxyles en C5-C8, plus préférentiellement encore un groupe choisi parmi hydroxyle et alkoxyles en Cι-C , en particulier méthoxyle et éthoxyle).
Dans le cas d'un mélange de silanes polysulfurés répondant à la formule (I) ci-dessus, notamment des mélanges usuels disponibles commercialement, on comprendra que la valeur moyenne des "n" est un nombre fractionnaire, de préférence compris dans un domaine de 2 à
5.
A titre d'exemples de silanes polysulfurés, on citera plus particulièrement les polysulfures (notamment disulfures, trisulfures ou tétrasulfures) de bis-(alkoxyl(Cι-C4)-alkyl(C1-C4)silyl- alkyl(Cι-C4)), comme par exemple les polysulfures de bis(3-triméthoxysilylpropyl) ou de bis(3-triéthoxysilylpropyl). Parmi ces composés, on utilise en particulier le tétrasulfure de bis(3-tri-éthoxysilylpropyl), en abrégé TESPT, de formule [(C2H5O)3Si(CH2)3S2]2 ou le disulfure de bis-(triéthoxysilylpropyle), en abrégé TESPD, de formule [(C2H5θ) Si(CH )3S]2.
Le TESPD est commercialisé par exemple par la société Degussa sous la dénomination Si75 (sous forme d'un mélange de disulfure - à 75% en poids - et de polysulfures), ou encore par la société Witco sous la dénomination Silquest Al 589. Le TESPT est commercialisé par exemple par la société Degussa sous la dénomination Si69 (ou X50S lorsqu'il est supporté à 50%) en poids sur du noir de carbone), ou encore par la société Osi Specialties sous la dénomination Silquest A1289 (dans les deux cas, mélange commercial de polysulfures avec une valeur moyenne pour n qui est proche de 4).
L'homme du métier saura ajuster la teneur en agent de couplage dans les compositions de l'invention, en fonction de l'application visée, de la nature de l'élastomère utilisé et de la quantité de silice LS, complétée le cas échéant de toute autre charge inorganique employée à titre de charge renforçante complémentaire.
II s'est avéré que l'utilisation d'une silice LS, dans les bandes de roulement conformes à l'invention, permet de réduire de manière sensible le taux d'agent de couplage, notamment de silane polysulfuré, par rapport aux taux usuels pratiqués en présence d'une silice conventionnelle à plus haute surface spécifique. Ainsi, dans ces bandes de roulement de l'invention, le taux d'agent de couplage, en particulier de silane polysulfuré, est de préférence compris entre 2 et 5 pce, plus préférentiellement compris dans un domaine de 3 à 4,5 pce. Ramené au poids de charge inorganique renforçante, en particulier de silice LS lorsque cette dernière constitue la totalité de la charge inorganique renforçante, ce taux d'agent de couplage est avantageusement inférieur à 8%>, plus préférentiellement inférieur à 6% en poids par rapport au poids de charge inorganique renforçante.
L'agent de couplage utilisé pourrait être préalablement greffé (via la fonction "X") sur l'élastomère diénique de la composition de l'invention, l'élastomère ainsi fonctionnalisé ou
"précouplé" comportant alors la fonction "Y" libre pour la charge inorganique renforçante.
L'agent de couplage pourrait également être préalablement greffé (via la fonction "Y") sur la charge inorganique renforçante, la charge ainsi "précouplée" pouvant ensuite être liée à l'élastomère diénique par l'intermédiaire des fonctions libres "X". On préfère toutefois utiliser l'agent de couplage à l'état libre (Le., non greffé) ou greffé sur la charge inorganique renforçante, notamment pour des raisons de meilleure mise en œuvre des compositions à l'état cru.
Enfin, à l'agent de couplage peut être éventuellement associé un "activateur de couplage" approprié, c'est-à-dire un corps (composé unique ou association de composés) qui, mélangé avec cet agent de couplage, augmente l'efficacité de ce dernier (voir par exemple demandes WO00/5300 et WO00/5301 précitées).
H-4. Système de vulcanisation Le système de vulcanisation de base est constitué de soufre et d'un accélérateur primaire de vulcanisation. A ce système de vulcanisation de base viennent s'ajouter, incorporés au cours de la première phase non-productive et/ou au cours de la phase productive, divers accélérateurs secondaires ou activateurs de vulcanisation connus.
L'accélérateur primaire de vulcanisation est de préférence un accélérateur du type sulfénamide. L'utilisation de la silice LS permet de réduire sensiblement le taux global de soufre et d'accélérateur sulfénamide à une valeur préférentielle comprise entre 1,25 et 2,75 pce, plus préférentiellement comprise dans un domaine de 1,5 à 2,5 pce, soufre et accélérateur sulfénamide étant par ailleurs chacun utilisés, encore plus préférentiellement, à un taux compris entre 0,5 et 1,5 pce.
Comme accélérateur secondaire de vulcanisation est utilisé préférentiellement un dérivé guanidique, en particulier là diphénylguanidine (DPG), incorporée au cours de la première phase non-productive (mode préférentiel de l'invention) et/ou au cours de la phase productive. Ce dérivé guanidique joue en outre le rôle avantageux d'agent de recouvrement de la silice LS. L'emploi de silice LS permet là encore de réduire avantageusement le taux global de soufre, sulfénamide et dérivé guanidique à une valeur préférentielle comprise dans un domaine de 1,75 à 4,25, plus préférentiellement dans un domaine de 2 à 4 pce.
Lors de la cuisson des bandes de roulement ou des pneumatiques conformes à l'invention, on a observé que l'emploi d'une silice LS, en particulier lorsque cette dernière constitue la totalité de la charge inorganique renforçante, avait toutefois pour inconvénient d'augmenter sensiblement les délais d'induction (temps nécessaires au début de la réaction de vulcanisation), de manière pouvant être jugée rédhibitoire vis-à-vis de conditions de cuisson industrielles.
L'inconvénient ci-dessus a pu être pallié, de manière inattendue, par une réduction sensible du taux de zinc dans la composition de caoutchouc.
Ainsi, selon un mode particulièrement préférentiel de l'invention, est utilisée à titre d'activateur de vulcanisation une très faible quantité de zinc, comprise entre 0,50 et 1,5 pce, plus préférentiellement comprise dans un domaine de 0,7 à 1,3 pce.
Cette quantité de zinc spécifique peut être apportée à la composition de caoutchouc de toute manière connue .de l'homme du métier, préférentiellement sous forme d'oxyde de zinc, dans ce cas utilisé par conséquent à un taux préférentiel équivalent compris entre 0,6 et 1,9 pce, plus préférentiellement compris dans un domaine de 0,9 à 1,6 pce.
A cet oxyde de zinc est associé de préférence un acide gras, plus préférentiellement l'acide stéarique, présent à un taux préférentiel de 0,5 à 3 pce, plus préférentiellement de 1 à 3 pce.
Tout ou partie du zinc utilisé peut être également incorporé aux bandes de roulement et à leurs compositions sous forme d'un sel de zinc d'acide gras, notamment sous forme de stéarate de zinc, ou encore d'un autre composé donneur de zinc actif vis-à-vis de la vulcanisation. Des délais d'induction et donc des temps de cuisson réduits sont notamment avantageux pour . les bandes de roulement destinées au rechapage, qu'il s'agisse de rechapage "à froid' (utilisation d'une bande de roulement précuite) ou de rechapage "à chaud" conventionnel (utilisation d'une bande de roulement à l'état cru). Dans ce dernier cas, une durée de cuisson réduite, outre le fait qu'elle diminue les coûts de production, limite la surcuisson (ou postcuisson) imposée au reste de l'enveloppe ("carcasse") du pneumatique usagé (déjà vulcanisé).
II-5. Additifs divers
Bien entendu, les compositions élastomériques des bandes de roulement conformes à l'invention . comportent également tout ou partie des additifs usuels utilisés dans des compositions de caoutchouc destinées à la fabrication de bandes de roulement de pneumatique, comme par exemple des huiles d'extension, des plastifiants, des agents de protection tels que cires anti-ozone, anti-ozonants chimiques, anti-oxydants, agents anti- fatigue, des activateurs de couplage, des résines renforçantes, des accepteurs et/ou donneurs de méthylène. A la silice LS peut être également associée, si besoin est, une charge blanche conventionnelle peu ou non renforçante, par exemple des particules d'argile, bentonite, talc, craie, kaolin, utilisables par exemple dans des bandes de roulement de pneumatique colorées.
Les compositions élastomériques peuvent également contenir, en complément des agents. de couplage précédemment décrits, des agents de recouvrement pour charges inorganiques, comportant par exemple la seule fonction Y, ou plus généralement des agents d'aide à la mise en œuvre susceptibles de manière connue, grâce à une amélioration de la dispersion de la charge inorganique renforçante dans la matrice de caoutchouc et à un abaissement de la viscosité des compositions, d'améliorer leur faculté de mise en œuvre à l'état cru ; ces agents, utilisés à un taux préférentiel compris entre 0,5 et 3 pce, sont par exemple des alkylalkoxysilanes, notamment des alkyltriéthoxysilanes, comme le 1-octyl-triéthoxysilane commercialisé par la société Degussa-Hϋls sous la dénomination Dynasylan Octeo ou le 1- hexa-décyl-triéthoxysilane commercialisé par la société Degussa-Hϋls sous la dénomination Si216, des polyols, des polyéthers (par exemple des polyéthylèneglycols), des aminés primaires, secondaires ou tertiaires (par exemple des trialcanol-amines), des polyorganosiloxanes hydroxylés ou hydrolysables, par exemple des α,ω-dihydroxy- polyorganosiloxanes (notamment des α,ω-dihydroxy-polydiméthylsiloxanes).
II-5. Préparation des compositions et bandes de roulement
Les compositions élastomériques sont fabriquées dans des mélangeurs appropriés, en utilisant deux phases de préparation successives bien connues de l'homme du métier : une première phase de travail ou malaxage thermo-mécanique (parfois qualifiée de phase "non-productive") à haute température, jusqu'à une température maximale (notée Tmax) comprise entre 110°C et 190°C, de préférence entre 130°C et 180°C, suivie d'une seconde phase de travail mécanique (parfois qualifiée de phase "productive") à plus basse température, typiquement inférieure à 110°C, par exemple entre 40°C et 100°C, phase de finition au cours de laquelle est incorporé le système de vulcanisation de base ; de telles phases ont été décrites par exemple dans les demandes EP 501 227, EP 735 088, WO00/05300 ou WO00/05301 précitées. Le procédé de fabrication des compositions selon l'invention est caractérisé en ce qu'au moins la silice LS (associée ou non à une autre charge inorganique renforçante ou à un noir de carbone) et l'agent de couplage sont incorporés par malaxage à l'élastomère diénique au cours de la première phase dite non-productive, c'est-à-dire que l'on introduit dans le mélangeur et que l'on malaxe thermomécaniquement, en une ou plusieurs fois, au moins ces différents constituants de base jusqu'à atteindre une température maximale comprise entre 110°C et 190°C, de préférence comprise entre 130°C et 180°C.
Tout ou partie de l'activateur de vulcanisation, constitué par la très faible quantité de zinc comprise entre 0,50 et 1,5 pce, peut être introduit au cours de la phase non-productive ou bien de la phase productive.
A titre d'exemple, la première phase (non-productive) est conduite en une seule étape thermomécanique au cours de laquelle on introduit, dans un mélangeur approprié tel qu'un mélangeur interne usuel, dans un premier temps tous les constituants de base nécessaires (élastomère diénique, charge inorganique renforçante et agent de couplage), puis dans un deuxième temps, par exemple après une à deux minutes de malaxage, les éventuels agents de recouvrement ou de mise en œuvre complémentaires et autres additifs divers, y compris notamment zinc et DPG, à l'exception du système de vulcanisation de base constitué par soufre et accélérateur primaire, en particulier sulfénamide ; la densité apparente de la silice LS étant généralement faible, il peut être avantageux de fractionner son introduction en deux ou plusieurs parties.
Une seconde étape (voire plusieurs) de travail thermomécanique peut être ajoutée dans ce mélangeur interne, après tombée du mélange et refroidissement intermédiaire (température de refroidissement de préférence inférieure à 100°C), dans le but de faire subir aux compositions un traitement thermomécanique complémentaire, notamment pour améliorer , encore la dispersion, dans la matrice élastomérique, de la charge inorganique renforçante et de son agent de couplage. La durée totale du malaxage, dans cette phase non-productive, est de préférence comprise entre 2 et 10 minutes.
Après refroidissement du mélange ainsi obtenu, on incorpore alors soufre et accélérateur primaire à basse température, généralement dans un mélangeur externe tel qu'un mélangeur à cylindres ; le tout est alors mélangé (phase productive) pendant quelques minutes, par exemple entre 5 et 15 minutes.
La composition finale ainsi obtenue est ensuite calandrée, par exemple sous la forme de plaques (épaisseur de 2 à 3 mm) ou de fines feuilles de caoutchouc pour la mesure de ses propriétés physiques ou mécaniques, notamment pour une caractérisation au laboratoire, ou encore extrudée pour former des profilés de caoutchouc utilisés directement, après découpage ou assemblage aux dimensions souhaitées, comme bandes de roulement de pneumatiques.
En résumé, le procédé, pour préparer une bande de roulement de pneumatique conforme à l'invention comporte les étapes suivantes : • incorporer à un élastomère diénique, au cours d'une première étape dite "non- productive": . à titre de charge renforçante, plus de 80 pce d'une charge inorganique constituée en tout ou partie d'une silice présentant les caractéristiques suivantes:
- (a) une surface spécifique BET comprise entre 50 et 100 m2/g; - (b) une taille moyenne de particules dw comprise entre 50 et 350 nm;
. et un agent de couplage assurant la liaison entre la silice et l'élastomère diénique; en malaxant thermomécaniquement le tout, en une ou plusieurs fois, jusqu'à atteindre une température maximale comprise entre 110°C et 190°C; • refroidir l'ensemble à une température inférieure à 100°C; incorporer ensuite, au cours d'une seconde étape dite "productive", du soufre et un accélérateur primaire de vulcanisation; malaxer le tout jusqu'à une température maximale inférieure à 110°C; • calandrer ou extrader la composition élastomérique ainsi obtenue sous la forme d'une bande de roulement de pneumatique.
La vulcanisation ou cuisson de la bande de roulement ou du pneumatique, est conduite de manière connue à une température préférentiellement comprise entre 130°C et 200°C, de préférence sous pression, pendant un temps suffisant qui peut varier par exemple entre 5 et 90 min en fonction notamment de la température de cuisson, du système de vulcanisation adopté, de la cinétique de vulcanisation de la composition considérée et de la taille du pneumatique.
Les compositions de caoutchouc précédemment décrites à base de silice LS constituent généralement la totalité de la bande de roulement conforme à l'invention. Mais l'invention s'applique également aux cas où ces compositions de caoutchouc forment une partie seulement d'une bande de roulement du type composite, constituée par exemple de bandes adjacentes transversalement différentes, ou encore de deux couches radialement superposées de constitutions différentes, la partie chargée de silice LS pouvant constituer par exemple la couche radialement externe de la bande de roulement destinée à entrer en contact avec le sol dès le début du roulage du pneumatique neuf, ou au contraire sa couche radialement interne destinée à entrer en contact avec le sol ultérieurement.
Il va de soi que la présente invention concerne les bandes de roulement et pneumatiques précédemment décrits tant à l'état dit "cru" (Le., avant cuisson) qu'à l'état dit "cuit" ou vulcanisé (Le., après vulcanisation).
III. EXEMPLES DE REALISATION DE L'INVENTION
III- 1. Charges utilisées
Les caractéristiques des charges utilisées dans les exemples qui suivent sont résumées dans le tableau 1. La charge notée A est une silice renforçante conventionnelle, à haute surface spécifique (BET d'environ 160 m2/g), charge inorganique de référence pour le renforcement des bandes de roulement des "Pneus Verts" (silice "Zeosil 1165MP" de la société Rhodia). La charge B est une silice à très faible surface spécifique (BET proche de 90 m2/g) destinée usuellement à des mélanges internes pour calandrage de nappes d'armature sommet de pneumatique (rapport BET/CTAB égal à 1,1).
Les caractéristiques de surface BET et de taille dw différencient donc nettement les deux charges, la charge B présentant une surface deux fois plus basse par unité de masse et une taille moyenne de particules dw plus de deux fois supérieure. Les deux silices se caractérisent par ailleurs toutes deux par une haute dispersibilité intrinsèque, illustrée par une vitesse de
9 1 9 1 désagglomération α très élevée (environ 1,25.10" μm" /min pour A et 1.10" μm" /min pour B).
On note que la silice LS vérifie l'ensemble des caractéristiques préférentielles qui suivent:
une surface BET comprise dans un domaine de 60 à 90 m2/g ; une taille de particules dw comprise dans un domaine de 150 à 250 nm ; - une vitesse de désagglomération α au moins égale à 1.10"2 μm'Vmin.
III-2. Préparation des compositions
On procède pour les essais qui suivent de la manière suivante: on introduit dans un mélangeur interne, rempli à 70%> et dont la température initiale de cuve est d'environ 60°C, l'élastomère diénique (ou le mélange d'élastomères diéniques, le cas échéant), la charge renforçante, l'agent de couplage, puis, après une à deux minutes de malaxage, les divers autres ingrédients à l'exception du soufre et de l'accélérateur primaire sulfénamide. On conduit alors un travail thermomécanique (phase non-productive) en une ou deux étapes (durée totale du malaxage égale à environ 7 min), jusqu'à atteindre une température maximale de "tombée" d'environ 160-165°C.
On récupère le mélange ainsi obtenu, on le refroidit puis on ajoute soufre et accélérateur sulfénamide sur un mélangeur externe (homo-finisseur) à 30°C, en mélangeant le tout (phase productive) pendant 3 à 4 minutes.
Les compositions sont ensuite soit calandrées sous la forme de plaques (épaisseur de 2 à 3 mm) pour la mesure de leurs propriétés physiques ou mécaniques, soit extradées directement sous la forme de bandes de roulement de pneumatique.
Dans les essais qui suivent, la silice LS constitue avantageusement la totalité de la charge inorganique renforçante, associée à un faible taux de noir de carbone (moins de 10 pce).
III -3. Essais
Cet essai a pour but de démontrer les performances améliorées d'une composition élastomérique à base de silice LS, comparée à une composition témoin utilisant une silice conventionnelle (haute surface spécifique) pour bande de roulement de "Pneu Vert".
On compare pour cela trois compositions de caoutchouc butadiénique (coupage SBR/BR) destinées à la fabrication de bandes de roulement pour pneumatique tourisme: composition notée C-l (témoin): silice A (60 pce) avec agent de couplage TESPT; composition C-2 (invention): silice B (85 pce) avec agent de couplage TESPT; composition C-3 (invention): silice B (85 pce) avec agent de couplage TESPD.
L'élastomère butadiénique est constitué d'un SSBR comportant 25%) de styrène, 58%> de motifs polybutadiène 1-2 et 23 % de motifs polybutadiène 1-4 trans, auquel est associé un BR possédant plus de 90% de liaisons cis-1,4. Le taux de charge renforçante totale, constituée par la silice LS et une faible quantité de noir de carbone (moins de 10 pce) est supérieur à 90 pce dans les compositions selon l'invention.
Les tableaux 2 et 3 donnent successivement la formulation des différentes compositions (tableau.2 - taux des différents produits exprimés en pce), leurs propriétés avant et après cuisson à 150°C pendant 40 minutes (tableau 3). La figure annexée reproduit les courbes de module (en MPa) en fonction de l'allongement (en %>) ; ces courbes sont notées Cl à C3 et correspondent respectivement aux compositions C-l à C-3.
Le taux de silice est donc supérieur de plus de 40%> (85 pce au lieu de 60 pce) dans les compositions selon l'invention (C-2 et C-3) qui, comparées à la composition témoin (C-l), présentent par ailleurs les caractéristiques avantageuses suivantes, notamment du point de vue des coûts:
un taux pondéral d'agent de couplage, par rapport au poids de silice, nettement réduit (moins de 5% comparé à 8%> pour la composition témoin); - un taux global de soufre et accélérateur sulfénamide réduit (2,6 pce au lieu de 3,1 pce), tout comme le taux global de soufre, accélérateur sulfénamide et dérivé guanidique (3,6 pce au lieu de 4,6 pce).
Le taux de ZnO a été réduit de 40%> (1,5 pce au lieu de 2,5 pce dans la composition témoin) dans les compositions C-2 et C-3 afin de ramener leur délai d'induction (tj) à une valeur comparable à celle du témoin, un taux de 2,5 pce conduisant par exemple pour la composition C-2 à un délai d'induction augmenté de près de 50%, augmentation jugée rédhibitoire vis-à-vis de conditions de cuisson industrielle.
Ces commentaires sur la formulation étant faits, l'étude des- résultats du tableau 3 démontre, pour les compositions à base de silice LS, comparées à la composition témoin:
une viscosité à l'état cru certes augmentée, mais satisfaisante (au plus 95 UM), en tout cas inférieure à celle qui serait observée pour la composition témoin à isotaux (85 pce) de silice conventionnelle à haute surface spécifique (dans ce dernier cas, plus de 100
UM pour la solution témoin); des propriétés rhéométriques au moins équivalentes, sinon améliorées pour la composition C-2 à base d'agent de couplage TESPT, comme illustré par les valeurs T5, ti, t90, t90- tj et enfin K; - des propriétés d'hystérèse équivalentes (ΔG* et tan(δ)max); enfin et surtout, de manière encore plus inattendue pour l'homme du métier, des propriétés de renforcement après cuisson qui sont au moins égales voire même supérieures à celles de la solution témoin: dureté Shore équivalente mais modules sous forte déformation (MA100, MA300) et rapport MA300/MA100 nettement plus élevés, autant d'indicateurs clairs d'une haute qualité du renforcement fourni par la silice LS.
La figure annexée confirme bien ces résultats avec, pour des allongements de 100%) et plus, un module supérieur dans le cas des compositions C-2 et C-3 (courbes C2 et C3 au-dessus de la courbe Cl), preuve d'une forte interaction entre l'élastomère diénique et la silice LS.
De tels résultats doivent être maintenant confrontés à des tests réels de roulage des bandes de roulement, comme exposé dans l'essai 2 qui suit.
B) Essai 2
Les compositions C-l et C-2 précédentes sont utilisées dans cet essai comme bandes de roulement de pneumatiques tourisme à carcasse radiale, de dimension 175/70 RI 4 (indice de vitesse T), conventionnellement fabriqués et en tous points identiques hormis la composition de caoutchouc constitutive de la bande de roulement : composition C-l pour les "Pneus Verts" témoins (notés P-l), composition C-2 pour les pneus de l'invention (notés P-2).
Les pneumatiques ont d'abord été testés sur machine pour la détermination de leur résistance au roulement et de leur poussée de dérive, puis montés sur véhicule pour la suite des tests.
L'ensemble des résultats de roulage est résumé dans le tableau 4.
On constate tout d'abord que la résistance au roulement des deux types de pneus est équivalente, synonyme d'une faible consommation de carburant pour un véhicule équipé de pneus conformes à l'invention.
On soumet ensuite les pneumatiques à un roulage sur route, sur un véhicule tourisme de marque Citroën Xsara, pour détermination de la résistance à l'usure. De manière connue, la résistance à l'usure de la bande de roulement, au cours du roulage du pneumatique, est directement corrélée au niveau de renforcement apporté par la charge renforçante et son agent de couplage associé. En d'autres termes, la mesure de la résistance à l'usure est un excellent indicateur, sinon le meilleur puisque évalué sur le produit manufacturé final, de la performance globale de la charge inorganique utilisée. On constate alors que le pneumatique conforme à l'invention montre une performance identique à celle du pneumatique témoin.
Ainsi, malgré l'emploi d'une silice à très faible surface spécifique, d'un taux réduit d'agent de couplage et d'agents de vulcanisation, il est possible de maintenir un excellent compromis (résistance au roulement/résistance à l'usure), au moins aussi bon que celui disponible sur des "Pneus Verts" conventionnels renforcés de silice à plus haute surface spécifique, ce qui constitue déjà un résultat remarquable et inattendu pour l'homme du métier. On constate par ailleurs que la poussée de dérive, indicatrice pour l'homme du métier du comportement routier sur sol sec, est sensiblement augmentée, avec un gain enregistré de 4%>.
Les pneumatiques sont enfin montés sur un autre véhicule tourisme pour être soumis aux tests de freinage et d'adhérence décrits au paragraphe 1-3, selon les conditions particulières qui suivent:
freinage (sur sol sec ou humide): véhicule VW modèle "Polo GT" (pressions nominales à l'avant et l'arrière), les pneumatiques à tester étant montés à l'avant du véhicule; - roulage sur circuit humide virageux: véhicule VW modèle "Golf (pressions nominales à l'avant et l'arrière), les pneumatiques à tester étant montés à l'avant et à l'arrière du véhicule.
Les pneus P-2 montrent tout d'abord un gain notable de 4%> en ce qui concerne le freinage sur sol mouillé. Le test de roulage sur circuit humide et virageux, confirme quant à lui que l'emploi de la silice LS se traduit par une amélioration sensible de l'adhérence, illustrée tant par une diminution du temps minimal nécessaire pour parcourir le circuit en conditions de vitesse limite (temps de parcours réduit d'une seconde au tour) que par l'évolution de la note de comportement attribuée par le pilote (augmentation de 8%>), ces deux variations étant très significatives pour un tel test.
En résumé, le pneumatique de l'invention montre un compromis (résistance au roulement/résistance à l'usure/comportement/adhérence) qui est globalement amélioré par rapport à la référence que constituent les bandes de roulement des "Pneus Verts" témoins P-l, avec notamment une amélioration tant du comportement routier que de l'adhérence sur sol mouillé, enneigé ou verglacé.
C) Essai 3
Cet essai confirme l'intérêt d'ime silice LS dans une bande de roulement dont la matrice diénique est différente de la précédente, constituée d'un coupage d'élastomère butadiénique (BR) et de caoutchouc naturel. La bande de roulement est destinée à des pneumatiques tourisme du type "hiver" à adhérence élevée sur neige et glace.
Les deux compositions testées se différencient essentiellement par les caractéristiques suivantes:
composition C-4 (témoin): silice A (65 pce); composition C-5 (conforme à l'invention): silice B (85 pce).
Les tableaux 5 et 6 donnent successivement la formulation des différentes compositions (tableau 5 - taux des différents produits exprimés en pce), leurs propriétés avant et après cuisson à 150°C pendant 40 minutes (tableau 6).
Le taux de silice est donc nettement supérieur dans la bande de roulement selon l'invention, dont le taux de charge renforçante totale (silice LS plus noir de carbone) est supérieur à 90 pce. L'agent de couplage est le TESPT dans les deux cas, son taux pondéral par rapport au poids de silice étant cependant nettement réduit dans la bande de roulement selon l'invention (moins de 5% comparé à 8,7% pour la solution témoin).
L'étude des résultats du tableau 6 démontre que la composition à base de silice LS, comparée à la composition témoin, se caractérise notamment par:
une viscosité à l'état cru équivalente; un temps de grillage T5 certes augmenté, mais pouvant être corrigé par une réduction du taux de zinc (T5 < 20 min pour 1,5 pce de ZnO); après cuisson, des propriétés de renforcement qui apparaissent améliorées par rapport à celles de la solution témoin (MAI 00, MA300 et rapport MA300/MA100 plus élevés), indicateur clair d'un haut niveau de renforcement et donc de résistance à l'usure pour la bande de roulement de l'invention; - enfin, des propriétés d'hystérèse qui sont sensiblement améliorées (valeurs nettement plus faibles pour ΔG* et tan(δ)max), laissant présager une résistance au roulement réduite.
Les compositions C-4 et C-5 ont ensuite été testées comme bandes de roulement de pneus hiver, de dimension 175/70 RI 4, conventionnellement fabriquées et en tous points identiques hormis la composition utilisée: C-4 pour les pneus témoins (notés P-4), C-5 pour les pneus de l'invention (notés P-5). Les pneumatiques ont été testés sur machine et sur véhicule, conformément aux indications de l'essai 2 précédent et du paragraphe 1-3, pour détermination d'une part de leur résistance au roulement d'une part, d'autre part de leur adhérence (test de freinage) tant sur sol humide que sur glace.
Les résultats de roulage du tableau 7 montre la supériorité des pneumatiques conformes à l'invention, les performances de résistance au roulement, de freinage sur sol mouillé et de freinage sur glace étant toutes trois améliorées, résultat particulièrement avantageux pour des pneumatiques du type hiver.
En résumé, les silices spécifiques répondant aux caractéristiques décrites ci-avant, à très basse surface spécifique et de préférence à haute dispersibilité, lorsqu'elles sont utilisées dans les bandes de roulement à un taux de charge inorganique renforçante aussi élevé que celui préconisé, se sont révélées, de manière inattendue pour l'homme du métier, capables d'offrir à ces bandes de roulement un compromis global de performances au roulage amélioré, tout en permettant de réduire leur surcoût grâce à une diminution possible des taux d'agent de couplage comme de ceux des agents de vulcanisation.
Comparées aux silices à haute surface spécifique, les silices LS précédemment décrites, grâce à leur surface spécifique nettement réduite, présentent de nombreux avantages:
moins d'interactions parasites, d'une part entre les particules de silice elles-mêmes (risques réduits de ré-agglomération dans la matrice de caoutchouc), d'autre part entre les particules de silice et les autres additifs de caoutchouterie; . amélioration globale de la dispersibilité dans la matrice diénique, lors des opérations de malaxage, et donc de la mise en œuvre des composition à l'état cru; réduction possible des quantités d'agent de couplage et d'agents de vulcanisation, en particulier de soufre et d'accélérateur sulfénamide, ce qui conduit à une diminution des coûts de la formulation.
Si, en contrepartie, ces silices LS présentent certes l'inconvénient d'allonger les délais d'induction lors de la cuisson des bandes de roulement, il a été trouvé que ce problème pouvait être résolu grâce à l'utilisation d'une très faible quantité de zinc dans les compositions, contribuant du même coup à la réduction des coûts industriels.
Tableau 1
(A) silice à haute surface spécifique BET (CTAB : 157,5 m2/g);
(B) silice à très basse surface spécifique BET (CTAB : 81 m2/g).
Tableau 2
(1) SSBR avec 59,5% de motifs polybutadiène 1-2 ; 26,5% de styrène ; Tg = -29°C ; 75 pce SBR sec étendu avec 18% en poids d'huile aromatique (soit un total SSBR + huile égal à 88,5 pce);
(2) BR avec 4,3 % de 1-2 ; 2,7% de trans ; 93% de cis 1-4 (Tg = -106°C);
(3) noir de carbone N234;
(4) huile aromatique sous forme libre ("Enerflex 65" de la société BP);
(5) TESPT ("Si69" de la société Degussa);
(6) TESPD ("Si75" de la société Degussa);
(7) diphénylguanidine ("Vulcacit D" de la société Bayer);
(8) zinc apporté sous forme de ZnO (grade caoutchouc);
(9) mélange de cires anti-ozone macro- et micro-cristallines;
(10) N-l,3-diméthylbutyl-N-phényl-para-phénylènediamine ("Santoflex 6-PPD" de la société Flexsys);
(11) N-cyclohexyl-2-benzothiazyl-sulfénamide (société Flexsys: "Santocure" CBS). Tableau 3
Tableau 4
(une valeur supérieure à 100 indique une performance améliorée par rapport au témoin - base 100) Tableau 5
(1) caoutchouc naturel ; (3) noir de carbone N330 ; (6) "Flexon 815" de la société Shell; (autres indices: idem tableau 1)
Tableau 6
Tableau 7
(une valeur supérieure à 100 indique une performance améliorée par rapport au témoin - base 100)

Claims

REVENDICATIONS
1. Bande de roulement de pneumatique incorporant une composition élastomérique renforcée d'une charge inorganique, à base d'au moins (pce = parties en poids pour cent parties d'élastomère diénique):
(i) un élastomère diénique;
(ii) à titre de charge renforçante, plus de 80 pce d'une charge inorganique constituée en tout ou partie d'une silice dite "LS" présentant les caractéristiques suivantes: (a). une surface spécifique BET comprise entre 50 et 100 m /g;
(b) une taille moyenne de particules dw comprise entre 50 et 350 nm;
(iii) un agent de. couplage assurant la liaison entre la charge inorganique renforçante et l'élastomère diénique; (iv) un système de vulcanisation à base de soufre.
2. Bande de roulement selon la revendication 1 , l'élastomère diénique comportant au moins 40 pce, de préférence au moins 50 pce d'un élastomère butadiénique.
3. Bande de roulement selon la revendication 2, l'élastomère butadiénique étant choisi parmi les polybutadiènes (BR), les copolymères de styrène-butadiène (SBR) et les mélanges de ces élastomères.
4. Bande de roulement selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, le taux de charge inorganique renforçante étant supérieur à 90 pce.
5. Bande de roulement selon la revendication 4, le taux de charge inorganique renforçante étant compris entre 90 pce et 150 pce.
6. Bande de roulement selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, la silice LS représentant au moins 50% en poids de la charge inorganique renforçante.
7. Bande de roulement selon la revendication 6, la silice LS représentant plus de 80% en poids de la charge inorganique renforçante.
8. Bande de roulement selon la revendication 7, la silice LS représentant la totalité de la charge inorganique renforçante.
9. Bande de roulement selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, l'agent de couplage étant choisi parmi les silanes et polysiloxanes polyfonctionnels.
10. Bande de roulement selon la revendication 9, l'agent de couplage étant un silane polysulfuré.
11. Bande de roulement selon la revendication 10, la quantité de silane polysulfuré étant comprise entre 2 et 5 pce.
12. Bande de roulement selon la revendication 11, la quantité de silane polysulfuré étant comprise dans un domaine de 3 à 4,5 pce.
13. Bande de roulement selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, comportant du noir de carbone.
14. Bande de roulement selon la revendication 13, le noir de carbone étant présent à un taux compris entre 2 et 20 pce.
15. Bande de roulement selon la revendication 14, le noir de carbone étant présent à un taux compris dans un domaine de 5 à 15 pce.
16. Bande de roulement selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, la silice LS présentant au moins l'une des caractéristiques suivantes :
une surface BET comprise dans un domaine de 60 à 90 m2/g ; une taille de particules dw comprise entre 100 et 300 nm ; une vitesse de désagglomération α supérieure à 5.10"3 μnrVmin.
17. Bande de roulement selon la revendication 16, la silice LS présentant au moins l'une des caractéristiques suivantes:
une taille de particules dw comprise dans un domaine de 150 à 250 nm; une vitesse de désagglomération α au moins égale à 1.10"2 μπrVmin.
18. Bande de roulement selon la revendication 17, la silice LS présentant l'ensemble des caractéristiques suivantes :
une surface BET comprise dans un domaine de 60 à 90 m2/g ; - une taille de particules dw comprise dans un domaine de 150 à 250 nm ; une vitesse de désagglomération α au moins égale à 1.10"2 μm" Vmin.
19. Bande de roulement selon l'une quelconque des revendications 1 à 18, l'élastomère butadiénique constituant la totalité de l'élastomère diénique.
20. Bande de roulement selon l'une quelconque des revendications 2 à 19, l'élastomère butadiénique comportant, de préférence à titre majoritaire, un élastomère SBR.
21. Bande de roulement selon la revendication 20, le SBR étant un SBR ayant une teneur en styrène comprise entre 20% et 30%> en poids, une teneur en liaisons vinyliques de la partie butadiénique comprise entre 15%> et 65%, une teneur en liaisons trans-1,4 comprise entre 20% et 75%o et une température de transition vitreuse comprise entre -20°C et -55°C.
22. Bande de roulement selon les revendications 20 ou 21, le SBR étant un SBR préparé en solution (SSBR).
23. Bande de roulement selon l'une quelconque des revendications 20 à 22, le SBR étant utilisé en mélange avec un élastomère BR.
24. Bande de roulement selon la revendication 23, l'élastomère BR possédant plus de 90%) de liaisons cis-1,4.
25. Bande de roulement selon l'une quelconque des revendications 1 à 24, le système de vulcanisation comportant un accélérateur primaire sulfénamide, le taux global de soufre et d'accélérateur sulfénamide étant compris dans un domaine de 1,25 à 2,75 pce.
26. Bande de roulement selon la revendication 25, le système de vulcanisation comportant en outre un dérivé guanidique, le taux global de soufre, de sulfénamide et de dérivé guanidique étant compris dans un domaine de 1,75 à 4,25 pce.
27. Bande de roulement selon la revendication 26, le dérivé guanidique étant la DPG (diphénylguanidine) .
28. Bande de roulement selon l'une quelconque des revendications 1 à 27, le système de vulcanisation comportant, à titre d'activateur de vulcanisation, entre 0,5 et 1,5 pce de zinc.
29. Bande de roulement selon la revendication 28, le zinc étant apporté sous forme d'oxyde de zinc, de préférence en présence d'un acide gras.
30. Bande de roulement selon la revendication 29, l'acide gras étant l'acide stéarique, présent à un taux préférentiel de 0,5 à 3 pce.
31. Bande de roulement selon l'une quelconque des revendications 28 à 30, la quantité de zinc étant comprise dans un domaine de 0,7 à 1,3 pce.
32. Bande de roulement selon l'une quelconque des revendications 1 à 31, caractérisée en ce qu'elle se trouve à l'état vulcanisé.
33. Procédé pour préparer une bande de roulement de pneumatique vulcanisable au soufre, à compromis de performances (résistance à l'usure/résistance au roulement/adhérence/poussée de dérive) amélioré, à base d'élastomère diénique, d'une charge inorganique renforçante et d'un système de vulcanisation, comportant les étapes suivantes (pce = parties en poids pour cent d'élastomère diénique):
• incorporer à un élastomère diénique, au cours d'une première étape dite "non- productive", au moins: . à titre de charge renforçante, plus de 80 pce d'une charge inorganique constituée en tout ou partie d'une silice (ci-après silice "LS") présentant les caractéristiques suivantes:
- (a) une surface spécifique BET comprise entre 50 et 100 m2/g;
- (b) une taille moyenne de particules dw comprise entre 50 et 350 nm; . et un agent de couplage assurant la liaison entre la silice et l'élastomère diénique, • en malaxant thermomécaniquement le tout, en une ou plusieurs fois, jusqu'à atteindre une température maximale comprise entre 110°C et 190°C; refroidir l'ensemble à une température inférieure à 100°C;
• incorporer ensuite, au cours d'une seconde étape dite "productive", du soufre et un accélérateur primaire de vulcanisation;
• malaxer le tout jusqu'à une température maximale inférieure à 110°C;
• calandrer ou extrader la composition élastomérique ainsi obtenue sous la forme d'une bande de roulement de pneumatique.
34. Procédé selon la revendication 33, l'élastomère diénique comportant au moins 40 pce, de préférence au moins 50 pce d'un élastomère butadiénique.
35. Procédé selon la revendication 34, l'élastomère diénique étant choisi parmi les polybutadiènes (BR), les copolymères de styrène-butadiène (SBR) et les mélanges de ces élastomères.
36. Procédé selon l'une - quelconque des revendications 33 à 35, le taux de charge inorganique renforçante étant supérieur à 90 pce.
37. Procédé selon la revendication 36, le taux de charge inorganique renforçante étant compris entre 90 pce et 150 pce.
38. Procédé selon l'une quelconque des revendications 33 à 37, la silice LS représentant au moins 50% en poids de la charge inorganique renforçante.
39. Procédé selon la revendication 38, la silice LS représentant plus de 80% en poids de la charge inorganique renforçante.
40. Procédé selon la revendication 39, la silice LS représentant la totalité de la charge inorganique renforçante.
41. Procédé selon l'une quelconque des revendications 33 à 40, l'accélérateur primaire étant un accélérateur sulfénamide et le taux global de soufre et d'accélérateur sulfénamide étant compris dans un domaine de 1,25 à 2,75 pce.
42. Procédé selon la revendication 41 , un dérivé guanidique étant en outre incorporé, le. taux global de soufre, de sulfénamide et de dérivé guanidique étant compris dans un domaine de 1,75 à 4,25 pce.
43. Procédé selon la revendication 42, le dérivé guanidique étant incorporé au cours de la phase non-productive.
44. Procédé selon les revendications 42 ou 43, le dérivé guanidique étant la DPG (diphénylguanidine) .
45. Procédé selon l'une quelconque des revendications 33 à 44, le système de vulcanisation comportant, à titre d'âctivateur de vulcanisation, entre 0,5 et 1,5 pce de zinc.
46. Procédé selon la revendication 45, le zinc étant apporté sous forme d'oxyde de zinc, de préférence en présence d'un acide gras.
47. Procédé selon la revendication 46, l'acide gras étant l'acide stéarique, présent à un taux préférentiel de 0,5 à 3 pce.
48. Procédé selon l'une quelconque des revendications 33 à 47, l'agent de couplage étant choisi parmi les silanes et polysiloxanes polyfonctionnels.
49. Procédé selon la revendication 48, l'agent de couplage étant un silane polysulfuré.
50. Procédé selon la revendication 49, la quantité de silane polysulfuré étant comprise entre 2 et 5 pce.
51. Procédé selon l'une quelconque des revendications 33 à 50, du noir de carbone étant en outre incorporé au cours de la phase non-productive, à un taux préférentiel compris dans un domaine de 5 à 15 pce.
52. Procédé selon l'une quelconque des revendications 33 à 51, la silice LS présentant au moins l'une des caractéristiques suivantes :
une surface BET comprise dans un domaine de 60 à 90 m2/g ; une taille de particules dw comprise entre 100 et 300 nm ; - une vitesse de désagglomération α supérieure à 5.10"3 μπrVmin.
53. Procédé selon la revendication 52, la silice LS présentant au moins l'une des caractéristiques suivantes:
- une taille de particules dw comprise dans un domaine de 150 à 250 nm; une vitesse de désagglomération α au moins égale à 1.10"2 μπrVmin.
54. Procédé selon la revendication 53, la silice LS présentant l'ensemble des caractéristiques suivantes :
une surface BET comprise dans un domaine de .60 à 90 m2/g ; une taille de particules dw comprise dans un domaine de 150 à 250 nm ; une vitesse de désagglomération α au moins égale à 1.10"2 μm" Vmin.
55. Utilisation à titre de charge inorganique renforçante, dans une bande de roulement de pneumatique à base d'élastomère diénique, d'une silice ayant les caractéristiques suivantes:
(a) une surface spécifique BET comprise entre 50 et 100 m2/g;
(b) une taille moyenne (en masse) de particules comprise entre 50 et 350 nm;
56. Utilisation selon la revendication 55, la silice présentant au moins l'une des caractéristiques suivantes :
une surface BET comprise dans un domaine de 60 à 90 m2/g ; une taille de particules dw comprise entre 100 et 300 nm ; une vitesse de désagglomération α supérieure à 5.10"3 μm"Vmin.
57. Utilisation selon la revendication 56, la silice présentant au moins l'une des caractéristiques suivantes:
une taille de particules dw comprise dans un domaine de 150 à 250 nm; une vitesse de désagglomération α au moins égale à 1.10"2 μm" Vmin.
58. Utilisation selon la revendication 57, la silice présentant l'ensemble des caractéristiques suivantes :
une surface BET comprise dans un domaine de 60 à 90 m /g ; une taille de particules dw comprise dans un domaine de 150 à 250 nm ; ' une vitesse de désagglomération α au moins égale à 1.10'2 μm" Vmin.
59. Utilisation d'une bande de roulement conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 32 pour la fabrication ou le rechapage de pneumatiques.
60. Pneumatique comportant une bande de roulement selon l'une quelconque des revendications 1 à 32.
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