EP4735270A1 - Composition de caoutchouc comprenant une résine hydrocarbure obtenue à partir de copeaux de caoutchouc - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un bandage pour véhicule dont la bande de roulement comporte une composition de caoutchouc à base d'au moins une matrice élastomérique comprenant au moins (50) pce d'un copolymère de butadiène, une charge renforçante, un système de réticulation et une résine hydrocarbure à base d'une coupe issue de la pyrolyse d'une charge comprenant des copeaux de caoutchouc, la température d'ébullition à pression atmosphérique de ladite coupe étant comprise dans l'intervalle allant de 140 à 280°C.

Description

Composition de caoutchouc comprenant une résine hydrocarbure obtenue à partir de copeaux de caoutchouc

Domaine technique de l'invention

La présente invention est relative au domaine des compositions de caoutchouc, en particulier des compositions de caoutchouc pour bandages pneumatiques.

Art antérieur

Les bandages pneumatiques, et plus généralement les articles de caoutchouc tels que par exemple les bandes transporteuses et les bandages non pneumatiques, sont des objets complexes constitués d’une multitude de composants. À titre d’exemple, un bandage pneumatique est constitué de plus de 200 matières premières différentes.

Les enjeux en termes de pression sur les ressources renouvelables et fossiles sont tels qu’il est indispensable de valoriser au mieux les ressources que constituent les articles de caoutchouc usagés. Or le recyclage des matériaux issus d’articles de caoutchouc usagés, tels que des bandages usagés en bandages pneumatiques neufs est encore limité, du fait notamment de l’impact majeur des constituants sur les performances du pneumatique. En effet, le recyclage des matières peut avoir un impact environnemental global négatif du fait de la dégradation des performances des bandages pneumatiques utilisant ces matières. Il existe donc un besoin fort de procédés de valorisation des articles de caoutchouc en fin de vie afin de produire des matières premières dont l’utilisation ne dégradera pas les performances des bandages pneumatiques, conduisant ainsi à un impact environnemental globalement plus faible.

De nombreuses recherches ont été conduites dans ce domaine, en particulier sur la valorisation des huiles issues de la pyrolyse de résidus pneumatiques. Ainsi, les documents EP 0928817, WO 2013/170358 et JP2017/008214 enseignent la production de noir de carbone de grade pneumatique à partir de la pyrolyse de copeaux de bandages pneumatiques.

D’autres recherches portent sur la valorisation de produits intermédiaires. Le document WO 90/14409 s’intéresse à la séparation des huiles de pyrolyse de résidus pneumatiques par distillation afin de récupérer des composés chimiques valorisables, en particulier le limonène, la distillation étant opérée de manière à concentrer les espèces d’intérêt commercial. L’article « Production of dldimonene by vacuum pyrolysis of used tires » enseigne quant à lui que la quantité de limonène dans les huiles de pyrolyse de copeaux de bandages pneumatiques peut être augmentée en ajustant la température de l’étape de pyrolyse et en minimisant le temps de séjour de la phase vapeur dans le réacteur. Le document « A review of dipentene (dldimonene) production from waste tire pyrolysis » (Danon et al., Journal of Analytical and Applied Pyrolysis 112 (2015) 1—13) traite également de la production de dipentène à partir de résidus de pneumatiques. Aucun de ces documents ne traite de l’utilisation ultérieure de ces produits. Le document « Thermal depolymerization and pyrolysis of cis-l,4-polyisoprene ■ preparation of liquid polyisoprene and terpene resin” (Cataldo, Journal of Analytical and Applied Pyrolysis 44(1998) 121-130) traite de la production de résines à partir du produit de dépolymérisation d’isoprène pur, naturel ou synthétique. Cependant, la dépolymérisation de résidus de pneumatiques conduit à de nombreux sous-produits qui ne sont pas présents lors de la dépolymérisation de polyisoprène pur, dont l’effet est potentiellement délétère sur la production de résines.

Les documents WO2022/101562 et WO2022/101563 décrivent la synthèse de résines à partir de copeaux de caoutchouc pouvant être utilisées dans la fabrication de pneumatiques neufs sans que cela n’impacte leur performance. Toutefois, ces documents sont muets quant aux utilisations spécifiques des résines produites.

Poursuivant ses recherches, la demanderesse a découvert qu’une bande de roulement de bandage pour véhicule comportant une composition de caoutchouc comprenant une résine produite à partir de copeaux de caoutchouc présente des performances d’adhérence sur sol sec et de rigidité améliorées sans dégrader les performances de résistance au roulement.

Description détaillée de l’invention

L’invention concerne au moins un bandage pour véhicule dont la bande de roulement comporte une composition de caoutchouc à base d’au moins une matrice élastomérique comprenant au moins 50 pce d’un copolymère de butadiène, une charge renforçante, un système de réticulation et une résine hydrocarbure à base d’une coupe issue de la pyrolyse d’une charge comprenant des copeaux de caoutchouc, la température d’ébullition à pression atmosphérique de ladite coupe étant comprise dans l’intervalle allant de 140 à 280°C.

De manière préférée, la charge renforçante comprend de 10 à 150 pce, de préférence de 50 à 130 pce de silice.

De manière préférée, le copolymère de butadiène présente une température de transition vitreuse Tg inférieure à -20°C, de préférence comprise entre -20°C et -110°C. De manière préférée, la composition de caoutchouc comprend au moins 70 pce, de manière préférée au moins 90 pce d’au moins un copolymère de butadiène, de préférence un copolymère butadiène-styrène.

De manière préférée, la résine hydrocarbure présente les caractéristiques suivantes ■

• une température de transition vitreuse (notée Tg) allant de 20°C à 140°C

• une masse molaire en nombre inférieure à 5000 g/mol

• une dispersité D inférieure à 3

• Un taux de protons aromatiques, déterminé par RMN 1H, compris entre 0.5%mol et 50%mol J

• Un taux de protons aliphatiques, déterminé par RMN 1H, compris entre 50%mol et 99.5%mol J

• Un taux de protons éthyléniques, déterminé par RMN 1H, inférieur ou égal à 10%mol La somme des taux de protons aromatiques, aliphatiques et éthyléniques étant égale à 100%.

De manière préférée, le taux de protons aromatiques de la résine hydrocarbure, déterminé par RMN 1H, est compris entre 2% mol et 30%mol, de manière préférée est compris entre 2% mol et 20%mol et de manière très préférée est compris entre 5%mol et 15%mol.

De manière préférée, la résine hydrocarbure est obtenue par un procédé comprenant au moins ■ a) Une étape de pyrolyse d’une charge comprenant des copeaux de caoutchouc permettant d’obtenir au moins une huile de pyrolyse b) Une étape de séparation de l’huile de pyrolyse en au moins un raffinât, une fraction intermédiaire et un extrait, la fraction intermédiaire présentant une température d’ébullition à pression atmosphérique comprise dans l’intervalle allant de 140 à 280°C et comprenant au plus 10% poids d’hétéroatomes c) Une étape de synthèse de résines comprenant une section de polymérisation alimentée par la fraction intermédiaire issue de l’étape b) et produisant un effluent polymérisé d) Une étape de traitement comprenant une section de séparation de l’effluent polymérisé issu de l’étape c) en un effluent riche en solvant et un effluent riche en résines, et une section de séchage alimentée par l’effluent riche en résines afin de produire la résine hydrocarbure.

De manière préférée, les copeaux de caoutchouc alimentés dans l’étape a) du procédé comprennent au moins 50 pce d’élastomère diénique, préférentiellement au moins 60 pce d’élastomère diénique. De manière préférée, la fraction intermédiaire constituant la coupe à la base de la résine hydrocarbure présente une température d’ébullition à pression atmosphérique comprise dans l’intervalle allant de 150 à 280°C et de manière préférée de 150 à 260°C.

Définitions

Les composés comprenant du carbone mentionnés dans la description peuvent être d'origine fossile ou biosourcés. Dans ce dernier cas, ils peuvent être, partiellement ou totalement, issus de la biomasse ou obtenus à partir de matières premières renouvelables issues de la biomasse.

Par composé en Cn, on entend un composé comprenant n atomes de carbone. De même, par composés en Cn’Cm, on entend un ensemble de composés comprenant de n à m atomes de carbone.

Par hétéroatome, on entend un atome autre que le carbone ou l’hydrogène, par exemple l’azote, le soufre, l’oxygène.

Bandage pour véhicule

La présente invention concerne un bandage pour véhicule dont la bande de roulement comporte une composition de caoutchouc à base d’au moins une matrice élastomérique comprenant au moins 50 pce d’un copolymère de butadiène, une charge renforçante, un système de réticulation et une résine hydrocarbure à base d’une coupe issue de la pyrolyse d’une charge comprenant des copeaux de caoutchouc, la température d’ébullition à pression atmosphérique de ladite coupe étant comprise dans l’intervalle allant de 140 à 280°C.

Le bandage pour véhicules peut être un bandage pneumatique ou non pneumatique. Par non pneumatique, on entend que ce bandage est capable de supporter la charge du véhicule par un moyen autre qu’un gaz de gonflage sous pression, par exemple au moyen de haubans.

Le bandage pour véhicule selon l’invention sera choisi parmi, sans limitation, les bandages destinés à équiper un véhicule à deux roues, un véhicule pour passagers, un véhicule à « charge lourde » (c’est-à-dire, un métro, un bus, des véhicules tout-terrain, des véhicules de transport à charge lourde, tels que des camions, des tracteurs ou des remorques), un aéronef, un équipement de construction, un véhicule agricole lourd ou un véhicule de manutention. De manière connue de l’Homme du métier, la bande de roulement est la partie du bandage pour véhicule qui entoure circonférentiellement ce bandage et assure le contact du bandage avec la surface de roulement, par exemple la route.

Élastomère

La composition de caoutchouc du bandage selon l’invention comprend au moins 50 pce d’un copolymère de butadiène.

Le copolymère de butadiène est de préférence un copolymère de butadiène et d’un monomère vinylaromatique. À titre de composés vinylaromatiques conviennent par exemple le styrène, l'ortho-, méta-, para-méthylstyrène, le mélange commercial "vinyle’toluène", le para- tertiobutylstyrène, les méthoxystyrènes, les chlorostyrènes, le vinylmésitylène, le divinylbenzène, le vinylnaphtalène. De préférence le monomère vinylaromatique du copolymère de butadiène et de monomère vinylaromatique est le styrène.

De manière préférée, la composition de caoutchouc selon l’invention comprend au moins 70 pce, de manière préférée au moins 90 pce d’au moins un copolymère de butadiène, de préférence un copolymère butadiène^_styrène.

Selon un mode de réalisation particulièrement préféré de l’invention, le copolymère de butadiène présente une température de transition vitreuse Tg inférieure à -20 °C, de préférence comprise entre -20 °C et -110 °C, plus préférablement comprise entre -60 °C et - 110 °C, plus préférablement comprise entre -60 °C et -90 °C. De tels élastomères sont connus de l’Homme du métier et décrits par exemple dans les documents WO2015/185394 et WO2017/168099.

La composition de caoutchouc du bandage selon l’invention peut également comprendre au moins un autre élastomère, de préférence au moins un autre élastomère diénique.

Par élastomère du type diénique, on rappelle que doit être entendu un élastomère qui est issu au moins en partie (i.e. un homopolymère ou un copolymère) de monomères diènes (monomères porteurs de deux doubles liaisons carbone-carbone, conjuguées ou non).

Ces élastomères diéniques peuvent être classés dans deux catégories ■ "essentiellement insaturés" ou "essentiellement saturés". On entend en général par "essentiellement insaturé", 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) ; c'est ainsi que des élastomères diéniques tels que les caoutchoucs butyle ou les copolymères de diènes et d'alpha-oléfines type EPDM n'entrent pas dans la définition précédente et peuvent être notamment qualifiés d' élastomères diéniques "essentiellement saturés" (taux de motifs d'origine diénique faible ou très faible, toujours inférieur à 15% (% en moles)). Les élastomères diéniques compris dans la composition de caoutchouc selon l’invention sont préférentiellement essentiellement insaturés.

On entend particulièrement par élastomère diénique susceptible d'être utilisé dans les compositions de caoutchouc conformes à l'invention ■ a) tout homopolymère d’un monomère diène, conjugué ou non, ayant de 4 à 18 atomes de carbone ; b) tout copolymère d'un diène, conjugué ou non, ayant de 4 à 18 atomes de carbone et d’au moins un autre monomère.

L’autre monomère peut être l’éthylène, une oléfine ou un diène, conjugué ou non.

À titre de diènes conjugués conviennent les diènes conjugués ayant de 4 à 12 atomes de carbone, en particulier les 1,3'diènes, tels que notamment le 1,3'butadiène et l’isoprène.

À titre d’oléfines conviennent les composés vinylaromatiques ayant de 8 à 20 atomes de carbone et les crmonooléfines aliphatiques ayant de 3 à 12 atomes de carbone.

À titre de composés vinylaromatiques conviennent par exemple le styrène, l'ortho-, mêla-, para-méthylstyrène, le mélange commercial "vinyle’toluène", le para’tertiobutylstyrène.

À titre d’ crmonooléfines aliphatiques conviennent notamment les crmonooléfines aliphatiques acycliques ayant de 3 à 18 atomes de carbone.

L’élastomère diénique est de préférence un élastomère diénique du type fortement insaturé, en particulier un élastomère diénique choisi dans le groupe constitué par le caoutchouc naturel (NR), les polyisoprènes de synthèse (IR), les polybutadiènes (BR), les copolymères de butadiène, les copolymères d'isoprène et les mélanges de ces élastomères. De tels copolymères sont plus préférentiellement choisis dans le groupe constitué par les copolymères de butadiène-styrène (SBR), les copolymères d’isoprène-butadiène (BIR), les copolymères d'isoprène-styrène (SIR), les copolymères d’isoprène-butadiène-styrène (SBIR), les copolymères d’éthylène-butadiène (EBR) et les mélanges de tels copolymères. Les élastomères diéniques ci-dessus peuvent être par exemple à blocs, statistiques, séquencés, microséquencés, et être préparés en dispersion ou en solution ; ils peuvent être couplés et/ou étoilés ou encore fonctionnalisés avec un agent de couplage et/ou d'étoilage ou de fonctionnalisation, par exemple époxydés.

Résine hydrocarbure

La bande de roulement du bandage pour véhicule selon l’invention comporte une composition de caoutchouc à base d’une résine hydrocarbure à base d’une coupe issue de la pyrolyse d’une charge comprenant des copeaux de caoutchouc, la température d’ébullition à pression atmosphérique de ladite coupe allant de 140 à 280°C.

Par résine hydrocarbure, on entend une résine qui n’est constituée que d’atomes de carbone et d’hydrogène.

Ladite résine hydrocarbure présente les caractéristiques suivantes ■

• une température de transition vitreuse (notée Tg) allant de 20°C à 140°C

• une masse molaire en nombre inférieure à 5000 g/mol, de préférence inférieure à 4000 g/mol et de manière préférée inférieure à 3000 g/mol

• une dispersité D inférieure à 3, de préférence inférieure à 2,5 et de manière préférée inférieure à 2 ;

• Un taux de protons aromatiques, déterminé par RMN 1H, compris entre 0.5%mol et 50%mol, de préférence compris entre 2% mol et 30%mol, de manière préférée compris entre 2% mol et 20%mol et de manière très préférée compris entre 5%mol et 15%mol

• Un taux de protons aliphatiques, déterminé par RMN 1H, compris entre 50%mol et 99.5%mol, de préférence compris entre 70%mol et 98%mol, de préférence compris entre 80%mol et 98%mol et de manière préférée compris entre 85%mol et 95%mol

• Un taux de protons éthyléniques, déterminé par RMN 1H, inférieur ou égal à 10%mol, de préférence inférieur ou égal à 5%mol, de préférence inférieur ou égal à 4%mol, la somme des taux de protons aromatiques, aliphatiques et éthyléniques étant égale à 100%. De manière préférée, le taux de protons éthyléniques, déterminé par RMN 1H, est supérieur ou égal à 0,5%mol, de préférence supérieur ou égal à l%mol.

Ladite résine hydrocarbure est à base d’une coupe issue de la pyrolyse d’une charge comprenant des copeaux de caoutchouc, la température d’ébullition à pression atmosphérique de ladite coupe allant de 140 à 280°C. Le mode d’obtention de la résine lui confère des propriétés en composition de caoutchouc différentes de résines similaires en terme de structure. Par copeau de caoutchouc, on entend un élément de petite taille obtenu par découpe d’articles de caoutchouc, préférentiellement d’articles de caoutchouc en fin de vie. Les articles de caoutchouc sont de préférence débarrassés de leurs éléments constitutifs non caoutchoutiques, tels que par exemple les fibres textiles ou les fils métalliques. Les copeaux de caoutchouc ont de préférence une plus grande longueur allant de 1 à 100 mm, de préférence allant de 1 à 50 mm et de manière préférée allant de 1 à 30 mm. Les copeaux peuvent avoir toute forme, mais on préférera des copeaux de taille et de forme relativement homogène afin de faciliter la conduite de l’étape de pyrolyse. Cette maitrise de la taille et de la forme est bien connue de l’Homme du métier.

De manière préférée, les copeaux de caoutchouc comprennent au moins 50 pce d’ élastomère diénique. Par élastomère (ou indistinctement caoutchouc) "diénique", qu’il soit naturel ou synthétique, doit être compris de manière connue un élastomère constitué au moins en partie (i.e., un homopolymère ou un copolymère) d’unités monomères diènes (monomères porteurs de deux doubles liaisons carbone-carbone, conjuguées ou non).

Préférentiellement, l'élastomère diénique est choisi dans le groupe constitué par les polybutadiènes (BR), le caoutchouc naturel (NR), les polyisoprènes de synthèse (IR), les copolymères de butadiène, les copolymères d'isoprène, et les mélanges de ces élastomères. Les copolymères de butadiène sont particulièrement choisis dans le groupe constitué par les copolymères de butadiène-styrène (SBR).

Une teneur élevée en élastomère diénique favorise la production de monomères d’intérêt en sortie de pyrolyse, en particulier de limonène.

De manière préférée, les copeaux de caoutchouc sont issus de bandes de roulement de bandages pneumatiques, en particulier issus de bandes de roulement de bandages pneumatiques poids lourds, ces dernières présentant des teneurs élevées en élastomères diéniques, préférentiellement isopréniques, typiquement de 60 à 100 pce d’élastomères isopréniques.

La résine hydrocarbure utilisée dans l’invention est susceptible d’être obtenue par le procédé décrit ci-après.

Étape a) de pyrolyse La charge comprenant des copeaux de caoutchouc alimente une étape de pyrolyse des copeaux de caoutchouc opérée à une température comprise entre 300 et 900°C avec une rampe de température croissante, permettant d’obtenir un effluent gazeux, une huile de pyrolyse et un effluent solide, ladite huile de pyrolyse comprenant au moins 1,5% poids de monomères oléfiniques en C Cia.

L’étape de pyrolyse est préférentiellement opérée à une température comprise entre 350 et 800°C, et de manière préférée entre 350 et 650°C, une pression inférieure à 1 bar et un rapport du temps de séjour du solide au temps de séjour du gaz allant de 10 à 240, préférentiellement de 10 à 120 et très préférentiellement de 10 à 60.

Un faible temps de séjour de la fraction gaz au regard du temps de séjour de la fraction solide permet d’améliorer le rendement en monomères d’intérêt. Le temps de séjour de la fraction gaz peut être diminué en alimentant l’étape de pyrolyse avec un gaz inerte. Cette alimentation préférentielle permet également d’améliorer la désorption des matières volatiles liées à la fraction solide.

Le temps de séjour de la fraction solide dans l’étape de pyrolyse va préférentiellement de 3 à 180 min, de préférence de 3 à 120 min. Le temps de séjour de la fraction gaz est inférieur à 3 min.

Ces conditions particulières permettent de maximiser la production de composés d’intérêt, en particulier de monomères tels que le limonène, ainsi que de fractions gazeuses valorisables comme combustibles et de fractions liquides lourdes utilisables pour la fabrication de noir de carbone.

En particulier, l’utilisation d’une rampe de température croissante permet d’optimiser le rendement et la sélectivité des réactions de pyrolyse vers les monomères d’intérêt. De manière préférée, l’étape de pyrolyse est opérée avec une rampe de température comprise entre 1 et 10°C/min.

L’étape de pyrolyse peut être mise en œuvre dans un réacteur de pyrolyse, et être opérée en continu, semi-continu ou en traitement par lot (« batch » selon la terminologie anglo-saxonne). De tels réacteurs sont bien connus de l’Homme du métier. Lorsque l’étape de pyrolyse est opérée en continu ou en semi-continu, elle peut être mise en œuvre dans plusieurs zones opérées à des températures croissantes de sorte que le flux traversant ces zones subisse une augmentation de température comprise entre 1 et 10°C/min.

L’effluent de pyrolyse est refroidi de manière à condenser les fractions volatiles. À l’issue de la condensation, trois effluents sont obtenus ■ un effluent gazeux comprenant les gaz incondensables (c’est-à-dire gazeux dans les conditions normales de température et de pression, à savoir 0°C et 1 atm), un effluent liquide désigné sous le terme « huile de pyrolyse » et un effluent solide.

L’huile de pyrolyse est principalement constituée d’un mélange d’hydrocarbures avec une large gamme de points d’ébullition. La majeure partie de ces composés fait partie de la famille des alcanes, des oléfines, des naphtènes (cycloalcanes) et des aromatiques. Certaines espèces contenant des hétéroatomes sont également présentes.

Les conditions opératoires de l’étape de pyrolyse du procédé selon l’invention permettent d’obtenir une huile de pyrolyse comprenant au moins 1,5% poids de monomères oléfiniques en C4’Ci2, de préférence au moins 2% poids de monomères oléfiniques en C Cia, de manière préférée au moins 4% poids.

Par monomères oléfiniques on entend des composés hydrocarbonés comprenant des liaisons carbone-carbone insaturées et aptes à polymériser dans des conditions adéquates. Parmi ces monomères oléfiniques, on peut citer le limonène, les terpènes, les oléfines aromatiques telles que styrène, alpha-méthylstyrène, indène, coumarone, les oléfines linéaires ou cycliques telles que le dicyclopentadiène.

L’huile de pyrolyse comprend de préférence au moins 70% poids d’élément carbone, de manière préférée au moins 74% poids et préférentiellement au moins 78% poids.

L’huile de pyrolyse comprend de préférence au plus 5% poids d’élément azote, de manière préférée au plus 3% poids et préférentiellement au plus 1,5% poids.

L’huile de pyrolyse comprend de préférence au plus 2% poids d’élément soufre, de manière préférée au plus 1,5% poids et préférentiellement au plus 1% poids.

Étape b) de séparation de l’huile de pyrolyse Le procédé d’obtention de la résine mise en œuvre dans l’invention comprend une étape de séparation de l’huile de pyrolyse en au moins un raffinât, une fraction intermédiaire et un extrait, la fraction intermédiaire présentant une température d’ébullition à pression atmosphérique comprise dans l’intervalle allant de 140 à 280°C et comprenant au plus 10% poids d’hétéroatomes.

La température d’ébullition à pression atmosphérique peut être déterminée de manière connue de l’Homme du métier, par exemple en suivant les prescriptions de la norme ASTM D86-23.

Par extrait, on entend une fraction plus légère, c’est-à-dire dont le point final d’ébullition (ou point de coupe selon la terminologie utilisée en distillation) est moins élevé, que la fraction intermédiaire. Par raffinât, on entend une fraction plus lourde, c’est-à-dire dont le point final d’ébullition est plus élevé, que la fraction intermédiaire.

L’étape de séparation permet d’éliminer de l’huile de pyrolyse les constituants pouvant être préjudiciables au bon fonctionnement de l’étape de synthèse de résines, en particulier au regard de l’activité du catalyseur.

De manière préférée, la fraction intermédiaire issue de l’étape b) est une coupe dont la température d’ébullition à pression atmosphérique est comprise dans l’intervalle allant de 150 à 280°C et de manière préférée de 150 à 260°C. Cette coupe concentre l’essentiel des monomères oléfiniques d’intérêt, tout en excluant la plupart des composés pouvant avoir un impact négatif sur l’étape de synthèse de résines.

Ladite fraction intermédiaire comprend au plus 10% poids d’hétéroatomes. En particulier, elle comprend du limonène et autres composés de la famille de terpènes, tels que crpinène, B- pinène, carène, myrcène, farnesène, autres terpènes oxydés ou non, des oléfines aromatiques telles que styrène, alpha-méthyl-styrène, indène, coumarone, des oléfines linéaires et cycliques telles que le dicyclopentadiène, mais également des composés inertes vis-à-vis de l’étape de synthèse de résines tels que des hydrocarbures aliphatiques et aromatiques.

De manière préférée, la fraction intermédiaire issue de l’étape b) comprend au plus 2% poids d’élément soufre, préférentiellement au plus 1,5% poids, et de manière préférée moins de 1% poids, très préférentiellement moins de 0,8% poids, ce dernier étant particulièrement préjudiciable à l’étape ultérieure de synthèse de résines. L’étape de séparation de l’huile de pyrolyse en au moins un raffinât, une fraction intermédiaire et un extrait peut être réalisée par tous moyen connu de l’Homme du métier permettant d’augmenter la concentration en monomères oléfiniques en C Cia et de limiter la teneur en hétéroatomes.

En particulier et de manière préférée, l’étape b) de séparation est réalisée par distillation, celle-ci pouvant être opérée de manière séquentielle (batch) ou continue, en une ou plusieurs étapes intermédiaires.

Ainsi, dans un arrangement préféré, l’étape b) de séparation est réalisée par distillation, la fraction intermédiaire étant obtenue par étêtage suivi d’un équeutage.

Par étêtage, on entend l’élimination d’une fraction légère, dont le point de coupe est inférieur à 140°C, de manière préférée inférieur à 150°C à pression atmosphérique. Par équeutage, on entend l’élimination d’une fraction lourde, dont le point de coupe est supérieur à 280°C, de manière préférée supérieur à 260°C.

Dans un autre arrangement préféré, l’étape b) de séparation est réalisée en une seule étape de distillation, la fraction intermédiaire étant obtenue par soutirage latéral de ladite étape de distillation. Un exemple particulièrement préféré de mise en œuvre de cet arrangement est une mise en œuvre dans une colonne dite « à paroi interne ».

Dans le cas préféré où l’étape b) de séparation est mise en œuvre par distillation, celle-ci est préférentiellement réalisée à une pression inférieure ou égale à la pression atmosphérique, de manière préférée inférieure ou égale à 0,5 bar, préférentiellement inférieure ou égale à 0,250 bar.

De manière préférée, la fraction intermédiaire issue de l’étape b) subit un traitement de purification avant d’alimenter l’étape c).

Ce traitement de purification permet, le cas échéant, en particulier d’abaisser la teneur en composés tels que le soufre ou les composés carbonylés avant que la fraction intermédiaire n’alimente une étape c) de synthèse de résines.

Préférentiellement, le traitement de purification est mis en œuvre par passage de la fraction intermédiaire sur un lit fixe de silice, d’alumine, de charbon actif, de résines échangeuses d’ions ou d’un mélange de ces constituants. Dans l’arrangement dans lequel le traitement de purification est mis en œuvre, la teneur en hétéroatomes dans la fraction intermédiaire à l’issue du traitement de purification est inférieure à 2% poids, préférentiellement inférieure à 1% poids, de préférence inférieure à 0,9% poids et de manière préférée inférieure à 0,8% poids.

Étape c) de synthèse de résines

Le procédé d’obtention de la résine mise en œuvre dans l’invention comprend une étape de synthèse de résines comprenant une section de polymérisation alimentée au moins par la fraction intermédiaire issue de l’étape b) et par un solvant choisi parmi les solvants aliphatiques, aromatiques, halogénés et leurs mélanges, opérée en présence d’un catalyseur acide, suivie d’une section de finition produisant un effluent polymérisé.

L’étape de synthèse de résines consiste principalement à oligomériser les monomères oléfiniques compris dans la fraction intermédiaire alimentant ladite étape de synthèse, et ainsi de préparer de nouveaux matériaux oligomériques de type résines, en contrôlant la macrostructure, notamment en limitant la teneur en composés de basse masse moléculaire, tels que les monomères, les dimères et les trimères, et les composés de haute masse moléculaire, c’est-à-dire dont la masse moléculaire est supérieure à 5000 g/mol, ainsi que la microstructure. Par dimère, on entend un composé comprenant deux monomères liés par une liaison covalente. Un dimère peut être un homodimère, c’est-à-dire la combinaison de deux monomères identiques, un hétérodimère, c’est-à-dire la combinaison de deux monomères différents, ou un mélange d’homodimère et d’hétérodimère. Par trimère, on entend un composé comprenant trois monomères liés par une liaison covalente. Un trimère peut être un homotrimère, c’est-à-dire la combinaison de trois monomères identiques, un hétérotrimère, c’est-à-dire la combinaison d’au moins deux monomères différents, ou un mélange d’homotrimère et d’hétérotrimère.

De manière préférée, la résine obtenue par le procédé décrit dans la présente comprend moins de 1% poids de composés dont la masse moléculaire est supérieure à 5000 g/mol. Préférentiellement, la résine obtenue comprend au plus 50% poids de composés dimères et trimères.

La section de polymérisation est opérée en l’absence de catalyseur, ou en présence d’un catalyseur acide, de type acide de Bronsted ou acide de Lewis, ledit catalyseur pouvant être homogène ou hétérogène. Préférentiellement, ladite section de polymérisation est opérée en présence d’un catalyseur acide, de type acide de Bronsted ou acide de Lewis. Ladite section de polymérisation peut également être opérée en présence de ligands, d’un co-catalyseur, et/ou d’un amorceur de polymérisation cationique, par exemple de type générateur de protons ou de carbocations.

De préférence, le catalyseur est un acide de Lewis comprenant des ligands de la famille des halogénures d’aluminium. De manière préférée, ces ligands sont choisis parmi les chlorures d’aluminium, par exemple le trichlorure d’aluminium, les chlorures d’ alkylaluminium, tels que le chlorure de diéthylaluminium et le dichlorure d’éthylaluminium, et les chlorures d’arylaluminium, tels que le chlorure de phenylaluminium. Préférentiellement, le catalyseur comprend également un co-ligand à caractère base de Lewis, permettant de moduler le caractère acide du ligand acide de Lewis, de type éther aliphatique (par exemple diéthyl éther, dibutyl éther), éther aromatique (diphényl éther), ou ester (acétate d’éthyle) ou encore alkyl amines (triéthylamine) ou arylamines (diphénylamine, triphény lamine). La section de polymérisation peut également être opérée avec des ligands contenant du phosphore, du soufre ou tout autre hétéroatome.

De manière préférée, le solvant choisi parmi les solvants aliphatiques, aromatiques, halogénés et leurs mélanges est choisi parmi les solvants aromatiques en C7-C10, les solvants aliphatiques en C6-C8 et les solvants chlorés en CLC2 et leurs mélanges, préférentiellement parmi le toluène, méthylcyclohexane et le dichlorométhane.

La section de polymérisation est opérée de préférence à une température allant de -60°C à +300°C, préférentiellement allant de -60°C à + 120°C, très préférentiellement allant de -50°C à + 100°C et de manière préférée allant de -40°C à +90°C et de manière très préférée allant de +20 à +90°C.

Le temps de séjour moyen dans la section de polymérisation est préférentiellement compris entre 0,25 h et 7 h, de manière préférée compris entre 0,5 h et 4 h. Lorsque la section de polymérisation est opérée en continu, le temps de séjour moyen dans ladite section est le rapport du volume réactionnel de ladite section sur le débit volumique des alimentations de la section.

La quantité de catalyseur, incluant les ligands et co-ligands éventuels, est préférentiellement comprise dans un intervalle allant de 0,05% à 5% poids par rapport au poids de monomères oléfiniques en entrée de section de polymérisation, et de manière préférée va de 0, 1% à 2% poids par rapport au poids de monomères oléfiniques en entrée de section de polymérisation. Le flux issu de la section de polymérisation est ensuite traité dans une section de finition produisant un effluent polymérisé.

Cette section de finition permet de stopper la réaction de polymérisation par l’addition d’un composé qui désactive le catalyseur et stoppe les chaînes encore en croissance. La section de finition est préférentiellement mise en œuvre par mise en contact avec un flux comprenant un composé stoppeur choisi parmi l’eau, un alcool en CLC3 et leurs mélanges, préférentiellement choisi parmi l’eau, le méthanol, l’éthanol et leurs mélanges, très préférentiellement l’eau à une température comprise entre 5 et 80°C, préférentiellement à une température comprise entre 15 et 30°C (par exemple à température ambiante), suivie de la séparation par décantation de phase d’un effluent polymérisé et d’un effluent comprenant majoritairement le composé stoppeur.

Le rapport molaire composé stoppeur sur catalyseur de polymérisation dans la section de finition est au moins égal à 1,1, de préférence au moins égal à 2.

Lorsque le composé stoppeur est l’eau, le rapport volumique milieu réactionnel sur eau dans la section de finition est préférentiellement compris entre 20 ^:1 et 10 ^:1, de préférence compris entre 10 ^:1 et 5 ^:1 et de manière préférée compris entre 5 ^:1 et 1 ^:L

Le flux issu de la section de polymérisation et le flux comprenant le composé stoppeur sont mis en contact sous agitation pendant une durée allant préférentiellement de 5 min à 2 h, de manière préférée allant de 15 min à 45 min, afin de favoriser la mise en contact du composé stoppeur avec le milieu réactionnel.

À l’issue de cette phase d’agitation, une phase de décantation est réalisée afin de séparer d’une part une phase organique constituant l’effluent polymérisé contenant principalement les résines, le solvant, les monomères non convertis, des dimères, trimères et oligomères de bas poids moléculaires et une phase contenant principalement le composé stoppeur, les résidus catalytiques et des résidus organiques solubles dans le composé stoppeur.

La phase de décantation est préférentiellement réalisée pendant une durée allant de 5 min à 4 h, de manière préférée allant de 15 min à 2 h.

La phase contenant principalement le composé stoppeur peut ensuite être traitée afin de recycler le composé stoppeur dans la section de finition. L’effluent polymérisé, alimente ensuite l’étape de traitement.

Étape d) de traitement de l’effluent polymérisé

Le procédé d’obtention de la résine mise en œuvre dans l’invention comprend une étape de traitement de l’effluent polymérisé issu de l’étape c) comprenant une section de séparation d’un effluent riche en solvant et d’un effluent riche en résines, et une section de séchage alimentée par l’effluent riche en résines afin de produire les résines.

La mise en œuvre de l’étape de traitement de l’effluent polymérisé dans le procédé d’obtention de la résine mise en œuvre dans l’invention permet d’ajuster les caractéristiques des résines, notamment en éliminant les oligomères de faible masse moléculaire (dimères, trimères, tétramères par exemple) et en réduisant la dispersité, afin de contrôler les propriétés des résines obtenues.

La section de séparation d’un effluent riche en solvant et d’un effluent riche en résines permet d’une part de récupérer une majorité du solvant et des monomères non convertis en vue d’une utilisation ultérieure, préférentiellement en vue de leur recyclage dans l’étape de synthèse de résines, et d’autre part de concentrer les résines dans l’effluent riche en résines.

La section de séparation peut être réalisée par toute méthode connue de l’Homme du métier, en particulier et préférentiellement par évaporation, distillation, coagulation des résines, extraction liquidediquide ou une association de ces méthodes.

Dans un arrangement préféré, la section de séparation est réalisée par distillation dans au moins une colonne à distiller de manière à produire en tête un effluent riche en solvant et en fond un effluent riche en résines. Cette section permet d’éliminer les monomères et oligomères résiduels en tête ainsi que la majorité du solvant utilisé dans l’étape de synthèse de résines et ainsi d’ajuster la macrostructure des résines ainsi que ses propriétés, par exemple la température de transition vitreuse notée Tg, notamment par réduction de la dispersité en éliminant les composés de basses masses moléculaires. L’effluent riche en résines comprend la majorité des résines alimentant la section de séparation. Le taux de récupération de résines, correspondant au rapport du débit de résines dans l’effluent riche en résines sur le débit de résines dans l’alimentation de la section de séparation, est préférentiellement supérieur à 80%, de manière préférée supérieur à 90%. Ce taux de récupération peut être ajusté en augmentant le nombre d’étages de séparation de la section de séparation, ou bien en ajustant les paramètres opératoires de ladite section, par exemple le taux de reflux. Dans un autre arrangement préféré, la section de séparation est réalisée par coagulation des résines. Dans cet arrangement, l’effluent polymérisé issu de l’étape c) est mis en contact avec un solvant de coagulation dans lequel les résines ne sont pas solubles afin de faire précipiter celles-ci. Le solvant de coagulation solubilise les monomères résiduels, le solvant utilisé dans l’étape de synthèse de résines et les oligomères de bas poids moléculaire.

Le solvant de coagulation est préférentiellement choisi parmi les solvants polaires protiques ou aprotiques de faible température d’ébullition tels que les alcools, par exemple le méthanol, l’éthanol et l’isopropanol, l’acétone, les éthers, par exemple le tétrahydrofurane (noté THF) et le dioxane.

La section de séparation par coagulation est préférentiellement opérée avec un ratio volumique solvant de coagulation / milieu à coaguler allant de L1 à 10^:l, de préférence allant de 2'1 à 5:1. La section de séparation par coagulation est préférentiellement opérée à une température allant de 5°C à 40°C.

Le flux comprenant le solvant de coagulation, constituant l’effluent riche en solvant peut ensuite être recyclé, par exemple vers l’étape de synthèse de résines, en subissant au préalable, si nécessaire, une étape de traitement de purification.

Dans un autre arrangement préféré, la section de séparation est réalisée par extraction liquide-liquide. Dans cet arrangement, l’effluent polymérisé issu de l’étape c) est lavé avec un flux comprenant majoritairement de l’eau. Cette extraction peut être réalisée en une ou plusieurs étapes, préférentiellement en une à trois étapes.

L’extraction liquide-liquide peut également être mise en œuvre en amont d’une séparation par distillation ou par coagulation des résines telles que décrites précédemment.

Dans un autre arrangement préféré, la section de séparation est réalisée par évaporation, par exemple par évaporation dans un évaporateur à film raclé.

La viscosité de l’effluent riche en résines dépend de la teneur en résines dans cet effluent et de sa température. Ces teneurs et températures sont donc ajustées de telle sorte que cet effluent puisse être transporté jusqu’à la section de séchage. On peut chercher à maintenir une température élevée pour avoir une teneur élevée en résines tout en conservant une viscosité de l’effluent permettant son transport, en veillant à rester en deçà des températures auxquelles les résines se dégradent thermiquement. L’effluent riche en résines alimente ensuite une section de séchage dans laquelle il est filtré puis séché. À l’issue de l’étape de séchage, les résines hydrocarbures séchées présentent une teneur résiduelle en solvant (regroupant le ou les solvants utilisés dans l’étape de synthèse ainsi que le ou les solvants éventuellement utilisés dans la section de séparation) inférieure à 3% poids, préférentiellement inférieure à 1,5% poids et de manière préférée inférieure à 0,8% poids par rapport à la masse de résines. Les résines hydrocarbures séchées présentent une teneur résiduelle en monomères libres inférieure à 5% poids, préférentiellement inférieure à 2% poids et de manière préférée inférieure à 1% poids par rapport à la masse de résines.

Les résines hydrocarbures séchées présentent une température de transition vitreuse (notée Tg) allant de 20°C à 140°C, de préférence de 30 à 60°C. Elles présentent une masse moléculaire moyenne en nombre (notée Mn) inférieure ou égale à 5000 g/mol, de préférence inférieure ou égale à 3000 g/mol, de préférence inférieure à 1500 g/mol. Elles présentent une masse moléculaire moyenne de centrifugation (notée Mz) inférieure ou égale à 10000 g/mol, de préférence inférieure ou égale à 8000 g/mol, de préférence inférieure à 6000 g/mol.

La température de transition vitreuse Tg est mesurée de manière connue par calorimétrie différentielle, ou DSC (Differential Scanning Calorimetry), par exemple et sauf indications différentes spécifiées, selon la norme ISO 11357’2 de 2014.

L’indice de dispersité (noté Ip) des résines séchées est inférieur à 3, de préférence inférieur à 2,5, de préférence inférieur à 2.

La macrostructure (masse molaire moyenne en masse, en nombre, de centrifugation et indice de polydispersité, respectivement notés Mw, Mn, Mz et Ip) est déterminée par chromatographie d'exclusion stérique (SEC) comme indiqué ci-après. La Mz traduit l’équilibre thermodynamique entre la sédimentation et la diffusion et dépend de sa taille. Cette moyenne d’ordre supérieur est utilisée comme indication de la part des hautes masses molaires présentes dans l’échantillon.

Pour rappel, l'analyse SEC, par exemple, consiste à séparer les macromolécules en solution suivant leur taille à travers des colonnes remplies d'un gel poreux ; les molécules sont séparées selon leur volume hydrodynamique, les plus volumineuses étant éluées en premier.

L'échantillon à analyser est simplement préalablement solubilisé dans un solvant approprié, le tétrahydrofurane à une concentration de 1 g/litre. Puis la solution est filtrée sur un filtre de porosité 0,45 pm, avant injection dans l'appareillage à un débit de 1 ml/min et une température de 35°C. L'appareillage utilisé est par exemple une chaîne chromatographique "Waters alliance".

Un étalonnage de Moore est conduit avec une série d'étalons commerciaux de polystyrène à faible Ip (inférieur à 1,2), de masses molaires connues, couvrant le domaine de masses à analyser. On déduit des données enregistrées (courbe de distribution massique des masses molaires) Mw, Mn, ainsi que Ip = Mw/Mn.

Toutes les valeurs de masses molaires indiquées dans la présente demande sont donc relatives à des courbes d'étalonnages réalisées avec des étalons de polystyrène.

Charge renforçante

La composition de caoutchouc selon l’invention comprend de manière préférée une charge renforçante. On peut utiliser tout type de charge renforçante connue pour ses capacités à renforcer une composition élastomérique utilisable pour la fabrication de bandages pneumatiques, par exemple une charge organique telle que du noir de carbone, une charge inorganique renforçante telle que de la silice, ou encore un coupage de ces deux types de charge, notamment un coupage de noir de carbone et de silice.

Comme noirs de carbone conviennent tous les noirs de carbone, notamment les noirs du type HAF, ISAF, SAF conventionnellement utilisés dans les pneumatiques (noirs dits de grade pneumatique). Parmi ces derniers, on citera plus particulièrement les noirs de carbone renforçant des séries 100, 200 ou 300 (grades ASTM), comme par exemple les noirs NI 15, N134, N234, N326, N330, N339, N347, N375, ou encore, selon les applications visées, les noirs de séries plus élevées (par exemple N660, N683, N772). Les noirs de carbone pourraient être par exemple déjà incorporés à un élastomère isoprénique sous la forme d'un masterbatch (voir par exemple demandes WO 97/36724 ou WO 99/16600). La surface spécifique BET des noirs de carbone est mesurée selon la norme D6556-10 [méthode multipoints (au minimum 5 points) — gaz : azote - domaine de pression relative P/PO : 0,1 à 0,3].

Par "charge inorganique renforçante", doit être entendu dans la présente demande, par définition, toute charge inorganique ou minérale (quelle que soit sa couleur et son origine naturelle ou de synthèse), encore appelée charge "blanche", charge "claire" voire "charge non noire" ("non-black filler") 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 bandages pneumatiques, en d’autres termes apte à remplacer, dans sa fonction de renforcement, un noir de carbone conventionnel de grade pneumatique une telle charge se caractérise généralement, de manière connue, par la présence de groupes hydroxyle (-OH) à sa surface.

Comme charges inorganiques renforçantes conviennent notamment des charges minérales du type siliceux, en particulier de la silice (SiOa), ou du type alumineux, en particulier de l'alumine (AI2O3). La silice utilisée peut être toute silice renforçante connue de l'homme du métier, notamment toute silice précipitée ou pyrogénée présentant une surface BET ainsi qu'une surface spécifique CTAB toutes deux inférieures à 450 m²/g, de préférence de 30 à 400 m²/g. À titre de silices précipitées hautement dispersibles (dites "HDS"), on citera par exemple les silices « Ultrasil 7000 » et « Ultrasil 7005 » de la société Degussa, les silices « Zeosil 1165MP », « 1135MP » et « 1115MP » de la société Rhodia, la silice « Hi-Sil EZ150G » de la société PPG, les silices « Zeopol 8715 », « 8745 » et « 8755 » de la Société Huber, les silices à haute surface spécifique telles que décrites dans la demande WO 03/16837.

L'état physique sous lequel se présente la charge inorganique renforçante est indifférent, que ce soit sous forme de poudre, de microperles, de granulés, de billes ou toute autre forme densifiée appropriée. Bien entendu on entend également par charge inorganique renforçante des mélanges de différentes charges inorganiques renforçantes, en particulier de charges siliceuses et/ou alumineuses hautement dispersibles.

La charge inorganique renforçante utilisée, en particulier s'il s'agit de silice, a de préférence une surface BET comprise entre 45 et 400 m²/g, plus préférentiellement comprise entre 60 et 300 m²/g.

De manière préférentielle, la composition de caoutchouc selon l’invention comprend de 1 à 100 pce, plus préférentiellement de 1 à 80 pce et de manière préférée de 1 à 60 pce de noir de carbone, l'optimum étant de manière connue différent selon les applications particulières visées ■ le niveau de renforcement attendu sur un bandage pneumatique vélo, par exemple, est bien sûr inférieur à celui exigé sur un bandage pneumatique apte à rouler à grande vitesse de manière soutenue, par exemple un pneu moto, un pneu pour véhicule de tourisme ou pour véhicule utilitaire tel que Poids lourd. Dans un arrangement préféré, la charge renforçante comprend majoritairement du noir de carbone, et de préférence est constituée de noir de carbone.

De manière préférentielle, la composition de caoutchouc selon l’invention comprend de 10 à 150 pce, de préférence de 50 à 130 pce de silice. Dans un arrangement préféré, la charge renforçante comprend majoritairement de la silice et de préférence est constituée de silice. Pour coupler la charge inorganique renforçante à l'élastomère, on peut de manière optionnelle utiliser de manière connue un agent de couplage (ou agent de liaison) au moins bifonctionnel destiné à assurer une connexion suffisante, de nature chimique et/ou physique, entre la charge inorganique (surface de ses particules) et l'élastomère, en particulier des organosilanes, ou des polyorganosiloxanes bifonctionnels .

On peut utiliser notamment des silanes polysulfurés, dits "symétriques" ou "asymétriques' selon leur structure particulière, tels que décrits par exemple dans les demandes W003/002648 (ou US 2005/016651) et W003/002649 (ou US 2005/016650).

A titre d'exemples de silanes polysulfurés, on citera plus particulièrement les polysulfures (notamment disulfures, trisulfures ou tétrasulfures) de bis-(alkoxyl(Cl-C4)-alkyl(Cl^_C4)silyl- alkyl(Cl^_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^_ triéthoxysilylpropyl), en abrégé TESPT, de formule [(C2H5O)3Si(CH2)3S2]2 ou le disulfure de bis-(triéthoxysilylpropyle), en abrégé TESPD, de formule [(C2H5O)3Si(CH2)3S]2. On citera également à titre d'exemples préférentiels les polysulfures (notamment disulfures, trisulfures ou tétrasulfures) de bis-(monoalkoxyl(Cl-C4)-dialkyl(Cl^_C4)silylpropyl), plus particulièrement le tétrasulfure de bis-monoéthoxydiméthylsilylpropyl tel que décrit dans la demande de brevet US 2004/132880.

A titre d'agent de couplage autre qu'alkoxysilane polysulfuré, on citera notamment des POS (polyorganosiloxanes) bifonctionnels ou encore des polysulfures d'hydroxysilane tels que décrits dans les demandes de brevet WO 02/30939 et WO 02/31041, ou encore des silanes ou POS porteurs de groupements fonctionnels azo’dicarbonyle, tels que décrits par exemple dans les demandes de brevet WO 2006/125532, WO 2006/125533, WO 2006/125534.

Dans les compositions de caoutchouc conformes à l'invention, la teneur en agent de couplage est préférentiellement dans un domaine allant de 5 à 18% en poids par rapport à la quantité de silice, préférentiellement dans un domaine allant de 8 à 12% en poids par rapport à la quantité de silice.

L'homme du métier comprendra qu'à titre de charge équivalente de la charge inorganique renforçante décrite dans le présent paragraphe, pourrait être utilisée une charge renforçante d'une autre nature, notamment organique, dès lors que cette charge renforçante serait recouverte d'une couche inorganique telle que silice, ou bien comporterait à sa surface des sites fonctionnels, notamment hydroxyles, permettant d’établir la liaison entre la charge et l'élastomère en présence ou non d’un agent de recouvrement ou de couplage.

Système de réticulation

La composition de caoutchouc selon l’invention comprend un système de réticulation à base de soufre comprenant un oxyde métallique, un dérivé de l’acide stéarique et un accélérateur de vulcanisation. On parle alors d’un système de vulcanisation. Le soufre peut être apporté sous toute forme, notamment sous forme de soufre moléculaire, ou d'un agent donneur de soufre.

Le soufre est utilisé à un taux allant de 1 à 20 pce, préférentiellement allant de 1 à 10 pce.

L'accélérateur de vulcanisation est utilisé à un taux préférentiel tel que le ratio massique soufre/accélérateur de vulcanisation est inférieur ou égal à 4.

On peut utiliser comme accélérateur tout composé susceptible d'agir comme accélérateur de vulcanisation des élastomères diéniques en présence de soufre, notamment des accélérateurs du type thiazoles ainsi que leurs dérivés, des accélérateurs de types sulfénamides, thiurames, dithiocarbamates, dithiophosphates, thiourées et xanthates. A titre d'exemples de tels accélérateurs, on peut citer notamment les composés suivants ■ disulfure de 2- mercaptobenzothiazyle (en abrégé "MBTS"), N-cyclohexyl-2-benzothiazyle sulfénamide ("CBS"), N,N-dicyclohexyl-2-benzothiazyle sulfénamide ("DCBS"), N-ter-butyl-2-benzothiazyle sulfénamide ("TBBS"), N-ter-butyl-2-benzothiazyle sulfénimide ("TBSI"), disulfure de tetrabenzylthiurame ("TBZTD"), dibenzyldithiocarbamate de zinc ("ZBEC") et les mélanges de ces composés.

Le ratio massique oxyde métallique sur dérivé de l’acide stéarique dans le système de réticulation est inférieur à 4, et de préférence inférieur à 3. L’oxyde métallique est préférentiellement l’oxyde de zinc.

Le système de réticulation peut également éventuellement comprendre un retardateur de vulcanisation.

Les compositions de caoutchouc peuvent de manière préférée comprendre des additifs couramment utilisés dans des compositions élastomériques particulièrement destinées à la fabrication de bandages pour véhicules, tels que, par exemple, des pigments, des agents protecteurs, tels que des cires antiozone, des antiozonants ou antioxydants chimiques, des agents plastifiants autres que ceux décrits ci-dessus, des agents antifatigue, des résines de renforcement, ou des accepteurs (par exemple, une résine phénolique novolaque) ou des donneurs (par exemple HMT ou H3M) de méthylène.

Les compositions de caoutchouc peuvent comprendre en outre un système plastifiant. Ce système plastifiant peut être composé d’une résine à base d’hydrocarbure ayant un Tg supérieur à 20 °C, en plus de la résine hydrocarbure spécifique décrite ci-dessus, et/ou une huile plastifiante.

Préparation des compositions de caoutchouc

La composition de caoutchouc conforme à l’invention est fabriquée dans des mélangeurs appropriés, en utilisant des phases de préparation bien connues de l'homme du métier ■ une phase de travail ou malaxage thermomécanique, qui peut être conduite en une seule étape thermomécanique au cours de laquelle on introduit, dans un mélangeur approprié tel qu'un mélangeur interne usuel (par exemple de type 'Banbury'), tous les constituants nécessaires, notamment la matrice élastomérique, la résine hydrocarbure, les charges, les éventuels autres additifs divers. L’incorporation de la charge à l’élastomère peut être réalisée en une ou plusieurs fois en malaxant thermomécaniquement. Dans le cas où la charge, en particulier le noir de carbone ou la silice, est déjà incorporée en totalité ou en partie à l’élastomère sous la forme d’un mélange-maître (« masterbatch » en anglais) comme cela est décrit par exemple dans les demandes WO 97/36724 ou WO 99/16600, c’est le mélange-maître qui est directement malaxé et le cas échéant on incorpore les autres élastomères ou charges présents dans la composition qui ne sont pas sous la forme de mélange-maître, ainsi que les éventuels autres additifs divers.

Le malaxage thermomécanique est réalisé à haute température, jusqu'à une température maximale comprise entre 110°C et 200°C, de préférence entre 130°C et 185°C, pendant une durée généralement comprise entre 2 et 10 minutes. une seconde phase de travail mécanique est ensuite réalisée dans un mélangeur externe tel qu'un mélangeur à cylindres, après refroidissement du mélange obtenu au cours de la première phase jusqu'à une plus basse température, typiquement inférieure à 120°C, par exemple entre 40°C et 100°C.

Le système de réticulation éventuel sera ajouté lors de la seconde phase. Par exemple, un système de réticulation à base de polyacides ou de polydiénophiles sera typiquement ajouté lors de la première phase. Un système de réticulation à base de péroxydes ou de soufre sera typiquement ajouté lors de la seconde phase. La composition finale ainsi obtenue peut être ensuite calandrée, par exemple sous la forme d'une feuille ou d'une plaque, notamment pour une caractérisation au laboratoire, ou encore extrudée sous la forme d'un semi-fini (ou profilé) de caoutchouc.

La composition peut être soit à l’état cru (avant réticulation ou vulcanisation), soit à l’état cuit (après réticulation ou vulcanisation), peut être un produit semi-fini qui peut être utilisé dans un pneumatique.

La cuisson peut être conduite, de manière connue de l’Homme du métier, à une température généralement comprise entre 130°C et 200°C, 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 réticulation adopté, de la cinétique de réticulation de la composition considérée ou encore de la taille du pneumatique.

Méthodes de mesures

Température de transition vitreuse

La température de transition vitreuse Tg est mesurée de manière connue par calorimétrie différentielle, ou DSC (Differential Scanning Calorimetry), par exemple et sauf indications différentes spécifiées, selon la norme ISO 11357-2 de 2014.

Macrostructure (Mw, Mn, Mz et D)

La macrostructure (masse molaire moyenne en masse, en nombre, de centrifugation et indice de polydispersité, respectivement notés Mw, Mn, Mz et D) est déterminée par chromatographie d'exclusion stérique (SEC) comme indiqué ci-après. La Mz traduit l’équilibre thermodynamique entre la sédimentation et la diffusion et dépend de sa taille. Cette moyenne d’ordre supérieur est utilisée comme indication de la part des hautes masses molaires présentes dans l’échantillon.

Pour rappel, l'analyse SEC, par exemple, consiste à séparer les macromolécules en solution suivant leur taille à travers des colonnes remplies d'un gel poreux ; les molécules sont séparées selon leur volume hydrodynamique, les plus volumineuses étant éluées en premier.

L'échantillon à analyser est simplement préalablement solubilisé dans un solvant approprié, le tétrahydrofurane à une concentration de 1 g/litre. Puis la solution est filtrée sur un filtre de porosité 0,45 pm, avant injection dans l'appareillage à un débit de 1 ml/min et une température de 35°C. L'appareillage utilisé est par exemple une chaîne chromatographique "Waters alliance". Un étalonnage de Moore est conduit avec une série d'étalons commerciaux de polystyrène à faible D (inférieur à 1,2), de masses molaires connues, couvrant le domaine de masses à analyser. On déduit des données enregistrées (courbe de distribution massique des masses molaires) Mw, Mn, ainsi que D = Mw/Mn.

Toutes les valeurs de masses molaires indiquées dans la présente demande sont donc relatives à des courbes d'étalonnages réalisées avec des étalons de polystyrène.

La répartition molaire des protons aliphatiques, éthyléniques et aromatiques est mesurée au moyen d’un spectromètre, ici un spectromètre Brucker AVANCE III 400 Mhz et est exprimée en rapports d’aires de pics brutes. Le solvant utilisé est un solvant CDC13 (chloroforme deutéré) à 25°C et 120 balayages.

Les données RMN de la résine hydrocarbure sont mesurées par dissolution de 20 ± 1 mg d’échantillon dans 0,7 ml de solvants. Les échantillons sont dissous dans un tube de RMN de 5 mm à 25 °C jusqu’à ce que l’échantillon soit dissous. Le CDC13 se présente sous la forme d’un pic à 7,20 ppm et est utilisé en tant que pic de référence pour les échantillons. Les signaux RMN 1H des protons aromatiques sont situés entre 8,5 ppm et 6,2 ppm. Les protons éthyléniques conduisent à des signaux compris entre 6,2 ppm et 4,5 ppm. Enfin, les signaux correspondant à des protons aliphatiques sont situés entre 4,5 ppm et 0 ppm. Les signaux correspondant au solvant, à l’eau et autres impuretés éventuelles sont retranchés lors de l’intégration des signaux de la résine.

Les aires de chaque catégorie de protons sont rapportées à la somme de ces aires pour ainsi donner une répartition en % d’aire de chaque catégorie de protons.

Propriétés dynamiques

Les propriétés dynamiques G* et tan(5) sont mesurées sur un viscoanalyseur (Metravib VA4000), selon la norme ASTM D 5992-96. On enregistre la réponse d’un échantillon de composition réticulée (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 définies de température par exemple à 0°C, 23°C et 100°C selon la norme ASTM D 1349-99. 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(5). Pour le cycle retour, on indique la valeur maximale de tan(5) observée et la valeur de G*. La valeur de tan(5) mesurée à 100°C est indicateur d’adhérence sur sol sec. Une valeur élevée dénote une adhérence améliorée. La valeur de tan(5) mesurée à 23°C est indicateur de résistance au roulement. Une valeur faible dénote une plus faible résistance au roulement.

Exemples

Synthèse de résines hydrocarbures

Une étape de pyrolyse de copeaux de caoutchouc est alimentée par des copeaux présentant un diamètre moyen de 1 mm environ et une densité de 504 kg/m³, issus du broyage de pneumatiques de poids lourds toutes dimensions et multrmarques. Ces copeaux présentent une teneur en élastomères isopréniques de 65% poids.

L’étape de pyrolyse est opérée sous atmosphère inerte d’azote, à une température comprise entre 500°C et 750°C, avec un temps de séjour de la phase solide de 15 min. L’étape de pyrolyse est également alimentée par un flux continu d’azote.

On sépare en sortie de réacteur un effluent gazeux, une huile de pyrolyse et un effluent solide. L’huile de pyrolyse comprend environ 2,7% en poids de limonène, 1,0% en poids de soufre et 0,6% en poids d’azote. L’oxygène éventuellement présent est en dessous des limites de détection.

L’huile de pyrolyse alimente une étape de séparation comprenant deux colonnes à distiller. La première distillation est opérée à pression atmosphérique et sans reflux avec une température au rebouilleur de 290°C. L’extrait, soutiré en tête de colonne, alimente une seconde distillation opérée à pression atmosphérique avec une température au rebouilleur de 155°C et un taux de reflux, défini comme le ratio du débit massique de reflux renvoyé en tête de deuxième colonne sur le débit massique d’extrait soutiré en tête de cette colonne, de 2,7. On soutire un raffinât comprenant les monomères d’intérêt, et notamment le limonène, le styrène et l’indène.

Ce raffinât est passé sur un lit de billes d’alumine afin d’en retirer les impuretés polaires, et en particulier le benzothiazole.

La teneur en monomères oléfiniques dans le raffinât traité est d’environ 9,4% en poids, dont 5,6% en poids de limonène, 1,5% en poids de styrène et 0,7% en poids d’indène.

On réalise une première synthèse de résine hydrocarbure de la manière suivante ^: 5 kg de raffinât traité sont introduits dans un réacteur de 101 et chauffé à 70°C sous atmosphère d’azote. Du chlorure d’aluminium (4mol% par rapport à la teneur en monomères limonène, styrène et indène) est introduit dans le réacteur sous atmosphère inerte. Le réacteur est conservé sous atmosphère inerte tout au long de la réaction.

Le milieu est agité et opéré à une température de 70°C pendant lh30. La réaction est ensuite stoppée par ajout d’eau.

Le milieu réactionnel est ensuite transféré dans un réacteur de 35 1 contenant 10 kg d’eau à température ambiante sous vive agitation pendant 15 min. On laisse le milieu décanter puis l’on récupère la phase organique.

Celle-ci est ensuite séchée en étuve à 200°C pendant 91 h sous une pression de 100 mbar. Une résine est récupérée sous forme d’un solide translucide orangé. Cette résine constitue la résine « la ».

On réalise une seconde synthèse de résine hydrocarbure, à partir du même raffinât traité, de la manière suivante ■

5 kg de raffinât traité sont introduits dans un réacteur de 101 et chauffé à 70°C sous atmosphère d’azote. Du chlorure d’aluminium (4mol% par rapport à la teneur en monomères limonène, styrène et indène) est introduit dans le réacteur sous atmosphère inerte. Le réacteur est conservé sous atmosphère inerte tout au long de la réaction.

Le milieu est agité et opéré à une température de 70°C pendant lh30. La réaction est ensuite stoppée par ajout d’eau.

Le milieu réactionnel est ensuite transféré dans un réacteur de 35 1 contenant 10 kg d’une solution aqueuse d’acide chloridrique à 0,5 N, à température ambiante sous vive agitation pendant 15 min. On laisse le milieu décanter puis l’on récupère la phase organique.

Celle-ci est ensuite séchée en étuve à 200°C pendant 91 h sous une pression de 100 mbar. Une résine est récupérée sous forme d’un solide translucide orangé. Cette résine constitue la résine « 1b ».

Les résines obtenues présentent les caractéristiques présentées ci-dessous : [Tableau 1]

On présente dans le tableau 2 une résine hydrocarbure commerciale. La résine Tl est une résine biosourcée issue de la polymérisation de limonène, dont la référence commerciale est « Dercolyte L120 » de la société DRT.

[Tableau 2]

Compositions de caoutchouc Des compositions de caoutchouc sont fabriquées avec introduction de l’ensemble des constituants sur un mélangeur interne, à l’exception du système de vulcanisation. Les agents de vulcanisation (soufre et accélérateur) sont introduits sur un mélangeur externe à basse température (les rouleaux constitutifs du mélangeur étant à 30 °C). Les compositions sont cuites sous presse à 150°C pendant 40 minutes.

On montre dans le tableau 3 différentes compositions de caoutchouc mettant en œuvre les résines présentées dans les tableaux 1 et 2 ainsi que certaines de leurs propriétés.

[Tableau 3]

Références du tableau 3

(la) SBR de Tg = -88 °C comme décrit dans les exemples de WO2017/168099

(lb) SBR de Tg = -48°C comme décrit dans les exemples de WO2015/185394

(2) Noir de carbone, grade ASTM N234

(3) Silice, « Zeosil 1165 MP » de Solvay, type HDS

(4) N-(l,3-Diméthylbutyl)-N’-phényl-p-phénylènediamine (« Santoflex 6^_PPD ») de Flexsys et 2,2,4-triméthyl- 1,2-dihydroquinoléine (TMQ)

(5) Agent de couplage ■ « Si69 » d’Evonik — Degussa

(6) Diphénylguanidine, « Perkacit DPG » de Flexsys

(7) Stéarine, « Pristerene 4931 » d’Uniqema

(8) Oxyde de zinc, grade industriel — Umicore

(9) N-Cyclohexyl-2-benzothiazolesulfénamide (« Santocure CBS » de Flexsys)

Les résultats sont exprimés en base 100, la valeur de 100 étant attribuée, pour chaque typologie de composition, au témoin (CTI et CT2). Une valeur supérieure à 100 indique que la valeur de la propriété correspondante est supérieure à celle du témoin. Une valeur inférieure à 100 indique que la valeur de la propriété correspondante est inférieure à celle du témoin.

Par rapport aux compositions à base d’une résine polylimonène biosourcée, il est observé que les compositions conformes à l’invention présentent des performances améliorées en termes d’adhérence sur sol sec et de rigidité G*, pour une résistance au roulement similaire. Ces décalages de performances sont particulièrement intéressants pour une bande de roulement d’un bandage pour véhicule.

Claims

REVENDICATIONS

[Revendication 1] Bandage pour véhicule dont la bande de roulement comporte une composition de caoutchouc à base d’au moins une matrice élastomérique comprenant au moins 50 pce d’un copolymère de butadiene, une charge renforçante, un système de réticulation et une résine hydrocarbure à base d’une coupe issue de la pyrolyse d’une charge comprenant des copeaux de caoutchouc, la température d’ébullition à pression atmosphérique de ladite coupe étant comprise dans l’intervalle allant de 140 à 280°C.

[Revendication 2] Bandage selon la revendication précédente dans lequel la charge renforçante comprend de 10 à 150 pce, de préférence de 50 à 130 pce de silice.

[Revendication 3] Bandage selon l’une quelconque des revendications précédentes dans laquelle le copolymère de butadiène présente une température de transition vitreuse Tg inférieure à -20°C, de préférence comprise entre - 20°C et -110°C.

[Revendication 4] Bandage selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel la composition de caoutchouc comprend au moins 70 pce, de manière préférée au moins 90 pce d’au moins un copolymère de butadiène, de préférence un copolymère butadiène^_styrène.

[Revendication 5] Bandage selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel la résine hydrocarbure présente les caractéristiques suivantes ■

• une température de transition vitreuse (notée Tg) allant de 20°C à 14O°C ;

• une masse molaire en nombre inférieure à 5000 g/mol

• une dispersité D inférieure à 3

• Un taux de protons aromatiques, déterminé par RMN 1H, compris entre 0.5%mol et 50%mol

• Un taux de protons aliphatiques, déterminé par RMN 1H, compris entre 50%mol et 99.5%mol

• Un taux de protons éthyléniques, déterminé par RMN 1H, inférieur ou égal à 10%mol

La somme des taux de protons aromatiques, aliphatiques et éthyléniques étant égale à 100%.

[Revendication 6] Bandage selon la revendication précédente dans lequel le taux de protons aromatiques de la résine hydrocarbure, déterminé par RMN 1H, est compris entre 2% mol et 30%mol, de manière préférée est compris entre 2% mol et 20%mol et de manière très préférée est compris entre 5%mol et 15%mol.

[Revendication 7] Bandage selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel la résine hydrocarbure est obtenue par un procédé comprenant au moins ■ a) Une étape de pyrolyse d’une charge comprenant des copeaux de caoutchouc permettant d’obtenir au moins une huile de pyrolyse b) Une étape de séparation de l’huile de pyrolyse en au moins un raffinât, une fraction intermédiaire et un extrait, la fraction intermédiaire présentant une température d’ébullition à pression atmosphérique comprise dans l’intervalle allant de 140 à 280°C et comprenant au plus 10% poids d’hétéroatomes c) Une étape de synthèse de résines comprenant une section de polymérisation alimentée par la fraction intermédiaire issue de l’étape b) et produisant un effluent polymérisé d) Une étape de traitement comprenant une section de séparation de l’effluent polymérisé issu de l’étape c) en un effluent riche en solvant et un effluent riche en résines, et une section de séchage alimentée par l’effluent riche en résines afin de produire la résine hydrocarbure.

[Revendication 8] Bandage selon la revendication précédente dans lequel les copeaux de caoutchouc alimentés dans l’étape a) du procédé comprennent au moins 50 pce d’élastomère diénique, préférentiellement au moins 60 pce d’élastomère diénique.

[Revendication 9] Bandage selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel la fraction intermédiaire constituant la coupe à la base de la résine hydrocarbure présente une température d’ébullition à pression atmosphérique comprise dans l’intervalle allant de 150 à 280° C et de manière préférée de 150 à 260°C.