FR2981937A1 - Composition elastomerique presentant une tres bonne dispersion de la charge dans la matrice elastomerique - Google Patents

Abstract

L'invention concerne une composition de caoutchouc à base d'au moins un élastomère diénique, une charge renforçante comprenant au moins du noir de carbone ayant une surface spécifique CTAB supérieure ou égale à 130 m /g, une résine plastifiante hydrocarbonée dont la température de transition vitreuse, Tg, est supérieure à 20°C et dont la température de ramollissement est inférieure à 170°C ainsi qu'un système de réticulation, la dispersion de la charge dans la matrice élastomérique ayant une note Z supérieure ou égale à 70.

Description

- 1 - L'invention concerne une composition de caoutchouc notamment pour bande de roulement de pneumatique, et plus particulièrement pour pneumatique destiné à équiper des véhicules portant de lourdes charges et roulant à vitesse soutenue, tels que, par exemple les camions, tracteurs, remorques ou bus routiers, avion etc.

Certains pneumatiques actuels, dits "routiers", sont destinés à rouler à grande vitesse et sur des trajets de plus en plus longs, du fait de l'amélioration du réseau routier et de la croissance du réseau autoroutier dans le monde. Or depuis que les économies de carburant et la nécessité de protéger l'environnement sont devenues une priorité, il est important que les pneumatiques aient une faible consommation d'énergie. L'une des sources de dissipation d'énergie est l'échauffement du pneumatique. De la même façon, il est connu que les bandes de roulement des pneumatiques utilisés pour le Génie Civil sont particulièrement sensibles à l'augmentation de température. Or on cherche sans cesse à améliorer les propriétés des pneumatiques et en particulier leur résistance à l'usure et, classiquement, l'amélioration de la résistance à l'usure est connue pour se traduire par une augmentation de la consommation d'énergie. Afin d'obtenir une telle amélioration en terme résistance à l'usure et de consommation d'énergie, on a cherché à utiliser en bande de roulement, de charges renforçantes plus fines notamment des noirs de carbone dits « fins », c'est-à-dire ayant une surface spécifique CTAB supérieure ou égale à 90 m2/g, voire même des noirs dits « très fins », c'est-à-dire des noirs de carbone ayant une surface spécifique CTAB supérieure ou égale à 130 m2/g. Mais pour obtenir les propriétés de renforcement et d'hystérèse optimales conférées par une charge dans une bande de roulement de pneumatique et ainsi une haute résistance à l'usure et une basse résistance au roulement, 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. 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. Or les noirs très fins sont connus pour être extrêmement difficile à correctement disperser dans la matrice élastomérique et engendrent une dégradation de la processabilité (par rapport à l'utilisation de noirs moins fins à iso-taux). Une solution pour l'homme du métier serait l'utilisation d'huile ou de résine plastifiante pour améliorer la processabilité, cependant il est connu que l'utilisation de tels plastifiants a pour conséquence une dégradation très importante des propriétés d'énergie rupture (propriétés d'allongement à la rupture et de contrainte à la rupture). - 2 - La demanderesse a découvert de façon surprenante, contrairement aux connaissances de l'homme du métier, que la combinaison de noirs de carbones très fins dans des compositions de caoutchouc présentant une très bonne dispersion de la charge dans la matrice élastomérique, et en présence de certaines résines plastifiantes spécifiques, permettait à la fois d'obtenir une bonne processabilité sans dégrader les propriétés limites à la rupture. L'invention a ainsi pour objet une composition de caoutchouc à base d'au moins un élastomère diénique, une charge renforçante comprenant au moins du noir de carbone ayant une surface spécifique CTAB supérieure ou égale à 130 m2/g, une résine plastifiante hydrocarbonée dont la température de transition vitreuse, Tg, est supérieure à 20°C et dont la température de ramollissement est inférieure à 170°C ainsi qu'un système de réticulation, la dispersion de la charge dans la matrice élastomérique ayant une note Z supérieure ou égale à 70. De préférence le taux de résine plastifiante de la composition varie de 2 à 50 parties pour cent parties en poids d'élastomère, de préférence de 5 à 25 pce.

Selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention, la composition est obtenue à partir d'un premier mélange maître comprenant au moins l'élastomère diénique et le noir de carbone, et présentant une dispersion du noir de carbone dans la matrice élastomérique ayant une note Z supérieure ou égale à 80.

Selon une variante de réalisation de l'invention, le premier mélange maître est obtenu par mélangeage en phase liquide à partir d'un latex d'élastomère diénique et d'une dispersion aqueuse de noir de carbone. En effet, il existe différentes méthodes pour obtenir un mélange maître d'élastomère diénique et de charge renforçante. En particulier un type de solution consiste, pour améliorer la dispersiblité de la charge dans la matrice élastomérique, à procéder au mélange de l'élastomère et de la charge en phase « liquide ». Pour ce faire, on a fait appel à un élastomère sous forme de latex qui se présente sous forme de particules d'élastomère dispersées dans l'eau, et à une dispersion aqueuse de la charge, c'est-à-dire une charge dispersée dans de l'eau, couramment appelée « slurry ». Certains procédés en particulier, tels que ceux décrits dans le document US 6 048 923, permettent d'obtenir un mélange maître d'élastomère et de charge présentant une très bonne dispersion de la charge dans la matrice élastomérique, très améliorée par rapport à la dispersion de la charge dans la matrice élastomérique susceptible d'être obtenue lors du mélange en phase solide d'élastomère et de charge renforçante. Ce procédé consiste notamment à - 3 - incorporer un flux continu d'un premier fluide constitué par un latex d'élastomère dans la zone de mélangeage d'un réacteur de coagulation, à incorporer un deuxième flux continu d'un deuxième fluide constitué par une dispersion aqueuse de charge sous pression dans la zone de mélangeage pour former un mélange avec le latex d'élastomère ; le mélangeage de ces deux fluides étant suffisamment énergétique pour permettre de coaguler quasiment complètement le latex d'élastomère avec la charge avant l'orifice de sortie du réacteur de coagulation puis à sécher le coagulum obtenu. L'invention a également pour objet une composition à base d'au moins un élastomère diénique, une charge renforçante comprenant au moins du noir de carbone ayant une surface spécifique CTAB supérieure ou égale à 130 m2/g, une résine plastifiante hydrocarbonée dont la température de transition vitreuse, Tg, est supérieure à 20°C et dont la température de ramollissement est inférieure à 170°C ainsi qu'un système de réticulation, obtenue à partir d'un premier mélange maître comprenant au moins l'élastomère diénique et le noir de carbone, et présentant une dispersion du noir de carbone dans la matrice élastomérique ayant une note Z supérieure ou égale à 80. De préférence le taux de résine plastifiante de la composition varie de 2 à 50 parties pour cent parties en poids d'élastomère, de préférence de 5 à 25 pce. Selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention, la composition est obtenue à partir d'un premier mélange maître comprenant au moins l'élastomère diénique et le noir de carbone, et présentant une dispersion du noir de carbone dans la matrice élastomérique ayant une note Z supérieure ou égale à 80. Selon une variante de réalisation de l'invention, le premier mélange maître est obtenu par mélangeage en phase liquide à partir d'un latex d'élastomère diénique et d'une dispersion aqueuse de noir de carbone, de préférence identique au procédé en phase liquide détaillé précédemment. 30 L'invention concerne encore un procédé de préparation d'une composition comprenant au moins un élastomère diénique, une charge renforçante comprenant au moins du noir de carbone ayant une surface spécifique CTAB supérieure ou égale à 130 m2/g, une résine plastifiante hydrocarbonée dont la température de transition vitreuse, Tg, est 35 supérieure à 20°C et dont la température de ramollissement est inférieure à 170°C ainsi qu'un système de réticulation, la dispersion de la charge dans la matrice élastomérique ayant une note Z supérieure ou égale à 70, qui comprend les étapes suivantes : incorporation de l'ensemble des constituants de la composition, à l'exception du système de réticulation, dans un mélangeur en malaxant thermomécaniquement le 40 tout jusqu'à atteindre une température maximale comprise entre 130°C et 200°C, 25 - 4 - - refroidissement de l'ensemble à une température inférieure à 100°C, - incorporation ensuite du système de réticulation; - malaxage du tout jusqu'à une température maximale inférieure à 120°C.

De préférence, un premier mélange maître comportant au moins l'élastomère diénique et le noir de carbone, et présentant une dispersion du noir de carbone dans la matrice élastomérique ayant une note Z supérieure ou égale à 80, est préparé préalablement à l'incorporation de l'ensemble des constituants de la composition dans le mélangeur.

Encore plus préférentiellement le mélange maître est réalisé en phase liquide à partir d'au moins un latex d'élastomère et d'une dispersion de noir de carbone, en particulier selon le précédé détaillé précédemment. L'invention concerne encore un procédé de préparation d'une composition comprenant au moins un élastomère diénique, une charge renforçante comprenant au moins du noir de carbone ayant une surface spécifique CTAB supérieure ou égale à 130 m2/g, une résine plastifiante hydrocarbonée dont la température de transition vitreuse, Tg, est supérieure à 20°C et dont la température de ramollissement est inférieure à 170°C ainsi qu'un système de réticulation, qui comprend les étapes suivantes : - préparation d'un premier mélange maître comprenant l'élastomère diénique et le noir de carbone, ce premier mélange maître présentant une dispersion de la charge dans la matrice élastomérique ayant une note Z supérieur ou égale à 80, - incorporation des autres constituantes de la composition, à l'exception du système de réticulation, au premier mélange maître dans un mélangeur en malaxant thermomécaniquement le tout jusqu'à atteindre une température maximale comprise entre 130°C et 200°C, - refroidissement de l'ensemble à une température inférieure à 100°C, - incorporation ensuite du système de réticulation; - malaxage du tout jusqu'à une température maximale inférieure à 120°C.

De préférence, le mélange maître est réalisé en phase liquide à partir d'au moins un latex d'élastomère et d'une dispersion de noir de carbone, en particulier selon le précédé détaillé précédemment.

L'invention concerne également un mélange maître à base d'au moins un élastomère diénique, une charge renforçante comprenant au moins du noir de carbone ayant une surface spécifique CTAB supérieure ou égale à 130 m2/g, une résine plastifiante hydrocarbonée dont la température de transition vitreuse, Tg, est supérieure à 20°C et dont la température de ramollissement est inférieure à 170°C, la dispersion de la charge dans la matrice élastomérique ayant une note Z supérieure ou égale à 70. - 5 - De préférence, ce mélange maître est obtenu à partir d'un premier mélange maître comprenant au moins l'élastomère diénique et le noir de carbone, et présentant une dispersion du noir de carbone dans la matrice élastomérique ayant une note Z supérieure ou égale à 80. Encore plus préférentiellement, ce premier mélange maître est réalisé en phase liquide à partir d'au moins un latex d' élastomère et d'une dispersion de noir de carbone, en particulier selon le précédé détaillé précédemment.

L'invention concerne encore un mélange maître à base d'au moins un élastomère diénique, une charge renforçante comprenant au moins du noir de carbone ayant une surface spécifique CTAB supérieure ou égale à 130 m2/g, une résine plastifiante hydrocarbonée dont la température de transition vitreuse, Tg, est supérieure à 20°C et dont la température de ramollissement est inférieure à 170°C, obtenu à partir d'un premier mélange maître comprenant au moins l'élastomère diénique et le noir de carbone, et présentant une dispersion du noir de carbone dans la matrice élastomérique ayant une note Z supérieure ou égale à 80.

De préférence, ce premier mélange maître est réalisé en phase liquide à partir d'au moins un latex d'élastomère et d'une dispersion de noir de carbone, en particulier selon le précédé détaillé précédemment. L'invention a enfin pour objet un article fini ou semi-fini, une bande de roulement de pneumatique, un pneumatique et un produit semi-fini comportant une composition telle que décrite précédemment ou un mélange maître tel que décrit précédemment. On entend dans ce qui suit par « mélange maître » (couramment désigné par son nom anglais « masterbatch »): un composite à base d'élastomère dans lequel a été introduite une charge et éventuellement d'autres additifs. I. - MESURES ET TESTS Les compositions de caoutchouc sont caractérisées, avant et après cuisson, comme indiqué ci-après. Plasticité Mooney - 6 - 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 (i.e., avant cuisson) est moulée dans une enceinte cylindrique chauffée à 100°C. Après une minute de préchauffage, le rotor (de petite taille) 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 (MS 1+4) est exprimée en "unité Mooney" (UM, avec 1 UM = 0,83 Newton.mètre). Dispersion D'une manière connue, la dispersion de charge dans une matrice élastomérique peut être représentée par la note Z, qui est mesurée, après réticulation, selon la méthode décrite par S. Otto et Al dans Kautschuk Gummi Kunststoffe, 58 Jahrgang, NR 7-8/2005, en accord avec la norme ISO 11345. Le calcul de la note Z est basé sur le pourcentage de surface dans laquelle la charge n'est pas dispersée (« % surface non dispersée »), telle que mesurée par l' appareil « disperGRADER+ » fourni avec son mode opératoire et son logiciel d' exploitation « disperDATA » par la société Dynisco selon l'équation : Z= 100 - (% surface non dispersée) /0.35 Le pourcentage de surface non dispersée est, quant à lui, mesuré grâce à une caméra observant la surface de l'échantillon sous une lumière incidente à 30°. Les points clairs sont associés à de la charge et à des agglomérats, tandis que les points foncés sont associés à la matrice de caoutchouc ; un traitement numérique transforme l'image en une image noir et blanche, et permet la détermination du pourcentage de surface non dispersée, telle que décrite par S.Otto dans le document précité.

Plus est la note Z haute, meilleure est la dispersion de la charge dans la matrice élastomérique (une note Z de 100 correspondant à une dispersion parfaite et une note Z de 0 à une dispersion médiocre). On considèrera qu'une note Z supérieure ou égale à 80 correspond à une surface présentant une très bonne dispersion de la charge dans la matrice élastomérique.

Essais de traction Ces essais de traction 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 au taux d'extension prévu pour la mesure elle-même) le module sécant nominal (ou contrainte apparente, en MPa) à 100% d'allongement (notés MA100). Les mesures de traction pour déterminer les modules accomodés sécants sont effectuées à la température de 23°C +/-2°C, et dans les conditions normales d'hygrométrie (50 +/- 5% d'humidité relative). - 7 - Les contraintes à la rupture (en MPa) et les allongements à la rupture (en %) sont également mesurés. Toutes ces mesures de traction sont effectuées à la température de 60°C ± 2°C, et dans les conditions normales d'hygrométrie (50 ± 5% d'humidité relative), selon la norme française NF T 40-101 (décembre 1979). Propriétés dynamiques Les propriétés dynamiques et notamment tanO)ma' représentative de l'hystérèse, 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, en particulier dans les exemples cités, la température de mesure est de 60°C. On effectue un balayage en amplitude de déformation de 0,1% à 50% crête-crête (cycle aller), puis de 50% à 0,1% crête-crête (cycle retour). Les résultats exploités sont le module complexe de cisaillement dynamique (G*) et le facteur de perte tan(8). Pour le cycle retour, on indique la valeur maximale de tan(8) observée, noté tan(8)ma.,.

II. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION L'invention concerne une composition à base d'au moins un élastomère diénique, une charge renforçante comprenant au moins du noir de carbone ayant une surface spécifique CTAB supérieure ou égale à 130 m2/g, une résine plastifiante hydrocarbonée dont la température de transition vitreuse, Tg, est supérieure à 20°C et dont la température de ramollissement est inférieure à 170°C ainsi qu'un système de réticulation, la dispersion de la charge dans la matrice élastomérique ayant une note Z supérieure ou égale à 70.

Selon un mode de réalisation de l'invention, cette composition est obtenue à partir d'un premier mélange maître comprenant au moins l'élastomère diénique et le noir de carbone, et présentant une dispersion du noir de 80.

Dans la présente description, sauf indication expresse différente, tous les pourcentages (%) indiqués sont des % en masse. D'autre part, tout intervalle de valeurs désigné par l'expression "entre a et b" représente le domaine de valeurs allant de plus de a à moins de b (c'est-à-dire bornes a et b exclues) tandis que tout intervalle de valeurs désigné par l'expression "de a à b" signifie le domaine de valeurs allant de a jusqu'à b (c'est-à-dire incluant les bornes strictes a et b). - 8 - II-1) Elastomère diénique De façon usuelle, on utilise indifféremment dans le texte les termes « élastomère » et « caoutchouc » qui sont interchangeables. La composition conforme à l'invention comprend au moins un premier élastomère diénique et éventuellement un deuxième élastomère identique ou différent du premier, qui peut donc être ou pas un élastomère diénique.

Par élastomère ou caoutchouc "diénique", doit être compris de manière connue un élastomère 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%). 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%. Parmi ces élastomères diéniques, on distingue par ailleurs le caoutchouc naturel et les élastomères synthétiques. Par élastomères diéniques synthétiques susceptible d'être utilisé conformément l'invention, on entend plus particulièrement par élastomère diénique: (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; (c) - un copolymère ternaire obtenu par copolymérisation d'éthylène, d'une a-oléfine 40 ayant 3 à 6 atomes de carbone avec un monomère diène non conjugué ayant de 6 à 12 - 9 - atomes de carbone, comme par exemple les élastomères obtenus à partir d'éthylène, de propylène avec un monomère diène non conjugué du type précité tel que notamment l'hexadiène-1,4, l'éthylidène norbornène, le dicyclopentadiène; (d) - un copolymère d'isobutène et d'isoprène (caoutchouc butyle), ainsi que les versions halogénées, en particulier chlorées ou bromées, de ce type de copolymère. A titre de diènes conjugués conviennent notamment le butadiène-1,3, le 2-méthy1-1,3- butadiène, les 2,3-di(alkyle en Ci-05)-1,3-butadiènes tels que par exemple le 2,3- diméthyl-1,3 -butadi ène, le 2,3 -diéthyl-1,3 -butadi ène, le 2-méthy1-3-éthy1-1,3-butadiène, le 2-méthy1-3-isopropy1-1,3-butadiène, un ary1-1,3-butadiène, le 1,3-pentadiène, le 2,4- hexadiène. A titre de composés vinylaromatiques conviennent par exemple le styrène, l'ortho-, méta-, para-méthylstyrène, le mélange commercial "vinyle-toluène", le paratertiobutylstyrène, 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% en poids d'unités vinylaromatiques. 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 étoilés ou encore fonctionnalisés avec un agent de couplage et/ou d'étoilage ou de fonctionnalisation. Pour un couplage à du noir de carbone, on peut citer par exemple des groupes fonctionnels comprenant une liaison C- Sn ou des groupes fonctionnels aminés tels que aminobenzophénone par exemple ; pour un couplage à une charge inorganique telle que silice, on peut citer par exemple des groupes fonctionnels silanol ou polysiloxane ayant une extrémité silanol (tels que décrits par exemple dans FR 2 740 778 ou US 6 013 718, et WO 2008/141702), des groupes alkoxysilane (tels que décrits par exemple dans FR 2 765 882 ou US 5 977 238), des groupes carboxyliques (tels que décrits par exemple dans WO 01/92402 ou US 6 815 473, WO 2004/096865 ou US 2006/0089445) ou encore des groupes polyéthers (tels que décrits par exemple dans EP 1 127 909 ou US 6 503 973, WO 2009/000750 et WO 2009/000752). Comme autres exemples d'élastomères fonctionnalisés, on peut citer également des élastomères (tels que SBR, BR, NR ou IR) du type époxydés.

Conviennent les polybutadiènes et en particulier ceux ayant une teneur (% molaire) en unités -1,2 comprise entre 4% et 80% ou ceux ayant une teneur (% molaire) en cis-1,4 supérieure à 80%, les polyisoprènes, les copolymères de butadiène-styrène et en particulier ceux ayant une Tg (température de transition vitreuse (Tg, mesurée selon ASTM D3418) comprise entre 0°C et - 70°C et plus particulièrement entre - 10°C et - - 10 - 60°C, une teneur en styrène comprise entre 5% et 60% en poids et plus particulièrement entre 20% et 50%, une teneur (% molaire) en liaisons -1,2 de la partie butadiénique comprise entre 4% et 75%, une teneur (% molaire) en liaisons trans-1,4 comprise entre 10% et 80%, les copolymères de butadiène-isoprène et notamment ceux ayant une teneur en isoprène comprise entre 5% et 90% en poids et une Tg de - 40°C à - 80°C, les copolymères isoprène-styrène et notamment ceux ayant une teneur en styrène comprise entre 5% et 50% en poids et une Tg comprise entre - 5 C et - 50°C. Dans le cas des copolymères de butadiène-styrène-isoprène 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 20% et 40%, une teneur (% molaire) en unités -1,2 de la partie butadiénique comprise entre 4% et 85%, une teneur (% molaire) en unités trans -1,4 de la partie butadiénique comprise entre 6% et 80%, une teneur (% molaire) en unités -1,2 plus -3,4 de la partie isoprénique comprise entre 5% et 70% et une teneur (% molaire) en unités trans -1,4 de la partie isoprénique comprise entre 10% et 50%, et plus généralement tout copolymère butadiène-styrène-isoprène ayant une Tg comprise entre - 5°C et - 70°C.

En résumé, le ou les élastomères diéniques synthétiques selon l'invention sont choisis préférentiellement dans le groupe des élastomères diéniques fortement insaturés constitué par les polybutadiènes (en abrégé "BR"), les polyisoprènes (IR) de synthèse, 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) et les copolymères d' isoprène-butadiène-styrène (SBIR). Comme il a été précisé plus haut, les procédés de mélangeage en phase liquide sont préférentiellement utilisés pour permettre d'obtenir des mélanges maîtres à base d'élastomère diénique et de noir de carbone présentant une très bonne dispersion du noir de carbone dans l'élastomère. Ainsi notamment pour la réalisation du premier mélange maître d'élastomère diénique et de noir de carbone, on utilisera plus particulièrement un latex d'élastomère diénique, le latex d'élastomère étant une forme particulière de l'élastomère qui se présente sous forme de particules d'élastomère dispersées dans l'eau. L'invention concerne donc préférentiellement les latex d'élastomères diéniques, les élastomères diéniques étant ceux définis précédemment.

Plus particulièrement, pour le caoutchouc naturel (NR) qui convient particulièrement à l'invention, ce caoutchouc naturel existe sous différentes formes comme le détail le chapitre 3 « Latex concentrates : properties and composition », de K.F. Gaseley, A.D.T. Gordon et T.D. Pendle dans « Naturel Rubber Science and Technology », A.D. Roberts, Oxford University Press - 1988. En particulier plusieurs formes de latex de caoutchouc naturel sont commercialisés : les latex de caoutchouc naturel dits « de champ » (« field latex »), les latex de caoutchouc naturel dits « concentrés » (« concentrated natural rubber latex »), les latex epoxydés (« ENR »), les latex déprotéinisés ou encore les latex prévulcanisés. Le latex de caoutchouc naturel de champ est un latex dans lequel de l'ammoniac a été ajouté pour éviter une coagulation précoce et le latex de caoutchouc naturel concentré correspond à un latex de champ qui a subi un traitement correspondant à un lavage suivi d'une nouvelle concentration. Les différentes catégories de latex de caoutchouc naturel concentrés sont répertoriées notamment selon la norme ASTM D 1076-06. Parmi ces latex de caoutchouc naturel concentrés, on distingue notamment des latex de caoutchouc naturel concentrés de qualité dite: « HA » (high ammonia) et de qualité dite « LA » ; on utilisera avantageusement pour l'invention des latex de caoutchouc naturel concentrés de qualité HA. Le latex de NR peut être préalablement modifié physiquement ou chimiquement (centrifugation, traitement enzymatique, modifiant chimique...) Le latex peut être utilisé directement ou être préalablement dilué dans de l'eau pour faciliter sa mise en oeuvre. Ainsi à tire de latex d'élastomère synthétique, le latex peut notamment consister en un élastomère diénique synthétique déjà disponible sous forme d'émulsion (par exemple un copolymère de butadiène et de styrène, SBR, préparé en émulsion), ou en un élastomère diénique synthétique initialement en solution (par exemple un SBR préparé en solution) qui est émulsifié dans un mélange de solvant organique et d'eau, généralement au moyen d'un agent tensio-actif Convient particulièrement à l'invention un latex de SBR, notamment un SBR préparé en émulsion ("ESBR") ou un SBR préparé en solution ("SSBR"), et plus particulièrement un SBR préparé en émulsion. Il existe deux grands types de procédés de copolymerisation en émulsion du styrène et de butadiène, l'un d'entre eux, ou procédé à chaud (mis en oeuvre à une température proche de 50° C), étant adapté pour la préparation de SBR très ramifiés alors que l'autre, ou procédé à froid (mis en oeuvre à une température pouvant aller de 15° C à 40° C), permet d'obtenir des SBR plus linéaires. Pour une description détaillée de l'efficacité de plusieurs émulsifiants utilisables dans ledit procédé à chaud (en fonction des taux desdits émulsifiants), on pourra par exemple - 12 - se reporter aux deux articles de C. W. Carr, 1. M. Kolthoff, E. J. Meehan, University of Minesota, Minneapolis, Minesota qui ont paru dans Journal of Polymer Science de 1950, Vol. V, n°2, pp. 201-206, et de 1951, Vol. VI, n° 1, pp. 73-81. Concernant des exemples comparatifs de mise en oeuvre dudit procédé à froid, on pourra par exemple se reporter à l'article 1/2 Industrial and Engineering Chemistry, 1948, Vol. 40, n° 5, pp. 932-937, E. J. Vandenberg, G. E. Hulse, Hercules Powder Company, Wilmington, Delaware + et a l'article 1/2 Industrial and Engineering Chemistry, 1954, Vol. 46, n° 5, pp. 1065-1073, J. R. Miller, H. E. Diem, B. F. Goodrich Chemical Co. , Akron, Ohio +.

Dans le cas d'un élastomère SBR (ESBR ou SSBR), on utilise notamment un SBR ayant une teneur en styrène moyenne, par exemple comprise entre 20% et 35% en poids, ou une teneur en styrène élevée, par exemple de 35 à 45%, une teneur en liaisons vinyliques de la partie butadiénique comprise entre 15% et 70%, une teneur (% molaire) en liaisons trans-1,4 comprise entre 15% et 75% et une Tg comprise entre - 10°C et - 55°C ; un tel SBR peut être avantageusement utilisé en mélange avec un BR possédant de préférence plus de 90% (% molaire) de liaisons cis-1,4. On notera que l'on peut envisager d'utiliser un ou plusieurs latex de caoutchouc naturel 20 en coupage, un ou plusieurs latex de caoutchouc synthétique en coupage ou un coupage un ou plusieurs latex de caoutchouc naturel avec un ou plusieurs latex de caoutchouc synthétique. Au titre du deuxième élastomère de la composition, le cas échéant, lorsqu'il ne s'agit pas 25 d'élastomère diénique, conviennent particulièrement des élastomères butyl non diéniques tels que des homopolymères de poly(isobutylène) ou des copolymères à base de poly(isobutylène) (bien entendu s'il s'agit de copolymères avec de l'isoprène, on retrouve les élastomères diéniques décrits précédemment), ainsi que les dérivés halogénés, en particulier généralement bromés ou chlorés, de ces homopolymères de 30 poly(isobutylène) et copolymères à base de poly(isobutylène). Conviennent également parmi les élastomères non diéniques, des copolymères d'isobutylène et de dérivés de styrène tels que les copolymères d'isobutylène et méthylstyrène bromé (BIMS) dont fait notamment partie l'élastomère nommé EXXPRO commercialisé par la société Exxon. 35 On peut également citer à titre d'élastomère non diénique convenant particulièrement pour l'invention, les élastomères thermoplastiques (TPE) non diéniques. Avantageusement la fraction pondérale du premier élastomère diénique dans la matrice élastomérique est supérieure ou égale à 50% et de préférence supérieure ou égale à 60%. 40 - 13 - II-2) Charges On utilise à titre de charge renforçante une charge organique constituée par du noir de carbone. Comme noirs de carbone conviennent tous les noirs de carbone renforçants ayant une surface spécifique CTAB supérieure ou égale à 130 m2/g, et plus particulièrement encore les noirs de carbone ayant une surface CTAB supérieure ou égale à 160 m2/g. Précisons que la surface spécifique CTAB est déterminée selon la norme française NF T 10 45-007 de novembre 1987 (méthode B). A ce noir de carbone, peut être associé en coupage une ou des autres charges organiques, tel que par exemple des charges organiques de polyvinylaromatique fonctionnalisé telles que décrites dans les demandes WO-A-2006/069792 et WO-A-2006/069793, et/ou une 15 ou plusieurs charges inorganiques renforçantes telle que de la silice. Ainsi par "charge inorganique", doit être entendu ici, de manière connue, toute charge inorganique ou minérale, quelles que soient sa couleur et son origine (naturelle ou de synthèse), encore appelée charge "blanche", charge "claire" ou encore charge "non-noire" 20 ("non-black filler") par opposition au noir de carbone, cette charge inorganique étant capable de renforcer à elle seule, sans autre moyen qu'un agent de couplage intermédiaire, une composition de caoutchouc destinée à la fabrication d'une bande de roulement de pneumatiques, en d'autres termes apte à remplacer, dans sa fonction de renforcement, un noir de carbone conventionnel de grade pneumatique pour bande de 25 roulement. Une telle charge se caractérise généralement par la présence de groupes fonctionnels, notamment hydroxyle (-OH), à sa surface, nécessitant pour être utilisée à titre de charge renforçante l'emploi d'un agent ou système de couplage destiné à assurer une liaison chimique stable entre l'élastomère isoprénique et ladite charge. Une telle charge inorganique peut donc être utilisée avec un agent de couplage pour 30 permettre le renforcement de la composition de caoutchouc dans laquelle elle est comprise. Elle peut également être utilisée avec un agent de recouvrement (qui n'assure pas de liaison entre la charge et la matrice élastomérique) en complément d'un agent de couplage ou non (dans ce cas la charge inorganique ne joue pas de rôle de renforcement). 35 L'état physique sous lequel se présente la charge inorganique 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 des mélanges de différentes charges inorganiques, en particulier de charges siliceuses et/ou alumineuses hautement dispersibles telles que décrites ci-après. - 14 - Comme charges inorganiques conviennent notamment des charges minérales du type siliceuse, en particulier de la silice (SiO2), ou du type alumineuse, en particulier de l'alumine (A1203). La silice utilisée peut être toute silice 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. A titres de silices précipitées hautement dispersibles (dites "HDS"), on citera par exemple les silices Ultrasil 7000 et Ultrasil 7005 de la société Evonik, 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. On peut également envisager l'ajout au noir de carbone, de charge telles que des noirs de carbone partiellement ou intégralement recouverts de silice par un post traitement, ou les noirs de carbone modifiés in situ par de la silice tels que, à titre non limitatif, les charges qui commercialisées par la société Cabot Corporation sous la dénomination EcoblackTM « CRX 2000 » ou « CRX4000 ». De manière préférentielle, le taux de charge totale (noir de carbone et charge inorganique telle que silice) est compris entre 20 et 200 pce, plus préférentiellement entre 30 et 150 pce et encore plus préférentiellement entre 30 et 100 pce, l'optimum étant de manière connue différent selon les applications particulières visées : le niveau de renforcement attendu sur un pneumatique vélo, par exemple, est bien sûr inférieur à celui exigé sur un 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. Selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention, on utilise du noir de carbone dont le taux varie de 30 à 80 pce et on peut l'associer de préférence à une charge inorganique, en particulier de la silice, dont le taux varie de 5 à 50 pce, plus particulièrement la charge totale de la composition comprenant du noir de carbone dont le taux varie de 35 à 70 pce et une charge inorganique, en particulier de la silice, dont le taux varie de 5 à 35 pce, de façon encore plus préférentielle la charge totale comprenant du noir de carbone dont le taux varie de 40 à 65 pce et une charge inorganique, en particulier de la silice, dont le taux varie de 10 à 30 pce. II-3) - Résine plastifiante hydrocarbonée Les compositions de caoutchouc de l'invention utilisent une résine plastifiante hydrocarbonée dont la Tg, température de transition vitreuse, est supérieure à 20°C et - 15 - dont la température de ramolissement (en anglais « softening point ») est inférieure à 170°C, comme expliqué en détail ci-après. De manière connue de l'homme du métier, la dénomination "résine plastifiante" est réservée dans la présente demande, par définition, à un composé qui est d'une part solide à température ambiante (23°C) (par opposition à un composé plastifiant liquide tel qu'une huile), d'autre part compatible (c'est-à-dire miscible au taux utilisé, typiquement supérieur à 5 pce) avec la composition de caoutchouc à laquelle il est destiné, de manière à agir comme un véritable agent diluant.

Les résines hydrocarbonées sont des polymères bien connus de l'homme du métier, miscibles donc par nature dans les compositions d'élastomère(s) lorsqu'elles sont qualifiées en outre de "plastifiantes".

Elles ont été largement décrites dans les brevets ou demandes de brevet cités en introduction du présent mémoire, ainsi que par exemple dans l'ouvrage intitulé "Hydrocarbon Resins" de R. Mildenberg, M. Zander et G. Collin (New York, VCH, 1997, ISBN 3-527-28617-9) dont le chapitre 5 est consacré à leurs applications, notamment en caoutchouterie pneumatique (5.5. "Rubber Tires and Mechanical Goods").

Elles peuvent être aliphatiques, naphténiques, aromatiques ou encore du type aliphatique/ naphténique/ aromatique c'est-à-dire à base de monomères aliphatiques et/ou naphténiques et/ou aromatiques. Elles peuvent être naturelles ou synthétiques, à base ou non de pétrole (si tel est le cas, connues aussi sous le nom de résines de pétrole). Elles sont préférentiellement exclusivement hydrocarbonées, c'est-à-dire qu'elles ne comportent que des atomes de carbone et d'hydrogène. De préférence, la résine plastifiante hydrocarbonée présente au moins une, plus préférentiellement l'ensemble, des caractéristiques suivantes : - une masse moléculaire moyenne en nombre (Mn) comprise entre 400 et 2000 g/mol ; - un indice de polymolécularité (Ip) inférieur à 3 (rappel : Ip = Mw/Mn avec Mw masse moléculaire moyenne en poids). Plus préférentiellement, cette résine plastifiante hydrocarbonée présente au moins une, encore plus préférentiellement l'ensemble, des caractéristiques suivantes : - une Tg supérieure à 30°C ; 40 - une masse Mn comprise entre 500 et 1500 g/mol ; 35 - 16 - - un indice Ip inférieur à 2. La température de transition vitreuse Tg est mesurée de manière connue par DSC (Differential Scanning Calorimetry), selon la norme ASTM D3418 (1999), et la 5 température de ramolissement (« softening point ») est mesurée selon la norme ASTM E28. La macrostructure (Mw, Mn et Ip) de la résine hydrocarbonée est déterminée par chromatographie d'exclusion stérique (SEC) : solvant tétrahydrofurane ; température 10 35°C ; concentration 1 g/1 ; débit 1 ml/min ; solution filtrée sur filtre de porosité 0,45 iam avant injection ; étalonnage de Moore avec des étalons de polystyrène ; jeu de 3 colonnes "WATERS" en série ("STYRAGEL" HR4E, HR1 et HR0.5) ; détection par réfractomètre différentiel ("WATERS 2410") et son logiciel d'exploitation associé ("WATERS EMPOWER"). 15 Selon un mode de réalisation particulièrement préférentiel, la résine plastifiante hydrocarbonée est choisie dans le groupe constitué par les résines d'homopolymère ou copolymère de cyclopentadiène (en abrégé CPD) ou dicyclopentadiène (en abrégé DCPD), les résines d'homopolymère ou copolymère terpène, les résines d'homopolymère 20 ou copolymère de coupe C5, et les mélanges de ces résines. Parmi les résines de copolymères ci-dessus sont préférentiellement utilisées celles choisies dans le groupe constitué par les résines de copolymère (D)CPD/ vinylaromatique, les résines de copolymère (D)CPD/ terpène, les résines de 25 copolymère (D)CPD/ coupe C5, les résines de copolymère terpène/ vinylaromatique, les résines de copolymère coupe C5/ vinylaromatique, et les mélanges de ces résines. Le terme "terpène" regroupe ici de manière connue les monomères alpha-pinène, betapinène et limonène ; préférentiellement est utilisé un monomère limonène, composé se 30 présentant de manière connue sous la forme de trois isomères possibles : le L-limonène (énantiomère lévogyre), le D-limonène (énantiomère dextrogyre), ou bien le dipentène, racémique des énantiomères dextrogyre et lévogyre. A titre de monomère vinylaromatique conviennent par exemple le styrène, l'alpha- 35 méthylstyrène, l'ortho-, méta-, para-méthylstyrène, le vinyle-toluène, le paratertiobutylstyrène, les méthoxystyrènes, les chlorostyrènes, le vinylmésitylène, le divinylbenzène, le vinylnaphtalène, tout monomère vinylaromatique issu d'une coupe C9 (ou plus généralement d'une coupe Cg à CO. De préférence, le composé vinyle-aromatique est du styrène ou un monomère vinylaromatique issu d'une coupe C9 (ou plus - 17 - généralement d'une coupe Cg à CO. De préférence, le composé vinylaromatique est le monomère minoritaire, exprimé en fraction molaire, dans le copolymère considéré. Selon un mode de réalisation plus particulièrement préférentiel, la résine plastifiante hydrocarbonée est choisie dans le groupe constitué par les résines d'homopolymère (D)CPD, les résines de copolymère (D)CPD/ styrène, les résines de polylimonène, les résines de copolymère limonène/ styrène, les résines de copolymère limonène/ D(CPD), les résines de copolymère coupe C5/ styrène, les résines de copolymère coupe C5/ coupe C9, et les mélanges de ces résines.

Les résines préférentielles ci-dessus sont bien connues de l'homme du métier et disponibles commercialement, par exemple vendues en ce qui concerne les : - résines polylimonène : par la société DRT sous la dénomination "Dercolyte L120" (Mn=625 g/mol ; Mw=1010 g/mol ; Ip=1,6 ; Tg=72°C) ou par la société ARIZONA sous la dénomination "Sylvagum TR7125C" (Mn=630 g/mol ; Mw=950 g/mol ; Ip=1,5 ; Tg=70°C) ; - résines de copolymère coupe C5/ vinylaromatique, notamment coupe C5/ styrène ou coupe C5/ coupe C9 : par Neville Chemical Company sous les dénominations "Super Nevtac 78", "Super Nevtac 85" ou "Super Nevtac 99", par Goodyear Chemicals sous dénomination "Wingtack Extra", par Kolon sous dénominations "Hikorez T1095" et "Hikorez T1100", par Exxon sous dénominations "Escorez 2101" et "ECR 373" ; - résines de copolymère limonène/ styrène : par DRT sous dénomination "Dercolyte TS 105" de la société DRT, par ARIZONA Chemical Company sous dénominations "ZT115LT" et "ZT5100". Le taux de résine hydrocarbonée est préférentiellement compris entre 2 et 35 pce. En dessous du minimum indiqué, l'effet technique visé peut s'avérer insuffisant, alors qu'au-delà du maximum le pouvoir collant des compositions à l'état cru, sur les outils de mélangeage, peut dans certains cas devenir rédhibitoire du point de vue industriel. Le taux de résine hydrocarbonée est encore plus préférentiellement compris entre 5 et 25 pce. II-4) Mélanges maîtres - Composition de caoutchouc Avantageusement les mélanges maîtres et les compositions ainsi réalisés sont susceptibles d'être utilisés dans les applications pour pneumatique. - 18 - Les compositions de caoutchouc pour pneumatique à base des mélanges maîtres et de charge inorganique selon l'invention, peuvent comporter également de façon connue un agent de couplage et/ou un agent de recouvrement et un système de vulcanisation.

Pour coupler la charge inorganique renforçante à l'élastomère diénique, on utilise 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 diénique, en particulier des organosilanes ou des polyorganosiloxanes bifonctionnels.

On utilise 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).

Conviennent en particulier, sans que la définition ci-après soit limitative, des silanes polysulfurés dits "symétriques" répondant à la formule générale (III) suivante: (III) Z - A - Sx - A - Z , dans laquelle: - x est un entier de 2 à 8 (de préférence de 2 à 5) ; - A est un radical hydrocarboné divalent (de préférence des groupements alkylène en C1-C18 ou des groupements arylène en C6-C12, plus particulièrement des alkylènes en C1-C10, notamment en C1-C4, en particulier le propylène) ; - Z répond à l'une des formules ci-après: 25 R2 -S -S i-R2 -S R2 R2 R2 R2 dans lesquelles: - les radicaux 10, substitués ou non substitués, identiques ou différents entre eux, 30 représentent un groupe alkyle en C1-C18, cycloalkyle en C5-C18 ou aryle en C6-C18 (de préférence des groupes alkyle en C1-C6, cyclohexyle ou phényle, notamment des groupes alkyle en C1-C4, plus particulièrement le méthyle et/ou l'éthyle). - les radicaux R2, substitués ou non substitués, identiques ou différents entre eux, représentent un groupe alkoxyle en C1-C18 ou cycloalkoxyle en C5-C18 (de 35 préférence un groupe choisi parmi alkoxyles en C1-C8 et cycloalkoxyles en C5-C8, - 19 - plus préférentiellement encore un groupe choisi parmi alkoxyles en C1-C4, en particulier méthoxyle et éthoxyle). Dans le cas d'un mélange d'alkoxysilanes polysulfurés répondant à la formule (III) ci- dessus, notamment des mélanges usuels disponibles commercialement, la valeur moyenne des "x" est un nombre fractionnaire de préférence compris entre 2 et 5, plus préférentiellement proche de 4. Mais l'invention peut être aussi avantageusement mise en oeuvre par exemple avec des alkoxysilanes disulfurés (x = 2).

A titre d'exemples de silanes polysulfurés, on citera plus particulièrement les polysulfures (notamment disulfures, trisulfures ou tétrasulfures) de bis-(alkoxyl(Ci-C4)-alkyl(CiC4)silyl-alkyl(Ci-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 [(C2H50)3Si(CH2)3S212 ou le disulfure de bis-(triéthoxysilylpropyle), en abrégé TESPD, de formule [(C2H50)3Si(CH2)3S]2. On citera également à titre d'exemples préférentiels les polysulfures (notamment disulfures, trisulfures ou tétrasulfures) de bis(monoalkoxyl(Ci-C4)-dialkyl(Ci-C4)silylpropyl), plus particulièrement le tétrasulfure de bis-monoéthoxydiméthylsilylpropyl tel que décrit dans la demande de brevet WO 02/083782 (ou US 2004/132880). A titre d'agent de couplage autre qu'alkoxysilane polysulfure, on citera notamment des POS (polyorganosiloxanes) bifonctionnels ou encore des polysulfures d'hydroxysilane (R2 = OH dans la formule III ci-dessus) tels que décrits dans les demandes de brevet WO 02/30939 (ou US 6,774,255) et WO 02/31041 (ou US 2004/051210), 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.

A titre d'agent de recouvrement, on considérera généralement des agents d'aide à la mise en oeuvre susceptibles de manière connue, grâce à une amélioration de la dispersion de la charge inorganique dans la matrice de caoutchouc et à un abaissement de la viscosité des compositions, d'améliorer leur faculté de mise en oeuvre à l'état cru, ces agents étant par exemple des silanes hydrolysables tels que des alkylalkoxysilanes (notamment des alkyltriéthoxysilanes), des polyols, des polyéthers (par exemple des polyéthylèneglycols), des amines primaires, secondaires ou tertiaires (par exemple des trialcanol-amines), des POS hydroxyles ou hydrolysables, par exemple des a,wdihydroxy-polyorganosiloxanes (notamment des cc,co-dihydroxy-polydiméthylsiloxanes), des acides gras comme par exemple l'acide stéarique.40 - 20 - Dans les compositions de caoutchouc conformes à l'invention, la teneur en agent de couplage est préférentiellement comprise entre 0,1 et 12 % massique de la charge inorganique pour une surface de CTAB de 160m2/g plus préférentiellement entre 4 et 10 % massique de la charge inorganique pour une surface de CTAB de 160m2/g ; et/ou la teneur en agent de recouvrement est préférentiellement comprise 0,1 et 20 % massique de la charge inorganique pour une surface de CTAB de 160m2/g plus préférentiellement entre 5 et 20 % massique de la charge inorganique pour une surface de CTAB de 160m2/g. La teneur en agent de couplage pouvant être ajustée au niveau de surface spécifique de la charge.

L'homme du métier comprendra qu'à titre de charge équivalente de la charge inorganique décrite dans le présent paragraphe, pourrait être utilisée une charge d'une autre nature, notamment organique, dès lors que cette charge serait recouverte d'une couche inorganique telle que silice, ou bien comporterait à sa surface des sites fonctionnels, notamment hydroxyles, nécessitant l'utilisation d'un agent de couplage pour établir la liaison entre la charge et l'élastomère. Ces compositions de caoutchouc conformes à l'invention peuvent comporter également tout ou partie des additifs usuels habituellement utilisés dans les compositions d'élastomères destinées à la fabrication de pneumatiques, en particulier de bandes de roulement, comme par exemple d'autres plastifiants, des pigments, des agents de protection tels que cires anti-ozone, anti-ozonants chimiques, anti-oxydants, des agents anti-fatigue, des résines renforçantes, des accepteurs (par exemple résine phénolique novolaque) ou des donneurs de méthylène (par exemple HMT ou H3M) tels que décrits par exemple dans la demande WO 02/10269, un système de réticulation à base soit de soufre, soit de donneurs de soufre et/ou de peroxyde et/ou de bismaléimides, des accélérateurs de vulcanisation. On notera que l'on peut également envisager de réaliser les mélanges maîtres conformes à l'invention en y incorporant, notamment avant la phase de séchage de la réalisation du mélange maître en phase liquide, des additifs tels que décrits précédemment, antioxydant, agent de couplage, agent de recouvrement... II-5). Fabrication des compositions de caoutchouc et des mélanges maîtres Les compositions de caoutchouc de l'invention sont fabriquées dans des mélangeurs appropriés, en utilisant deux phases de préparation successives selon une procédure générale bien connue 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 comprise entre 130°C et 200°C, de préférence entre -21- 145°C et 185°C, suivie d'une seconde phase de travail mécanique (parfois qualifiée de phase "productive") à plus basse température, typiquement inférieure à 120°C, par exemple entre 60°C et 100°C, phase de finition au cours de laquelle est incorporé le système de réticulation ou vulcanisation.

Selon un mode de réalisation préférentiel l'invention, tous les constituants de base des compositions de l'invention, à l'exception du système de vulcanisation, sont incorporés de manière intime, par malaxage, 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 étapes, au moins ces différents constituants de base jusqu'à atteindre la température maximale comprise entre 130°C et 200°C, de préférence comprise entre 145°C et 185°C. Selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention, la résine plastifiante hydrocarbonée ainsi que les constituants de base des compositions de l'invention, à l'exception du système de vulcanisation, en particulier le cas échant, la charge inorganique telle que la silice, est incorporée à l'élastomère diénique et au noir de carbone qui ont été préalablement préparés sous forme d'un premier mélange maître.

Préférentiellement ce premier mélange maître est réalisé en phase « liquide ». Pour ce faire, on a fait appel à l'élastomère diénique sous forme de latex qui se présente sous forme de particules d'élastomère dispersées dans l'eau, et à une dispersion aqueuse du noir de carbone car, c'est-à-dire une charge dispersée dans de l'eau, couramment appelée « slurry ». Plus préférentiellement encore on suivra les étapes de procédé décrites dans le document US 6 048 923, qui consiste notamment à incorporer un flux continu d'un premier fluide constitué par le latex d'élastomère dans la zone de mélangeage d'un réacteur de coagulation, à incorporer un deuxième flux continu d'un deuxième fluide constitué par la dispersion aqueuse de noir de carbone sous pression dans la zone de mélangeage pour former un mélange avec le latex d'élastomère ; le mélangeage de ces deux fluides étant suffisamment énergétique pour permettre de coaguler quasiment complètement le latex d'élastomère avec le noir de carbone avant l'orifice de sortie du réacteur de coagulation puis à sécher le coagulum obtenu. Selon un autre mode de réalisation préférentiel de l'invention, la charge inorganique et le deuxième élastomère sont incorporés au premier mélange maître en se présentant également sous forme d'un deuxième mélange maître qui aura été préalablement préparé. Ce deuxième mélange maître peut être préparé en particulier sous forme solide par malaxage thermomécanique du deuxième élastomère et de la charge inorganique ; il peut également être préparé par tout autre procédé et notamment il peut être également préparé en phase liquide. - 22 - On notera en particulier que dans le cas de l'incorporation d'un deuxième élastomère et/ou d'une charge inorganique, cette ou ces incorporations peuvent être réalisées simultanément à l'introduction dans le mélangeur des autres constituants (notamment le premier élastomère diénique ou premier mélange maître) mais également avantageusement que cette ou ces incorporations peut être décalées dans le temps de quelques dizaines de secondes à quelques minutes. On notera que dans le cas d'un ajout d'une charge inorganique et d'un deuxième élastomère, ceux-ci peuvent être introduits séparément ou sous la forme d'un deuxième mélange maître contenant le deuxième élastomère et la charge inorganique. Dans le cas de l'introduction du deuxième élastomère seul et de la charge inorganique seule, décalée dans le temps de quelques dizaines de secondes à quelques minutes, la charge inorganique peut être introduite avant, après ou simultanément au deuxième élastomère.

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, tous les constituants nécessaires (sous forme le cas échéant de mélange maître comme on l'a précisé précédemment), les éventuels agents de recouvrement ou de mise en oeuvre complémentaires et autres additifs divers, à l'exception du système de vulcanisation. La durée totale du malaxage, dans cette phase non-productive, est de préférence comprise entre 1 et 15 min. Après refroidissement du mélange ainsi obtenu au cours de la première phase non-productive, on incorpore alors le système de vulcanisation 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 2 et 15 min. Le système de réticulation est préférentiellement un système de vulcanisation, c'est-à-dire un système à base de soufre (ou d'un agent donneur 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 telles que décrites ultérieurement, divers accélérateurs secondaires ou activateurs de vulcanisation connus tels qu'oxyde de zinc, acide stéarique ou composés équivalents, dérivés guanidiques (en particulier diphénylguanidine).

Le soufre est utilisé à un taux préférentiel compris entre 0,5 et 12 pce, en particulier entre 1 et 10 pce. L'accélérateur primaire de vulcanisation est utilisé à un taux préférentiel compris entre 0,5 et 10 pce, plus préférentiellement compris entre 0,5 et 5,0 pce. On peut utiliser comme accélérateur (primaire ou secondaire) tout composé susceptible d'agir comme accélérateur de vulcanisation des élastomères diéniques en présence de - 23 - soufre, notamment des accélérateurs du type thiazoles ainsi que leurs dérivés, des accélérateurs de types thiurames, dithiocarbamates de zinc. Ces accélérateurs sont par exemple choisis dans le groupe constitué par disulfure de 2-mercaptobenzothiazyle (en abrégé "MBTS"), disulfure de tetrabenzylthiurame ("TBZTD"), N-cyclohexyl-2- benzothiazyle sulfénamide ("CBS"), N,N-dicyclohexy1-2-benzothiazyle sulfénami de ("DCBS"), N-ter-butyl-2-benzothiazyle sulfénamide ("TBBS"), N-ter-buty1-2- benzothiazyle sulfénimide ("TBSI"), dibenzyldithiocarbamate de zinc ("ZBEC") et les mélanges de ces composés.

La composition finale ainsi obtenue est 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 profilé de caoutchouc utilisable par exemple comme une bande de roulement de pneumatique pour véhicule de tourisme, poids-lourds etc.

III EXEMPLES DE REALISATION DE L'INVENTION Les exemples illustrent amélioration des propriétés en terme de processabilité et de propriétés à la rupture de compositions de caoutchouc conformes à l'invention par rapport à des composition de caoutchouc témoins se distinguant des compositions de l'invention soit par la surface spécifique CTAB du noir de carbone, soit par l'absence de résine plastifiante hydrocarbonée, soit enfin par la mauvaise dispersion (note Z) du noir de carbone dans la composition.

Claims (32)

1. REVENDICATIONS1) Composition de caoutchouc à base d'au moins un élastomère diénique, une charge renforçante comprenant au moins du noir de carbone ayant une surface spécifique CTAB supérieure ou égale à 130 m2/g, une résine plastifiante hydrocarbonée dont la température de transition vitreuse, Tg, est supérieure à 20°C et dont la température de ramollissement est inférieure à 170°C ainsi qu'un système de réticulation, la dispersion de la charge dans la matrice élastomérique ayant une note Z supérieure ou égale à 70.
2. 2) Composition selon la revendication 1, obtenue à partir d'un premier mélange maître comprenant au moins l'élastomère diénique et le noir de carbone, et présentant une dispersion du noir de carbone dans la matrice élastomérique ayant une note Z supérieure ou égale à 80.
3. 3) Composition à base d'au moins un élastomère diénique, une charge renforçante comprenant au moins du noir de carbone ayant une surface spécifique CTAB supérieure ou égale à 130 m2/g, une résine plastifiante hydrocarbonée dont la température de transition vitreuse, Tg, est supérieure à 20°C et dont la température de ramollissement est inférieure à 170°C ainsi qu'un système de réticulation, obtenue à partir d'un premier mélange maître comprenant au moins l'élastomère diénique et le noir de carbone, et présentant une dispersion du noir de carbone dans la matrice élastomérique ayant une note Z supérieure ou égale à 80.
4. 4) Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle le taux de résine plastifiante varie de 2 à 50 parties pour cent parties en poids d'élastomère, de préférence de 5 à 25 pce.
5. 5) Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle le premier mélange maître est obtenu par mélangeage en phase liquide à partir d'un latex d'élastomère diénique et d'une dispersion aqueuse de noir de carbone.
6. 6) Composition selon la revendication 5, dans laquelle le premier mélange maître est obtenu selon les étapes de procédé suivantes : - alimenter un flux continu d'un latex d'élastomère diénique jusqu'à une zone de mélange d'un réacteur de coagulation définissant une zone allongée de coagulation s'étendant entre la zone de mélange et une sortie, - alimenter un flux continu d'un fluide comprenant une charge sous pression dans la zone de mélange d'un réacteur de coagulation pour former un mélange coagulé, - sécher le coagulum obtenu précédemment afin de récupérer le premier mélange maître.- 25 -
7. 7) Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans laquelle l'élastomère diénique est choisi dans le groupe constitué par les polybutadiènes, le caoutchouc naturel, les polyisoprènes de synthèse, les copolymères de butadiène, les 5 copolymères d'isoprène et les mélanges de ces élastomères.
8. 8) Compositions selon la revendication 7, dans laquelle l'élastomère diénique est un caoutchouc naturel. 10
9. 9) composition selon l'une quelconque des revendications précédente, qui comprend au moins une charge inorganique, de préférence de la silice, et/ou au moins un deuxième élastomère identique ou différent du premier élastomère.
10. 10) Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans laquelle le taux 15 de l'ensemble de la charge varie de 30 à 150 pce, de préférence de 30 à 100 pce.
11. 11) Composition selon les revendications 9 et 10, dans laquelle est ajouté au premier mélange maître une charge inorganique, de préférence de la silice, et dans laquelle le taux de noir de carbone varie de 30 à 80, de préférence de 40 à 65, le taux de charge 20 inorganique variant de 5 à 50 pce, de préférence de 10 à 30 pce.
12. 12) Procédé de préparation d'une composition comprenant au moins un élastomère diénique, une charge renforçante comprenant au moins du noir de carbone ayant une surface spécifique CTAB supérieure ou égale à 130 m2/g, une résine plastifiante 25 hydrocarbonée dont la température de transition vitreuse, Tg, est supérieure à 20°C et dont la température de ramollissement est inférieure à 170°C ainsi qu'un système de réticulation, la dispersion de la charge dans la matrice élastomérique ayant une note Z supérieure ou égale à 70, qui comprend les étapes suivantes : incorporation de l'ensemble des constituants de la composition, à l'exception du 30 système de réticulation, dans un mélangeur en malaxant thermomécaniquement le tout jusqu'à atteindre une température maximale comprise entre 130°C et 200°C, - refroidissement de l'ensemble à une température inférieure à 100°C, incorporation ensuite du système de réticulation; malaxage du tout jusqu'à une température maximale inférieure à 120°C. 35
13. 13) Procédé selon la revendication 12, dans lequel un premier mélange maître comportant au moins l'élastomère diénique et le noir de carbone, et présentant une dispersion du noir de carbone dans la matrice élastomérique ayant une note Z supérieure ou égale à 80, est préparé préalablement à l'incorporation de l'ensemble des constituants 40 de la composition dans le mélangeur.- 26 -
14. 14) Procédé de préparation d'une composition comprenant au moins un élastomère diénique, une charge renforçante comprenant au moins du noir de carbone ayant une surface spécifique CTAB supérieure ou égale à 130 m2/g, une résine plastifiante hydrocarbonée dont la température de transition vitreuse, Tg, est supérieure à 20°C et dont la température de ramollissement est inférieure à 170°C ainsi qu'un système de réticulation, qui comprend les étapes suivantes : - préparation d'un premier mélange maître comprenant l'élastomère diénique et le noir de carbone, ce premier mélange maître présentant une dispersion de la charge dans la matrice élastomérique ayant une note Z supérieur ou égale à 80, - incorporation des autres constituantes de la composition, à l'exception du système de réticulation, au premier mélange maître dans un mélangeur en malaxant thermomécaniquement le tout jusqu'à atteindre une température maximale comprise entre 130°C et 200°C, - refroidissement de l'ensemble à une température inférieure à 100°C, - incorporation ensuite du système de réticulation; - malaxage du tout jusqu'à une température maximale inférieure à 120°C.
15. 15) Procédé selon l'une quelconque des revendications 13 ou 14, dans lequel le mélange maître est réalisé en phase liquide à partir d'au moins un latex d'élastomère et d'une dispersion de noir de carbone.
16. 16) Procédé selon la revendication 15, dans lequel le mélange maître est réalisé selon les étapes successives suivantes : - alimenter un flux continu d'un latex d'élastomère diénique jusqu'à une zone de mélange d'un réacteur de coagulation définissant une zone allongée de coagulation s'étendant entre la zone de mélange et un orifice de sortie, - alimenter un flux continu d'un fluide comprenant une charge sous pression dans la zone de mélange d'un réacteur de coagulation pour former un mélange coagulé, - sécher le coagulum obtenu précédemment afin de récupérer le premier mélange maître.
17. 17) Procédé selon l'une quelconque des revendications 12 à 16, dans lequel l'élastomère diénique est choisi dans le groupe constitué par les polybutadiènes, le caoutchouc naturel, les polyisoprènes de synthèse, les copolymères de butadiène, les copolymères d'isoprène et les mélanges de ces élastomères.
18. 18) Procédé selon la revendication 17, dans lequel l'élastomère diénique est un caoutchouc naturel.40- 27 -
19. 19) Procédé selon l'une quelconque des revendications 12 à 18, dans lequel le taux de noir de carbone est compris varie de 30 à 80, de préférence de 40 à 65.
20. 20) Procédé selon l'une quelconque des revendications 12 à 19, dans lequel le taux de résine plastifiante varie de 2 à 50 parties pour cent parties en poids d'élastomère, de préférence de 5 à 25 pce.
21. 21) Procédé selon l'une quelconque des revendications 12 à 20, dans lequel une charge 10 inorganique et/ou un deuxième élastomère sont introduits dans la composition simultanément aux autres constituants.
22. 22) Procédé selon l'une quelconque des revendications 12 à 21, dans lequel une charge inorganique et un deuxième élastomère son introduits dans la composition sous forme 15 d'un mélange maître spécifique préalablement préparé.
23. 23) Procédé selon l'une quelconque des revendications 12 à 19, dans lequel une charge inorganique et un deuxième élastomère sont introduits séparément dans la composition ; la charge inorganique étant introduite avant ou après le deuxième élastomère. 20
24. 24) Procédé selon la revendication 23, dans lequel l'introduction de la charge inorganique et/ou du deuxième élastomère est décalée dans le temps de quelques dizaines de secondes à quelques minutes par rapport à l'introduction du premier mélange maître dans le mélangeur. 25
25. 25) Mélange maître à base d'au moins un élastomère diénique, une charge renforçante comprenant au moins du noir de carbone ayant une surface spécifique CTAB supérieure ou égale à 130 m2/g, une résine plastifiante hydrocarbonée dont la température de transition vitreuse, Tg, est supérieure à 20°C et dont la température de ramollissement est 30 inférieure à 170°C, la dispersion de la charge dans la matrice élastomérique ayant une note Z supérieure ou égale à 70.
26. 26) Mélange maître selon la revendication 25, obtenu à partir d'un premier mélange maître comprenant au moins l'élastomère diénique et le noir de carbone, et présentant 35 une dispersion du noir de carbone dans la matrice élastomérique ayant une note Z supérieure ou égale à 80.
27. 27) Mélange maître à base d'au moins un élastomère diénique, une charge renforçante comprenant au moins du noir de carbone ayant une surface spécifique CTAB supérieure 40 ou égale à 130 m2/g, une résine plastifiante hydrocarbonée dont la température de-
28. 28 - inférieure à 170°C, obtenu à partir d'un premier mélange maître comprenant au moins l'élastomère diénique et le noir de carbone, et présentant une dispersion du noir de carbone dans la matrice élastomérique ayant une note Z supérieure ou égale à 80. 28) Mélange maître selon l'une quelconque des revendications 26 ou 27, dans lequel le premier mélange maître est obtenu par mélangeage en phase liquide à partir d'un latex d'élastomère diénique et d'une dispersion aqueuse de noir de carbone.
29. 29) Article fini ou semi-fini comportant une composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, ou un mélange maître selon l'une quelconque des revendications 25 à 28.
30. 30) Bande de roulement de pneumatique comportant une composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, ou un mélange maître selon l'une quelconque des revendications 25 à 28.
31. 31) Pneumatique ou produit semi-fini comportant au moins une composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, ou un mélange maître selon l'une quelconque des revendications 25 à 28.
32. 32) Pneumatique selon la revendication 31, destiné à équiper des véhicules portant de lourdes charges et roulant à vitesse soutenue. 25