FR3056984A1 - PROCESS FOR OBTAINING A COAGULUM AND A MASTER MIXTURE OF ELASTOMER AND POLYMERIC LOAD - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé d'obtention d'un coagulum à base d'au moins un élastomère et d'au moins une charge polymérique, ledit procédé comprenant les étapes suivantes : - disposer d'au moins d'un latex d'élastomère ayant un potentiel Zêta Z1, - disposer d'au moins une dispersion aqueuse d'une charge polymérique ayant un potentiel Zêta Z2, le potentiel Zêta Z2 étant de signe opposé au potentiel Zêta Z1 et la différence des potentiels Zêta Z2 et Zêta Z1, en valeur absolue, étant supérieure ou égale à 20 mV, - mettre en contact et mélanger le latex d'élastomère et la dispersion aqueuse de charge polymérique pour obtenir un coagulum, - récupérer le coagulum.The invention relates to a method for obtaining a coagulum based on at least one elastomer and at least one polymeric filler, said process comprising the following steps: having at least one elastomer latex having a Zeta potential Z1, - having at least one aqueous dispersion of a polymeric filler having a potential Zeta Z2, the Zeta potential Z2 being of opposite sign to the Zeta potential Z1 and the difference of the potentials Zeta Z2 and Zeta Z1, in absolute value, being greater than or equal to 20 mV, - contacting and mixing the elastomer latex and the aqueous polymeric filler dispersion to obtain a coagulum, - recover the coagulum.
Description
Titulaire(s) : COMPAGNIE GENERALE DES ETABLISSEMENTS MICHELIN Société en commandite par actions, MICHELIN RECHERCHE ET TECHNIQUE S.A. Société anonyme.Holder (s): COMPAGNIE GENERALE DES ETABLISSEMENTS MICHELIN Limited partnership with shares, MICHELIN RECHERCHE ET TECHNIQUE S.A. Limited company.
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Mandataire(s) : MANUFACTURE FRANÇAISE DES PNEUMATIQUES MICHELIN.Agent (s): MANUFACTURE FRANÇAISE DES PNEUMATIQUES MICHELIN.
FR 3 056 984 - A1 (54) PROCEDE D'OBTENTION D'UN COAGULUM ET D'UN MELANGE MAITRE D'ELASTOMERE ET DE CHARGE POLYMERIQUE.FR 3 056 984 - A1 (54) PROCESS FOR OBTAINING A COAGULUM AND A MASTER MIXTURE OF ELASTOMER AND POLYMERIC FILLER.
©) L'invention concerne un procédé d'obtention d'un coagulum à base d'au moins un élastomère et d'au moins une charge polymérique, ledit procédé comprenant les étapes suivantes:The invention relates to a process for obtaining a coagulum based on at least one elastomer and at least one polymeric filler, said process comprising the following steps:
- disposer d'au moins d'un latex d'élastomère ayant un potentiel Zêta ΖΊ,- have at least one elastomer latex having a Zeta Ζ Ί potential,
- disposer d'au moins une dispersion aqueuse d'une charge polymérique ayant un potentiel Zêta Z2, le potentiel Zêta Z2 étant de signe opposé au potentiel Zêta Z-, et la différence des potentiels Zêta Z2 et Zêta Z1, en valeur absolue, étant supérieure ou égale à 20 mV,- have at least one aqueous dispersion of a polymeric filler having a Zeta Z 2 potential, the Zeta Z 2 potential being of opposite sign to the Zeta Z- potential, and the difference of the Zeta Z 2 and Zeta Z 1 potentials, in absolute value, being greater than or equal to 20 mV,
- mettre en contact et mélanger le latex d'élastomère et la dispersion aqueuse de charge polymérique pour obtenir un coagulum,- contacting and mixing the elastomer latex and the aqueous dispersion of polymeric charge to obtain a coagulum,
- récupérer le coagulum.- recover the coagulum.
-1 L’invention concerne un procédé de préparation d’un coagulum et d’un mélange-maître en phase liquide d’un ou plusieurs élastomères et d’une ou plusieurs charges renforçantes polymériques.-1 The invention relates to a process for preparing a coagulum and a masterbatch in the liquid phase of one or more elastomers and one or more reinforcing polymeric fillers.
On entend par « mélange-maître » (couramment désigné par son nom anglais « masterbatch ») un composite à base d’élastomère dans lequel a été introduit une ou plusieurs charges et éventuellement d’autres additifs.The term "masterbatch" (commonly known by its English name "masterbatch") means an elastomer-based composite into which one or more fillers and possibly other additives have been introduced.
Pour obtenir les propriétés de renforcement optimales conférées par une charge dans une bande de roulement de pneumatique et ainsi une haute résistance à l'usure, on sait qu'il convient d'une manière générale que cette charge soit présente dans la matrice élastomérique sous une forme finale qui soit à la fois la plus finement divisée possible et répartie de la façon la plus homogène possible. Or, de telles conditions ne peuvent être réalisées que dans la mesure où cette charge présente une très bonne aptitude, d'une part à s'incorporer dans la matrice lors du mélange avec l'élastomère et à se désagglomérer, d'autre part à se disperser de façon homogène dans cette matrice.In order to obtain the optimum reinforcement properties conferred by a load in a tire tread and thus a high resistance to wear, it is known that it is generally appropriate for this load to be present in the elastomeric matrix under a final form which is both as finely divided as possible and distributed as homogeneously as possible. However, such conditions can only be achieved insofar as this filler has a very good ability, on the one hand to be incorporated into the matrix during mixing with the elastomer and to disaggregate, on the other hand to disperse homogeneously in this matrix.
Or, afin d’améliorer la dispersiblité de la charge dans la matrice élastomérique, il est connu de recourir à un mélange d’élastomère et de charge en phase liquide (« mélangeage en phase liquide » ou « wet mixing » en anglais). Pour ce faire, il est fait appel à latex d’élastomère, et à une dispersion aqueuse de la charge, couramment appelée « slurry ».However, in order to improve the dispersibility of the filler in the elastomeric matrix, it is known to use a mixture of elastomer and filler in the liquid phase ("mixing in liquid phase" or "wet mixing" in English). To do this, it uses elastomer latex, and an aqueous dispersion of the filler, commonly called "slurry".
Dans ce domaine, dès 1955, le problème de la dispersion uniforme des charges, et notamment du noir de carbone au sein du caoutchouc était déjà posé. Ainsi, il est connu du document BE 541816 un procédé de préparation d’un mélange-maître de caoutchouc et de noir de carbone en phase liquide. Ce procédé se fait en continu et utilise des chocs hydrauliques ou une violente agitation mécanique pour réaliser la dispersion du noir de carbone au sein de la matrice élastomérique.In this field, as early as 1955, the problem of the uniform dispersion of charges, and in particular carbon black within rubber, was already posed. Thus, document BE 541816 discloses a process for preparing a masterbatch of rubber and carbon black in the liquid phase. This process is done continuously and uses hydraulic shocks or violent mechanical agitation to achieve the dispersion of carbon black within the elastomeric matrix.
Des charges autres que le noir de carbone peuvent être utilisées, par exemple des charges renforçantes inorganiques telle que la silice ou des charges polymériques, notamment des charges polymériques renforçantes.Fillers other than carbon black can be used, for example inorganic reinforcing fillers such as silica or polymeric fillers, in particular reinforcing polymeric fillers.
Toutefois, l’utilisation de ces charges en mélangeage liquide pour obtenir un mélange maître est plus difficile que l’utilisation du noir de carbone. En effet, contrairement au noir de carbone, ces charges polymériques n’ont pas une tendance à coaguler spontanément avec un latex d’élastomère.However, the use of these fillers in liquid mixing to obtain a masterbatch is more difficult than the use of carbon black. In fact, unlike carbon black, these polymeric fillers do not have a tendency to coagulate spontaneously with an elastomer latex.
Différentes solutions ont été proposées pour permettre néanmoins d’obtenir une coagulation et une bonne dispersion d’une charge polymérique, notamment renforçante, dans la matrice élastomérique lors de l’utilisation de procédé de mélangeage en phase liquide. Une des solutions consiste à utiliser un agent de coagulation qui permet la prise en masse du latex d’élastomère et d’une dispersion aqueuse de charge polymérique renforçante.Different solutions have been proposed to nevertheless make it possible to obtain coagulation and good dispersion of a polymeric filler, in particular a reinforcing filler, in the elastomeric matrix when using the liquid phase mixing process. One of the solutions consists in using a coagulation agent which allows solidification of the elastomer latex and of an aqueous dispersion of reinforcing polymeric filler.
Ainsi par exemple, le document EP1298166 propose l’incorporation d’une charge renforçante polymérique sous forme de particules de caoutchouc réticulées dansFor example, document EP1298166 proposes the incorporation of a polymeric reinforcing filler in the form of crosslinked rubber particles in
-2un latex de caoutchouc en leur ajoutant de l’acide sulfurique et un sel, utilisés à titre d’agent de coagulation, afin de former un coagulum.-2a rubber latex by adding sulfuric acid and a salt, used as a coagulation agent, to form a coagulum.
Toutefois ce procédé d’obtention d’un mélange-maître présente l’inconvénient d’être long et fastidieux, car il est nécessaire de laver plusieurs fois le coagulum afin d’éliminer les agents de coagulation. Ce procédé génère, en outre, des eaux de lavages qu’il est nécessaire de traiter pour éviter une pollution environnementale.However, this method of obtaining a masterbatch has the drawback of being long and tedious, since it is necessary to wash the coagulum several times in order to remove the coagulation agents. This process also generates wash water which must be treated to avoid environmental pollution.
Par ailleurs, suivant la nature de l’agent de coagulation, notamment lorsque ce dernier est un solvant, les étapes de lavage et de séchage du coagulum obtenu peuvent être à l’origine de la libération de composés organiques volatils (aussi appelés COV) qui ont un impact direct et négatif sur la santé.Furthermore, depending on the nature of the coagulation agent, in particular when the latter is a solvent, the steps of washing and drying the coagulum obtained can be at the origin of the release of volatile organic compounds (also called VOCs) which have a direct and negative impact on health.
Il est donc nécessaire de disposer d’un procédé d’obtention d’un coagulum et d’un mélange-maître qui soit simple à mettre en œuvre, comprenne un nombre limité d’étapes réactionnelles et qui permette d’utiliser des réactifs dont la toxicité est faible ou limitée.It is therefore necessary to have a process for obtaining a coagulum and a masterbatch which is simple to implement, comprises a limited number of reaction stages and which allows the use of reagents whose toxicity is low or limited.
Les demanderesses ont trouvé de manière surprenante un procédé simple d’obtention d’un coagulum et d’un mélange maître élastomère/charge polymérique, notamment renforçante, préparés par mélangeage en phase liquide, permettant d’obtenir une bonne dispersion de ladite charge dans la matrice d’élastomère sans la génération d’eau de lavage. Avantageusement, ce procédé permet en particulier d’atteindre de très bon rendement (supérieur à 80 % massique dans certains cas).The applicants have surprisingly found a simple process for obtaining a coagulum and a master elastomer / polymeric filler mixture, in particular reinforcing filler, prepared by mixing in the liquid phase, making it possible to obtain a good dispersion of said filler in the elastomer matrix without generation of wash water. Advantageously, this process makes it possible in particular to achieve very good yield (greater than 80% by mass in certain cases).
L’invention concerne ainsi un procédé d’obtention d’un coagulum à base d’au moins un élastomère et d’au moins une charge polymérique, ledit procédé comprenant les étapes suivantes :The invention thus relates to a process for obtaining a coagulum based on at least one elastomer and at least one polymeric filler, said process comprising the following steps:
disposer d’au moins un latex d’élastomère ayant un potentiel Zêta Zi, disposer d’au moins une dispersion aqueuse d’une charge polymérique ayant un potentiel Zêta Z2, le potentiel Zêta Z2 étant de signe opposé au potentiel Zêta Zi et la différence des potentiels Zêta Z2 et Zêta Zi, en valeur absolue, étant supérieure ou égale à 20 mV, mettre en contact et mélanger le latex d’élastomère et la dispersion aqueuse de charge polymérique pour obtenir un coagulum, récupérer le coagulum.having at least one elastomer latex having a Zeta Zi potential, having at least one aqueous dispersion of a polymeric filler having a Zeta Z 2 potential, the Zeta Z 2 potential being of opposite sign to the Zeta Zi potential and the difference in Zeta Z 2 and Zeta Zi potentials, in absolute value, being greater than or equal to 20 mV, bringing the elastomer latex and the aqueous dispersion of polymeric charge into contact and mixing to obtain a coagulum, recovering the coagulum.
Préférentiellement, l’invention concerne un procédé tel que défini ci-dessus dans lequel l’élastomère est un élastomère synthétique.Preferably, the invention relates to a process as defined above in which the elastomer is a synthetic elastomer.
Préférentiellement, l’invention concerne un procédé tel que défini ci-dessus dans lequel l’élastomère synthétique résulte de la polymérisation d’au moins un monomère éthylénique.Preferably, the invention relates to a process as defined above in which the synthetic elastomer results from the polymerization of at least one ethylenic monomer.
Préférentiellement, l’invention concerne un procédé tel que défini ci-dessus dans lequel l’élastomère synthétique est choisi parmi les élastomères diéniques et les copolymères résultant de la polymérisation d’au moins un monomère éthylénique et un monomère d’esters vinyliques d’acides carboxyliques.Preferably, the invention relates to a process as defined above in which the synthetic elastomer is chosen from diene elastomers and copolymers resulting from the polymerization of at least one ethylenic monomer and one monomer of vinyl esters of acids carboxylic.
-3 Préférentiellement, l’invention concerne un procédé tel que défini ci-dessus dans lequel l’élastomère synthétique est choisi parmi les polybutadiènes, les polyisoprènes de synthèse, les copolymères de butadiène-styrène, les copolymères de butadiène-isoprène, les copolymères de butadiène-acrylonitrile, les copolymères d’isoprène-styrène, les copolymères de butadiène-styrène-isoprène et les copolymères d’éthylène et d’esters vinyliques d’acides carboxyliques en C2-C4.Preferably, the invention relates to a process as defined above in which the synthetic elastomer is chosen from polybutadienes, synthetic polyisoprenes, butadiene-styrene copolymers, butadiene-isoprene copolymers, copolymers of butadiene-acrylonitrile, isoprene-styrene copolymers, butadiene-styrene-isoprene copolymers and copolymers of ethylene and vinyl esters of C 2 -C 4 carboxylic acids.
Préférentiellement, l’invention concerne un procédé tel que défini ci-dessus dans lequel le latex d’élastomère est obtenu par polymérisation radicalaire en émulsion en phase aqueuse, de préférence est obtenu par polymérisation radicalaire en émulsion en phase aqueuse et en présence d’un tensioactif ionique.Preferably, the invention relates to a process as defined above in which the elastomer latex is obtained by radical polymerization in emulsion in aqueous phase, preferably is obtained by radical polymerization in emulsion in aqueous phase and in the presence of a ionic surfactant.
Préférentiellement, l’invention concerne un procédé tel que défini ci-dessus dans lequel le latex d’élastomère est obtenu par émulsification en phase aqueuse d’un élastomère synthétique.Preferably, the invention relates to a process as defined above in which the elastomer latex is obtained by emulsification in aqueous phase of a synthetic elastomer.
Préférentiellement, l’invention concerne un procédé tel que défini ci-dessus dans lequel le latex d’élastomère présente un taux de solide d’au moins 35% en poids par rapport au poids total dudit latex d’élastomère.Preferably, the invention relates to a process as defined above in which the elastomer latex has a solid content of at least 35% by weight relative to the total weight of said elastomer latex.
Préférentiellement, l’invention concerne un procédé tel que défini ci-dessus dans lequel la dispersion aqueuse de charge polymérique est obtenue par polymérisation radicalaire en émulsion en phase aqueuse, de préférence est obtenue par polymérisation radicalaire en émulsion en phase aqueuse et en présence d’un tensioactif ionique.Preferably, the invention relates to a process as defined above in which the aqueous dispersion of polymeric filler is obtained by radical emulsion polymerization in aqueous phase, preferably is obtained by radical emulsion polymerization in aqueous phase and in the presence of an ionic surfactant.
Préférentiellement, l’invention concerne un procédé tel que défini ci-dessus dans lequel la charge polymérique comprend un polymère vinylique fonctionnalisé et réticulé.Preferably, the invention relates to a process as defined above in which the polymeric filler comprises a functionalized and crosslinked vinyl polymer.
Préférentiellement, l’invention concerne un procédé tel que défini ci-dessus dans lequel le polymère vinylique fonctionnalisé et réticulé résulte de la copolymérisation d’au moins :Preferably, the invention relates to a process as defined above in which the functionalized and crosslinked vinyl polymer results from the copolymerization of at least:
- un monomère Ml vinylique aromatique ou non aromatique,- an aromatic or non-aromatic vinyl monomer M1,
- un monomère M2 ayant un groupe insaturé polymérisable et au moins un groupe fonctionnel choisi dans le groupe constitué par un groupe époxy, un groupe hydroxysilyle, un groupe alcoxysilyle, un groupe hydroxyle, un groupe amino et un groupe un groupe carbonyle, eta M2 monomer having a polymerizable unsaturated group and at least one functional group chosen from the group consisting of an epoxy group, a hydroxysilyl group, an alkoxysilyl group, a hydroxyl group, an amino group and a group a carbonyl group, and
- un monomère M3 réticulant ayant au moins deux groupes insaturés polymérisables.- A crosslinking monomer M3 having at least two polymerizable unsaturated groups.
Préférentiellement, l’invention concerne un procédé tel que défini ci-dessus dans lequel le polymère vinylique fonctionnalisé et réticulé résulte de la copolymérisation d’au moins un monomère Ml est choisi parmi le styrène et l’éthylvinylbenzéne, un monomère M2 est choisi parmi le méthacrylate de triméthoxysilylpropyle (en abrégé MTSP), l’acrylate de triméthoxysilylpropyle (ATSP) et le triméthoxysilyléthylstyrène (TSES), le styryléthyl-triméthoxysilane etPreferably, the invention relates to a process as defined above in which the functionalized and crosslinked vinyl polymer results from the copolymerization of at least one monomer M1 is chosen from styrene and ethylvinylbenzene, a monomer M2 is chosen from trimethoxysilylpropyl methacrylate (abbreviated as MTSP), trimethoxysilylpropyl acrylate (ATSP) and trimethoxysilylethylstyrene (TSES), styrylethyl-trimethoxysilane and
-4le méthacrylate de glycidyle, et un monomère M3 est choisi parmi le diisopropenylbenzène, le divinylbenzène et le trivinylbenzène.-4 glycidyl methacrylate, and a monomer M3 is chosen from diisopropenylbenzene, divinylbenzene and trivinylbenzene.
Préférentiellement, l’invention concerne un procédé tel que défini ci-dessus dans lequel la quantité de charge polymérique lors de la mise en contact du latex d’élastomère et de la dispersion aqueuse de charge polymérique va de 20 à 50 parties en poids pour cent parties d’élastomère.Preferably, the invention relates to a process as defined above in which the amount of polymeric filler when the elastomer latex is brought into contact with the aqueous dispersion of polymeric filler ranges from 20 to 50 parts by weight per cent parts of elastomer.
Préférentiellement, l’invention concerne un procédé tel que défini ci-dessus dans lequel l’étape de mise en contact et de mélange du latex d’élastomère avec la dispersion aqueuse de charge polymérique ne nécessite pas l’ajout d’un agent de coagulation.Preferably, the invention relates to a process as defined above in which the step of bringing the elastomer latex into contact and mixing with the aqueous dispersion of polymeric filler does not require the addition of a coagulation agent .
Préférentiellement l’invention concerne un procédé tel que défini ci-dessus dans lequel le latex d’élastomère est un latex élastomère anionique.Preferably, the invention relates to a process as defined above in which the elastomer latex is an anionic elastomer latex.
Préférentiellement l’invention concerne un procédé tel que défini ci-dessus dans lequel la dispersion aqueuse de charge polymérique est une dispersion aqueuse de charge polymérique cationique.Preferably, the invention relates to a process as defined above in which the aqueous dispersion of polymeric charge is an aqueous dispersion of cationic polymeric charge.
Préférentiellement, l’invention concerne un procédé tel que défini ci-dessus dans lequel la charge polymérique est une charge polymérique renforçante.Preferably, the invention relates to a process as defined above in which the polymeric filler is a reinforcing polymeric filler.
Un autre objet de l’invention concerne un coagulum comprenant au moins un élastomère et au moins une charge polymérique obtenu selon le procédé défini ci-dessus.Another subject of the invention relates to a coagulum comprising at least one elastomer and at least one polymeric filler obtained according to the process defined above.
Un autre objet de l’invention concerne un procédé d’obtention d’un mélangemaître comprenant au moins un élastomère et au moins une charge polymérique, ledit procédé comprenant les étapes suivantes :Another object of the invention relates to a process for obtaining a masterbatch comprising at least one elastomer and at least one polymeric filler, said process comprising the following steps:
- disposer d’un coagulum défini précédemment ou bien obtenu selon le procédé défini ci-dessus ;- have a coagulum defined previously or obtained according to the process defined above;
- sécher le coagulum pour obtenir un mélange-maître.- dry the coagulum to obtain a masterbatch.
Un autre objet de l’invention concerne un mélange-maître comprenant au moins un coagulum séché et tel que défini ci-dessus.Another object of the invention relates to a masterbatch comprising at least one dried coagulum and as defined above.
Préférentiellement, le mélange-maître a un taux de charge polymérique qui va de 20 à 50 pce.Preferably, the masterbatch has a rate of polymeric charge which ranges from 20 to 50 phr.
Un autre objet de l’invention concerne une composition de caoutchouc à base d’au moins un coagulum tel que défini ci-dessus ou à base d’au moins un mélange-maître défini précédemment.Another subject of the invention relates to a rubber composition based on at least one coagulum as defined above or based on at least one masterbatch defined above.
Un autre objet de l’invention concerne un article semi-fini ou fini comprenant au moins une composition définie ci-dessus.Another subject of the invention relates to a semi-finished or finished article comprising at least one composition defined above.
Un autre objet de l’invention concerne une bande de roulement comprenant au moins une composition définie ci-dessus.Another object of the invention relates to a tread comprising at least one composition defined above.
Un autre objet de l’invention concerne un pneumatique comprenant au moins une composition définie ci-dessus.Another subject of the invention relates to a tire comprising at least one composition defined above.
-5I. MESURES ET TESTS UTILISES-5I. MEASUREMENTS AND TESTS USED
1.1 Mesure du potentiel Zêta1.1 Measurement of the Zeta potential
Tel qu’utilisé ici, le potentiel Zêta est un terme scientifique désignant le potentiel électrocinétique dans des systèmes colloïdaux. Dans la littérature de la chimie colloïdale, il est généralement désigné en utilisant la lettre grecque Zêta, d’où potentiel ζ.As used here, Zeta potential is a scientific term for the electrokinetic potential in colloidal systems. In the literature of colloidal chemistry, it is generally designated using the Greek letter Zeta, hence potential ζ.
Le potentiel Zêta est une mesure de l’amplitude de la répulsion ou de l’attraction entre particules. Le potentiel Zêta est un indice de l’amplitude de l’interaction entre particules colloïdales, et les mesures de potentiel Zêta sont utilisées pour avoir accès à la stabilité de systèmes colloïdaux.Zeta potential is a measure of the magnitude of repulsion or attraction between particles. Zeta potential is an index of the extent of interaction between colloidal particles, and Zeta potential measurements are used to gain access to the stability of colloidal systems.
La plupart des dispersions colloïdales en milieux aqueux portent une charge de surface. Si des groupes acides sont présents à la surface d’une particule, celle-ci aura tendance à développer une charge de surface négative. Par opposition, si des groupes basiques sont présents à la surface d’une particule, celle-ci aura tendance à développer une charge de surface positive. L’amplitude de la charge de surface dépend de la force acide ou basique des groupes de surface et du pH de la solution. La charge de surface peut être réduite à zéro en supprimant l’ionisation de surface par réduction du pH dans le cas de particules de charge négative ou augmentation du pH dans le cas de particules de charge positive. Par exemple, des tensio-actifs peuvent être spécifiquement adsorbés sur la surface d’une particule, ce qui conduit, dans le cas de tensio-actifs cationiques, à une surface de charge positive, et dans le cas de tensio-actifs anioniques, à une surface de charge négative. Voir « Zêta Potential an Introduction in 30 Minutes », note technique de la série Zêtasizer Nano, p. 3 (édité avant septembre 2010). L’apparition d’une charge nette à la surface d’une particule affecte la distribution des ions dans la région interfaciale environnante, ce qui se solde par une concentration accrue de contre-ions, des ions de charge opposée à celle de la particule, près de la surface. Ainsi, il existe une double couche électrique autour de chaque particule. La couche liquide entourant la particule se présente en deux parties: une région interne (couche de Stern) où les ions sont fortement liés et une région externe (couche diffuse) où ils sont moins bien associés. Dans la couche diffuse, il existe une frontière imaginaire à l’intérieur de laquelle les ions et les particules forment une entité stable. Quand une particule colloïdale se déplace (par ex., sous l’effet de l’agitation thermique), les ions à l’intérieur de la frontière se déplacent avec elle. Les ions au-delà de la frontière restent avec le volume de dispersant. Le potentiel à la frontière (surface de cisaillement hydrodynamique) est le potentiel Zêta.Most colloidal dispersions in aqueous media carry a surface charge. If acid groups are present on the surface of a particle, it will tend to develop a negative surface charge. In contrast, if basic groups are present on the surface of a particle, it will tend to develop a positive surface charge. The magnitude of the surface charge depends on the acid or basic strength of the surface groups and the pH of the solution. The surface charge can be reduced to zero by eliminating surface ionization by reducing the pH in the case of particles with a negative charge or increasing the pH in the case of particles with a positive charge. For example, surfactants can be specifically adsorbed on the surface of a particle, which leads, in the case of cationic surfactants, to a surface of positive charge, and in the case of anionic surfactants, to a negative charge surface. See "Zeta Potential an Introduction in 30 Minutes", technical note from the Zêtasizer Nano series, p. 3 (published before September 2010). The appearance of a net charge on the surface of a particle affects the distribution of ions in the surrounding interfacial region, which results in an increased concentration of counterions, ions of charge opposite to that of the particle, near the surface. Thus, there is a double electric layer around each particle. The liquid layer surrounding the particle is in two parts: an internal region (Stern layer) where the ions are strongly bound and an external region (diffuse layer) where they are less well associated. In the diffuse layer, there is an imaginary border inside which ions and particles form a stable entity. When a colloidal particle moves (eg, due to thermal agitation), the ions inside the border move with it. The ions beyond the border remain with the volume of dispersant. The boundary potential (hydrodynamic shear surface) is the Zeta potential.
D’un point de vue théorique, le potentiel Zêta est un potentiel électrique dans la double couche (DL) interfaciale à l’emplacement du plan de glissement par rapport à un point dans le volume de fluide loin de l’interface. En d’autres termes, le potentiel Zêta est la différence de potentiel entre le milieu de dispersion et la couche stationnaire de fluide attachée à la particule dispersée.From a theoretical point of view, the Zeta potential is an electrical potential in the interfacial double layer (DL) at the location of the sliding plane with respect to a point in the volume of fluid far from the interface. In other words, the Zeta potential is the potential difference between the dispersing medium and the stationary layer of fluid attached to the dispersed particle.
-6Le potentiel Zêta est largement utilisé pour la quantification de l’amplitude de la charge électrique au niveau de la double couche. Le potentiel Zêta ne doit pas être confondu avec le potentiel d’électrode ou le potentiel électrochimique (parce que les réactions électrochimiques ne sont généralement pas impliquées dans l’apparition du potentiel Zêta).-6The Zeta potential is widely used for the quantification of the amplitude of the electric charge at the level of the double layer. The Zeta potential should not be confused with the electrode potential or the electrochemical potential (because electrochemical reactions are generally not involved in the appearance of the Zeta potential).
En milieu aqueux, le pH de l’échantillon affecte son potentiel Zêta. Par exemple, si une base est ajoutée à une suspension avec un potentiel Zêta négatif, les particules ont tendance à acquérir une charge plus négative. Si un acide est ajouté en quantité suffisante à la suspension, on atteindra alors un point où la charge sera neutralisée. L’addition d’une quantité supplémentaire d’acide provoquera une accumulation de charge positive.In an aqueous medium, the pH of the sample affects its Zeta potential. For example, if a base is added to a suspension with a negative Zeta potential, the particles tend to acquire a more negative charge. If sufficient acid is added to the suspension, then a point will be reached where the charge will be neutralized. Adding an additional amount of acid will cause a positive charge to build up.
Le potentiel Zêta n’est pas directement mesurable, mais il peut être calculé en utilisant des modèles théoriques et une mobilité électrophorétique ou une mobilité électrophorétique dynamique déterminée expérimentalement. Les phénomènes électrocinétiques et les phénomènes électroacoustiques constituent les sources habituelles de données pour le calcul du potentiel Zêta. Cependant, aux fins de la présente demande, le potentiel Zêta est calculé en utilisant des phénomènes électrocinétiques, en particulier l’électrophorèse. L’électrophorèse est employée pour estimer le potentiel Zêta de particules, alors que le potentiel/courant d’écoulement est utilisé pour des corps poreux et des surfaces plates.Zeta potential is not directly measurable, but it can be calculated using theoretical models and electrophoretic mobility or experimentally determined dynamic electrophoretic mobility. Electrokinetic phenomena and electroacoustic phenomena constitute the usual sources of data for the calculation of the Zeta potential. However, for the purposes of this application, the Zeta potential is calculated using electrokinetic phenomena, in particular electrophoresis. Electrophoresis is used to estimate the Zeta potential of particles, while the flow potential / current is used for porous bodies and flat surfaces.
L’électrophorèse est le mouvement d’une particule chargée par rapport au liquide où elle est en suspension sous l’influence d’un champ électrique appliqué. Quand un champ électrique est appliqué à travers un électrolyte, les particules chargées en suspension dans l’électrolyte sont attirées vers l’électrode de charge opposée. Les forces visqueuses agissant sur les particules ont tendance à s’opposer à ce mouvement. Quand l’équilibre est atteint entre ces deux forces opposées, les particules se déplacent à vitesse constante.Electrophoresis is the movement of a charged particle in relation to the liquid where it is suspended under the influence of an applied electric field. When an electric field is applied through an electrolyte, charged particles suspended in the electrolyte are attracted to the opposite charge electrode. The viscous forces acting on the particles tend to oppose this movement. When equilibrium is reached between these two opposing forces, the particles move at constant speed.
La vitesse dépend de l’intensité du champ électrique ou du gradient de tension, de la constante diélectrique du milieu, de la viscosité du milieu et du potentiel Zêta.The speed depends on the intensity of the electric field or the voltage gradient, the dielectric constant of the medium, the viscosity of the medium and the Zeta potential.
On appelle la vitesse de la particule dans un champ électrique unitaire sa mobilité électrophorétique. Le potentiel Zêta est lié à la mobilité électrophorétique par l’équation d’Henry: Ue = (2eÇf(Ka))/3q où Ue = mobilité électrophorétique, ζ = potentiel Zêta, ε = constante diélectrique, η = viscosité et fixa) = fonction d’Henry. L’unité de k, appelé longueur de Debye, est l’inverse d’une longueur et k'1 est souvent considéré comme une mesure de « l’épaisseur » de la double couche électrique. Le paramètre « a » fait référence au rayon de la particule, et par conséquent Ka mesure le rapport entre le rayon de la particule et l’épaisseur de la double couche électrique. Les déterminations électrophorétiques du potentiel Zêta sont le plus souvent faites en milieu aqueux et à uneThe speed of the particle in a unit electric field is called its electrophoretic mobility. The Zeta potential is linked to electrophoretic mobility by Henry's equation: Ue = (2eÇf (Ka)) / 3q where Ue = electrophoretic mobility, ζ = Zeta potential, ε = dielectric constant, η = viscosity and fixa) = function of Henry. The unit of k, called the Debye length, is the inverse of a length and k ' 1 is often considered a measure of the "thickness" of the electric double layer. The parameter "a" refers to the radius of the particle, and therefore Ka measures the relationship between the radius of the particle and the thickness of the electric double layer. The electrophoretic determinations of the Zeta potential are most often made in an aqueous medium and at a
-7 concentration d’électrolyte modérée ; f(Ka) vaut dans ce cas 1,5 ce qui correspond à l’approximation de Smoluchowski.-7 moderate electrolyte concentration; f (Ka) in this case is 1.5 which corresponds to the Smoluchowski approximation.
Par conséquent, le calcul du potentiel Zêta à partir de la mobilité est simple pour les systèmes pour lesquels le modèle de Smoluchowski convient, c’est-à-dire les particules plus grosses qu’environ 0,2 pm (200nm) dispersées dans des électrolytes contenant plus de 10'3M (M=mole.L'1) de sel. Pour les petites particules dans les milieux de faible constante diélectrique (par ex. les milieux non aqueux), f(xa) devient égal à 1,0 et permet un calcul aussi simple. C’est ce qu’on appelle l’approximation d’Huckel.Therefore, the calculation of the Zeta potential from mobility is simple for systems for which the Smoluchowski model is suitable, i.e. particles larger than about 0.2 pm (200nm) dispersed in electrolytes containing more than 10 "3 M (M = mol·l -1) salt. For small particles in media with a low dielectric constant (eg non-aqueous media), f (xa) becomes 1.0 and allows such a simple calculation. This is called Huckel's approximation.
Ainsi, les particules à l’intérieur de la dispersion avec un potentiel Zêta migreront vers l’électrode de charge opposée avec une vitesse proportionnelle à l’amplitude du potentiel Zêta.Thus, the particles inside the dispersion with a Zeta potential will migrate towards the opposite charge electrode with a speed proportional to the amplitude of the Zeta potential.
L’essence d’un système de microélectrophorèse classique est une cellule capillaire avec des électrodes aux deux extrémités auxquelles un potentiel est appliqué. Les particules se déplacent vers l’électrode, leur vitesse est mesurée et exprimée dans un champ d’intensité unitaire comme leur mobilité. Cette vitesse est mesurée en utilisant la technique de l’anémomètre Doppler laser. Le décalage de fréquence ou le déphasage d’un faisceau laser incident causé par ces particules en mouvement est mesuré comme la mobilité des particules, et cette mobilité est convertie en potentiel Zêta en introduisant la viscosité et la permittivité diélectrique du dispersant, et en appliquant les théories de Smoluchowski.The essence of a conventional microelectrophoresis system is a hair cell with electrodes at both ends to which a potential is applied. The particles move towards the electrode, their speed is measured and expressed in a unit intensity field like their mobility. This speed is measured using the laser Doppler anemometer technique. The frequency offset or phase shift of an incident laser beam caused by these moving particles is measured as the mobility of the particles, and this mobility is converted to Zeta potential by introducing the viscosity and the dielectric permittivity of the dispersant, and applying the Smoluchowski theories.
La série ZÊTASIZER ΝΑΝΟ disponible auprès de Malvem Instruments, Royaume-Uni, utilise une combinaison de vélocimétrie Doppler laser et d’analyse de la phase de la lumière diffusée (PALS) dans une technique brevetée appelée M3-PALS pour mesurer la mobilité électrophorétique d’une particule.The ZETASIZER ΝΑΝΟ series available from Malvem Instruments, UK, uses a combination of laser Doppler velocimetry and scattered light phase analysis (PALS) in a patented technique called M3-PALS to measure the electrophoretic mobility of a particle.
Un système de mesure du potentiel Zêta de la série ZÊTASIZER ΝΑΝΟ disponible auprès de Malvern Instruments comprend six composants principaux. Tout d’abord, un laser est utilisé pour fournir une source de lumière afin d’éclairer les particules à l’intérieur de l’échantillon. Pour les mesures de potentiel Zêta, cette source de lumière est séparée pour obtenir un faisceau incident et un faisceau de référence. Le faisceau laser incident passe par le centre de la cellule à échantillon, et la lumière diffusée à un angle d’environ 13° est détectée. Quand un champ électrique est appliqué à la cellule, toute particule se déplaçant dans le volume de mesure provoque une fluctuation de l’intensité de lumière détectée avec une fréquence proportionnelle à la vitesse des particules, et cette information est transférée à un processeur de signal numérique puis à un ordinateur. Le logiciel ZÊTASIZER ΝΑΝΟ génère un spectre de fréquence à partir duquel la mobilité électrophorétique et donc le potentiel Zêta sont calculés. L’intensité de la lumière diffusée détectée doit se situer dans une gamme spécifique pour que le détecteur la mesure correctement. Pour y parvenir, on utilise un atténuateur, qui ajuste l’intensité de la lumière atteignant l’échantillon et donc l’intensité de la diffusion. Pour corriger une quelconque différence d’épaisseur de paroi de la celluleA ZETASIZER ΝΑΝΟ series Zeta potential measurement system available from Malvern Instruments consists of six main components. First, a laser is used to provide a light source to illuminate the particles inside the sample. For Zeta potential measurements, this light source is separated to obtain an incident beam and a reference beam. The incident laser beam passes through the center of the sample cell, and light scattered at an angle of about 13 ° is detected. When an electric field is applied to the cell, any particle moving in the measurement volume causes the detected light intensity to fluctuate with a frequency proportional to the speed of the particles, and this information is transferred to a digital signal processor. then to a computer. The ZÊTASIZER ΝΑΝΟ software generates a frequency spectrum from which the electrophoretic mobility and therefore the Zeta potential are calculated. The intensity of the detected scattered light must be within a specific range for the detector to measure it correctly. To achieve this, we use an attenuator, which adjusts the intensity of the light reaching the sample and therefore the intensity of the scattering. To correct any difference in cell wall thickness
-δει de réfraction du dispersant, une optique de compensation est installée pour maintenir un alignement optimal.-δει refraction of the dispersant, a compensation optic is installed to maintain optimal alignment.
Sauf indication contraire, la mesure du potentiel Zêta est effectuée sur un appareil ZêtaSizer modèle Nano-ZS commercialisé par la société Malvern Instrument, sur un échantillon de latex d’élastomère ou de d’une dispersion aqueuse d’une charge renforçante (aussi appelée slurry) dilué xlOO dans une solution de NaCl à 10'3M.Unless otherwise specified, the measurement of the Zeta potential is carried out on a ZetaSizer model Nano-ZS device sold by the company Malvern Instrument, on a sample of elastomer latex or of an aqueous dispersion of a reinforcing filler (also called slurry ) diluted xlOO in a 10 ' 3 M NaCl solution
Le protocole de préparation d’échantillon pour la mesure de potentiel Zêta est le suivant:The sample preparation protocol for the Zeta potential measurement is as follows:
• Préparer 1000 mL d’une solution mère de NaCl à 10'3M en introduisant 58 mg de NaCl dans une fiole jaugée de 1000 mL et compléter avec de l’eau ultra-pure jusqu’au trait de jauge ;• Prepare 1000 mL of a NaCl stock solution to 10 '3 M by introducing 58 mg of NaCl in a volumetric flask of 1000 mL and complete with ultrapure water to the mark;
• Préparer l’échantillon à tester en introduisant 1 mL de latex d’élastomère ou de slurry dans une fiole jaugée de 100 mL et compléter jusqu’au trait de jauge avec la solution mère de NaCl à 10'3M.• Prepare the test sample by introducing 1 mL of elastomer latex or slurry into a 100 mL volumetric flask and make up to the mark with the 10 ' 3 M NaCl stock solution
• Placer l’échantillon à tester dans l’appareil ZêtaSizer modèle Nano-ZS et effectuer la mesure.• Place the sample to be tested in the ZêtaSizer model Nano-ZS device and perform the measurement.
Ainsi lorsque l’on a, selon l’invention, des potentiels Zêta ζι et ζ2 (ou Zêta Zi et Zêta Z2) respectivement du latex d’élastomère et de la dispersion de charge renforçante polymérique, de signes opposés, la différence de ces potentiels Zêta, Δζ (ou ΔΖ), a une valeur absolue |Δζ| (ou |AZ|); cette valeur Δζ| (ou |AZ|) correspondant à |ζ2 - ζι| (ou |Z2 Zi| ); cette valeur |Δζ| (ou |ΔΖ|) devant être supérieure ou égale à 20mV pour être conforme à l’invention, et plus préférentiellement supérieure ou égale à 30 mV.Thus when, according to the invention, there are Zeta potentials ζι and ζ 2 (or Zeta Zi and Zeta Z 2 ) respectively of the elastomer latex and of the dispersion of polymeric reinforcing filler, of opposite signs, the difference of these Zeta potentials, Δζ (or ΔΖ), has an absolute value | Δζ | (or | AZ |); this value Δζ | (or | AZ |) corresponding to | ζ 2 - ζι | (or | Z 2 Zi |); this value | Δζ | (or | ΔΖ |) having to be greater than or equal to 20mV to be in accordance with the invention, and more preferably greater than or equal to 30 mV.
1.2 Mesure du rendement1.2 Performance measurement
Le rendement de coagulation s’exprime comme la fraction en poids exprimée en % de la masse de mélange-maître mMB rapportée à la masse de mélange-maître ciblée mMBc:The coagulation yield is expressed as the fraction by weight expressed in% of the mass of masterbatch m MB relative to the mass of targeted masterbatch m MBc :
R(°/o) = 100 \mMBjR (° / o) = 100 \ m MBj
Le calcul du rendement de coagulation permet de quantifier de manière directe l’efficacité de la coagulation.The calculation of the coagulation yield makes it possible to directly quantify the effectiveness of coagulation.
La masse de mélange-maître mMB est obtenue par pesée du mélange-maître obtenu à l’issue de l’étape de séchage du coagulum. La pesée est une technique bien connue de l’homme du métier.The mass of masterbatch m MB is obtained by weighing the masterbatch obtained at the end of the drying step of the coagulum. Weighing is a technique well known to those skilled in the art.
-9La masse de mélange-maître ciblée mMBc est fixée arbitrairement au début de la mise en œuvre du procédé de l’invention. Elle dépend de la quantité de mélange maître que l’on souhaite obtenir.The targeted masterbatch mass m MBc is arbitrarily fixed at the start of the implementation of the method of the invention. It depends on the quantity of masterbatch that one wishes to obtain.
I. 3 Mesure du taux de solide dans un latex d’élastomère et dans une dispersion aqueuse de charge polymérique.I. 3 Measurement of the level of solid in an elastomer latex and in an aqueous dispersion of polymeric filler.
La mesure du taux de solide (aussi appelé extrait sec ou fraction massique) d’un latex d’élastomère ou d’une dispersion aqueuse d’une charge polymérique est réalisée à l’aide d’une thermobalance de marque SARTORIUS, modèle MA35 et du protocole fourni par le constructeur.The measurement of the solid content (also called dry extract or mass fraction) of an elastomer latex or of an aqueous dispersion of a polymeric filler is carried out using a SARTORIUS brand thermobalance, model MA35 and of the protocol supplied by the manufacturer.
Brièvement, ce protocole comprend les étapes suivantes :Briefly, this protocol includes the following steps:
- Démarrer la thermobalance et sélectionner le mode de mesure automatique de l’extraite sec pour une température de 150°C ; le réglage des conditions de mesure s’effectue selon le protocole fourni avec la thermobalance;- Start the thermobalance and select the automatic measurement mode of the dry extract for a temperature of 150 ° C; the measurement conditions are adjusted according to the protocol supplied with the thermobalance;
- Ouvrir le capot de la thermobalance et introduire une coupelle en aluminium adaptée à l’appareil ;- Open the hood of the thermobalance and introduce an aluminum cup adapted to the device;
- Réaliser la tare ;- Carry out the tare;
- Introduire, dans la coupelle, 3 mL du latex d’élastomère à étudier ou de dispersion aqueuse de charge polymérique à étudier;- Introduce, into the cup, 3 mL of the elastomer latex to be studied or of aqueous dispersion of polymeric charge to be studied;
- Fermer le capot de la thermobalance et attendre l’affichage de l’extrait sec en pourcentage en poids de solide lorsque la mesure est terminée.- Close the thermobalance cover and wait for the display of the dry extract in percentage by weight of solid when the measurement is complete.
II. DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTION o Procédé d’obtention d’un coagulumII. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION o Method for obtaining a coagulum
L’invention concerne un procédé d’obtention d’un coagulum à base d’au moins un élastomère et d’au moins une charge polymérique, ledit procédé comprenant les étapes suivantes :The invention relates to a process for obtaining a coagulum based on at least one elastomer and at least one polymeric filler, said process comprising the following steps:
disposer d’au moins un latex d’élastomère ayant un potentiel Zêta Zi, disposer d’au moins une dispersion aqueuse d’une charge polymérique ayant un potentiel Zêta Z2, le potentiel Zêta Z2 étant de signe opposé au potentiel Zêta Zi et la différence des potentiels Zêta Z2 et Zêta Zi, en valeur absolue, étant supérieure ou égale à 20 mV, mettre en contact et mélanger le latex d’élastomère et la dispersion aqueuse de charge polymérique pour obtenir un coagulum, récupérer le coagulum.having at least one elastomer latex having a Zeta Zi potential, having at least one aqueous dispersion of a polymeric filler having a Zeta Z 2 potential, the Zeta Z 2 potential being of opposite sign to the Zeta Zi potential and the difference in Zeta Z 2 and Zeta Zi potentials, in absolute value, being greater than or equal to 20 mV, bringing the elastomer latex and the aqueous dispersion of polymeric charge into contact and mixing to obtain a coagulum, recovering the coagulum.
-10Par expression « composition à base de », on entend une composition comportant le mélange et/ou le produit de réaction in situ des différents constituants utilisés, certains de ces constituants étant susceptibles de, ou destinés à réagir entre eux, aux moins en partie, lors des différentes phases de fabrication de la composition, ou lors de la cuisson ultérieure, modifiant la composition telle qu’elle est préparée au départ. Ainsi, les compositions telles que mises en œuvre pour l’invention peuvent être différentes à l’état non réticulé et à l’état réticulé.By expression "composition based on" is meant a composition comprising the mixture and / or the in situ reaction product of the various constituents used, some of these constituents being capable of, or intended to react with each other, at least in part , during the various phases of manufacturing the composition, or during subsequent cooking, modifying the composition as it is prepared at the start. Thus, the compositions as used for the invention may be different in the non-crosslinked state and in the crosslinked state.
Dans la présente description, sauf indication expresse différente, tous les pourcentages (%) indiqués sont des pourcentages en masse.In the present description, unless expressly indicated otherwise, all the percentages (%) indicated are percentages by mass.
Par ailleurs, 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).In addition, any range of values designated by the expression "between a and b" represents the range of values going from more than "a" to less than "b" (ie limits a and b excluded) while any range of values designated by the expression "from a to b" signifies the range of values going from "a" to "b" (that is to say including the strict limits a and b).
L'abréviation « pce » (usuellement « phr » en anglais pour « per hundred part of rubber ») signifie parties en poids pour cent parties en poids d’élastomère(s) présent(s) dans la composition de caoutchouc.The abbreviation "pce" (usually "phr" in English for "per hundred part of rubber") means parts by weight per hundred parts by weight of elastomer (s) present in the rubber composition.
Dans le cadre de l’invention, les composés, les réactifs et autres composants mentionnés dans la description, peuvent être d'origine fossile ou biosourcée. 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. Sont concernés notamment les monomères, les polymères, les plastifiants, les charges, etc.In the context of the invention, the compounds, the reagents and other components mentioned in the description, can be of fossil or biobased origin. In the latter case, they can be, partially or totally, from biomass or obtained from renewable raw materials from biomass. Are concerned in particular monomers, polymers, plasticizers, fillers, etc.
Par « coagulum » au sens de la présente invention, on entend le produit obtenu après coagulation, c’est-à-dire le rassemblement de particules de solutions colloïdales qui se soudent en une masse unique.By “coagulum” within the meaning of the present invention, is meant the product obtained after coagulation, that is to say the collection of particles of colloidal solutions which weld in a single mass.
X Latex d’élastomère ayant un potentiel Zêta Zy :X Elastomer latex with Zeta Zy potential:
Le procédé de l’invention comprend au moins une étape au cours de laquelle on dispose d’au moins latex d’élastomère ayant un potentiel ΖμThe method of the invention comprises at least one step during which there is at least one elastomer latex having a potential Ζμ
Par «latex d’élastomère», on entend au sens de la présente invention un élastomère se présentant sous forme de particules d’élastomère dispersées dans de l’eau ou dans une solution aqueuse.For the purposes of the present invention, the term “elastomer latex” means an elastomer which is in the form of elastomer particles dispersed in water or in an aqueous solution.
L’élastomère peut être un élastomère naturel, comme le caoutchouc naturel, ou bien un élastomère synthétique. De préférence, l’élastomère est un élastomère synthétique.The elastomer can be a natural elastomer, such as natural rubber, or a synthetic elastomer. Preferably, the elastomer is a synthetic elastomer.
L’élastomère peut résulter de la polymérisation d’au moins un monomère éthylénique.The elastomer can result from the polymerization of at least one ethylenic monomer.
Par « monomère éthylénique », on entend au sens de la présente invention, un monomère qui comprend au moins une liaison éthylénique, c’est-à-dire au moins uneBy "ethylenic monomer" is meant within the meaning of the present invention, a monomer which comprises at least one ethylenic bond, that is to say at least one
- il double liaison carbone-carbone. Un monomère éthylénique peut également comprendre plusieurs liaisons éthyléniques conjuguées ou non. On peut citer comme monomère éthylénique à titre d’exemples non-exclusifs : l’éthylène, les monomères α-oléfmes tels que le propylène, le 1-butène, l’isobutylène, le pentène, le méthylpentène, le 1-héxène, etc., les monomères diéniques conjugués ou non, les monomères vinyliques aromatiques ou non aromatiques.- it has a carbon-carbon double bond. An ethylenic monomer can also comprise several ethylenic bonds, conjugated or not. Mention may be made, as ethylenic monomer, by way of non-exclusive examples: ethylene, α-olefin monomers such as propylene, 1-butene, isobutylene, pentene, methylpentene, 1-hexene, etc. ., diene monomers, conjugated or not, vinyl aromatic or non-aromatic monomers.
L’élastomère utilisée dans le procédé de l’invention peut donc être un homopolymère d’un monomère éthylénique ou bien être un copolymère d’au moins deux monomères éthyléniques, c’est-à-dire résulter de la polymérisation d’au moins deux monomères éthyléniques différents l’un de l’autre. Le terme copolymère inclue également par exemple les terpolymères.The elastomer used in the process of the invention can therefore be a homopolymer of an ethylenic monomer or else be a copolymer of at least two ethylenic monomers, that is to say result from the polymerization of at least two ethylenic monomers different from each other. The term copolymer also includes, for example, terpolymers.
De préférence, l’élastomère est choisi parmi les élastomères diéniques, c’està-dire les polymères résultant de la polymérisation d’au moins un monomère éthylénique comprenant plusieurs liaisons éthyléniques conjuguées, et les copolymères résultant de la polymérisation d’au moins un monomère éthylénique et d’un monomère vinylique, notamment les copolymères résultant de la polymérisation d’au moins un monomère éthylénique et d’un monomère ester vinylique d’acide carboxylique.Preferably, the elastomer is chosen from diene elastomers, that is to say the polymers resulting from the polymerization of at least one ethylenic monomer comprising several conjugated ethylenic bonds, and the copolymers resulting from the polymerization of at least one monomer ethylenic and a vinyl monomer, in particular the copolymers resulting from the polymerization of at least one ethylenic monomer and of a vinyl ester monomer of carboxylic acid.
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).By "elastomer or diene rubber" must be understood in a known manner an elastomer derived at least in part (i.e., a homopolymer or a copolymer) from diene monomers (monomers carrying two carbon-carbon double bonds, conjugated or not).
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'alphaoléfines 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'of gine diénique (diènes conjugués) qui est supéf eur à 50%.These diene elastomers can be classified into two categories: "essentially unsaturated" or "essentially saturated". In general, the term “essentially unsaturated” means a diene elastomer derived at least in part from conjugated diene monomers, having a proportion of units or units of diene origin (conjugated dienes) which is greater than 15% (% by moles); This is how diene elastomers such as butyl rubbers or copolymers of dienes and of alphaolefins of the EPDM type do not enter into the preceding definition and can be qualified in particular as “essentially saturated” diene elastomers (rate of units d weak or very weak diene origin, always less than 15%). In the category of “essentially unsaturated” diene elastomers, the expression “highly unsaturated” diene elastomer is understood in particular to mean a diene elastomer having a level of diene origin units (conjugated dienes) which is greater than 50%.
Ces définitions étant données, on entend plus particulièrement par élastomère diénique susceptible d'être utilisé dans le cadre de l'invention:These definitions being given, the term “diene elastomer capable of being used in the context of the invention” more particularly means:
(a) tout homopolymère obtenu par polymérisation d'un monomère diène conjugué ayant de 4 à 12 atomes de carbone;(a) any homopolymer obtained by polymerization of a conjugated diene monomer having from 4 to 12 carbon atoms;
(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;(b) any copolymer obtained by copolymerization of one or more dienes conjugated together or with one or more vinyl aromatic compounds having from 8 to 20 carbon atoms;
- 12(c) un copolymère ternaire obtenu par copolymérisation d'éthylène, d'une a-oléfme ayant 3 à 6 atomes de carbone avec un monomère diène non conjugué ayant de 6 à 12 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;- 12 (c) a ternary copolymer obtained by copolymerization of ethylene, of an α-olefin having 3 to 6 carbon atoms with a non-conjugated diene monomer having of 6 to 12 carbon atoms, such as for example the elastomers obtained with starting from ethylene, from propylene with a non-conjugated diene monomer of the aforementioned type such as in particular 1,4-hexadiene, ethylidene norbornene, dicyclopentadiene;
(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.(d) a copolymer of isobutene and isoprene (butyl rubber), as well as the halogenated versions, in particular chlorinated or brominated, of this type of copolymer.
A titre de diènes conjugués conviennent notamment le butadiène-1,3, le 2-méthyl-l,3-butadiène, les 2,3-di(alkyle en Cl-C5)-l,3-butadiènes tels que par exemple le 2,3-diméthyl-l,3-butadiène, le 2,3-diéthyl-l,3-butadiène, le 2-méthyl-3-éthyl-l,3-butadiène, le 2-méthyl-3-isopropyl-l,3-butadiène, un aryl-l,3-butadiène, le 1,3-pentadiène, le 2,4-hexadiène. A titre de composés vinylaromatique 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.As conjugated dienes, 1,3-butadiene, 2-methyl-1,3-butadiene, 2,3-di (C1-C5 alkyl) -1,3-butadienes such as, for example, are suitable. , 3-dimethyl-1,3-butadiene, 2,3-diethyl-1,3-butadiene, 2-methyl-3-ethyl-1,3-butadiene, 2-methyl-3-isopropyl-1, 3-butadiene, an aryl-1,3-butadiene, 1,3-pentadiene, 2,4-hexadiene. Examples of vinyl aromatic compounds are styrene, ortho-, meta-, para-methylstyrene, the commercial “vinyl-toluene” mixture, para-tertiobutylstyrene, methoxystyrenes, chlorostyrenes, vinyl mesitylene, divinylbenzene, vinylnaphthalene.
Les copolymères peuvent contenir entre 99% et 20% en poids d'unités diéniques et entre 1% et 80% en poids d'unités vinylaromatique.The copolymers can contain between 99% and 20% by weight of diene units and between 1% and 80% by weight of vinyl aromatic units.
Les élastomères précités 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, 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.The aforementioned elastomers may have any microstructure which is a function of the polymerization conditions used, in particular the presence or absence of a modifying and / or randomizing agent and the quantities of modifying and / or randomizing agent used. The elastomers can be, for example, block, statistical, sequenced, microsequenced, and be prepared in dispersion or in solution; they can be coupled and / or starred or functionalized with a coupling and / or star-forming or functionalizing agent.
L’élastomère utilisé dans le cadre de l’invention peut également être un copolymère résultant de la polymérisation d’au moins un monomère éthylénique et d’un monomère vinylique. Le monomère vinylique peut être aromatique ou non aromatique, de préférence non aromatique. Avantageusement, le monomère vinylique peut être choisi parmi les esters vinyliques d’acides carboxyliques, notamment les esters vinyliques d’acides carboxyliques en C2-C8, de préférence les esters vinyliques d’acides carboxyliques en C2-C4, de manière encore plus préférée sont choisis parmi l’acétate de vinyle et le propionate de vinyle.The elastomer used in the context of the invention may also be a copolymer resulting from the polymerization of at least one ethylenic monomer and a vinyl monomer. The vinyl monomer can be aromatic or non-aromatic, preferably non-aromatic. Advantageously, the vinyl monomer can be chosen from vinyl esters of carboxylic acids, in particular vinyl esters of C2-C8 carboxylic acids, preferably vinyl esters of C2-C4 carboxylic acids, even more preferably are chosen from vinyl acetate and vinyl propionate.
Plus préférentiellement, l’élastomère est choisi parmi les polybutadiènes, les polyisoprènes de synthèse, les copolymères de butadiène-styrène, les copolymères de butadiène-isoprène, les copolymères de butadiène-acrylonitrile, les copolymères d’isoprène-styrène, les copolymères de butadiène-styrène-isoprène et les copolymères d’éthylène et d’esters vinyliques d’acides carboxyliques en C2-C4.More preferably, the elastomer is chosen from polybutadienes, synthetic polyisoprenes, butadiene-styrene copolymers, butadiene-isoprene copolymers, butadiene-acrylonitrile copolymers, isoprene-styrene copolymers, butadiene copolymers -styrene-isoprene and copolymers of ethylene and vinyl esters of C2-C4 carboxylic acids.
- 13 Le latex d’élastomère synthétique peut consister en un élastomère synthétique déjà disponible sous forme d’émulsion (par exemple un copolymère de butadiène et de styrène SBR synthétisé en émulsion ou un copolymère d’éthylène et acétate de vinyle (EVA) synthétisé en émulsion), ou en un élastomère synthétique synthétisé en solution (par exemple un SBR préparé en solution ou en EVA préparé en solution) qui est émulsifié dans un mélange de solvant organique et d’eau, généralement au moyen d’un agent tensioactif ionique.- 13 The synthetic elastomer latex may consist of a synthetic elastomer already available in the form of an emulsion (for example a copolymer of butadiene and styrene SBR synthesized in emulsion or a copolymer of ethylene and vinyl acetate (EVA) synthesized in emulsion), or a synthetic elastomer synthesized in solution (for example an SBR prepared in solution or in EVA prepared in solution) which is emulsified in a mixture of organic solvent and water, generally by means of an ionic surfactant.
Les latex d’élastomères utilisées dans le cadre de l’invention et notamment les latex d’élastomères préférés, peuvent être obtenus notamment par polymérisation radicalaire en émulsion en phase aqueuse. Cette technique est bien connue de l’homme du métier. De préférence, les latex d’élastomères utilisées dans le cadre de l’invention et notamment les latex d’élastomères préférés, sont obtenus notamment par polymérisation radicalaire en émulsion en phase aqueuse et en présence d’au moins un tensioactif ionique. Les tensioactifs ioniques tels que les tensioactifs cationiques et anioniques sont des composés également bien connus de l’homme du métier. Suivant le type de tensioactif utilisé lors de la synthèse de l’élastomère ou bien utilisé pour émulsifier un élastomère en solution, le potentiel Zêta Zi du latex d’élastomère pourra être positif ou négatif. On parlera alors de latex d’élastomère anionique ou cationique. Par exemple, lorsqu’un tensioactif anionique est utilisé lors de la synthèse de l’élastomère ou pour émulsifier un élastomère en solution, le potentiel Zêta Zi du latex d’élastomère est strictement inférieur à OmV et la valeur absolue du potentiel est supérieure ou égale à 10 mV ; le latex d’élastomère est un latex d’élastomère anionique. Inversement, lorsqu’un tensioactif cationique est utilisé lors de lors de la synthèse de l’élastomère ou pour émulsifier un élastomère en solution, le potentiel Zêta Zi du latex d’élastomère sera strictement supérieur à 0 mV et la valeur absolue de ce potentiel est supérieure ou égale à 10 mV ; le latex d’élastomère est un latex d’élastomère cationique. La limite de la valeur absolue (i.e. 10 mV) permet notamment, de s’assurer de la stabilité de la mesure de potentiel Zêta effectuée.The latexes of elastomers used in the context of the invention and in particular the latexes of preferred elastomers can be obtained in particular by radical emulsion polymerization in aqueous phase. This technique is well known to those skilled in the art. Preferably, the latexes of elastomers used in the context of the invention and in particular the latexes of preferred elastomers, are obtained in particular by radical polymerization in emulsion in aqueous phase and in the presence of at least one ionic surfactant. Ionic surfactants such as cationic and anionic surfactants are compounds also well known to those skilled in the art. Depending on the type of surfactant used during the synthesis of the elastomer or else used to emulsify an elastomer in solution, the Zeta Zi potential of the elastomer latex may be positive or negative. We will then speak of anionic or cationic elastomer latex. For example, when an anionic surfactant is used during the synthesis of the elastomer or to emulsify an elastomer in solution, the Zeta Zi potential of the elastomer latex is strictly less than OmV and the absolute value of the potential is greater than or equal at 10 mV; elastomer latex is an anionic elastomer latex. Conversely, when a cationic surfactant is used during the synthesis of the elastomer or to emulsify an elastomer in solution, the Zeta Zi potential of the elastomer latex will be strictly greater than 0 mV and the absolute value of this potential is greater than or equal to 10 mV; the elastomer latex is a cationic elastomer latex. The absolute value limit (i.e. 10 mV) allows in particular to ensure the stability of the Zeta potential measurement carried out.
Des latex d’élastomères et leur procédés d’obtention sont bien connu de l’homme du métier et sont disponibles commercialement notamment auprès de fournisseurs tel qu’Arkema, Synthos, Synthomer, Celanese, etc.Elastomer latexes and their production methods are well known to the skilled person and are commercially available in particular from suppliers such as Arkema, Synthos, Synthomer, Celanese, etc.
De préférence, le latex d’élastomère présente un taux de solide d’au moins 35% en poids par rapport au poids total du latex d’élastomère. Ce taux peut être notamment mesuré selon la méthode décrite au paragraphe 1.3.Preferably, the elastomer latex has a solid content of at least 35% by weight relative to the total weight of the elastomer latex. This rate can in particular be measured according to the method described in paragraph 1.3.
V Dispersion aqueuse d’une charge polymérique ayant un potentiel Zêta 2V Aqueous dispersion of a polymeric filler with Zeta 2 potential
Le procédé de l’invention comprend au moins une étape au cours de laquelle on dispose d’au moins d’une dispersion aqueuse d’une charge polymérique ayant un potentiel Z2, le potentiel Zêta Z2 étant de signe opposé au potentiel Zêta Zi et laThe method of the invention comprises at least one step during which there is at least one aqueous dispersion of a polymeric filler having a Z 2 potential, the Zeta Z 2 potential being of opposite sign to the Zeta Zi potential. and the
- 14différence des potentiels Zêta Z2 et Zêta Zi, en valeur absolue, étant supérieure ou égale à 20 mV, de préférence étant supérieure ou égale à 30 mV.- 14 difference of Zeta Z 2 and Zeta Zi potentials, in absolute value, being greater than or equal to 20 mV, preferably being greater than or equal to 30 mV.
Par « charge polymérique » on entend une charge, telle que utilisée usuellement en formulation (c’est-à-dire une substance ajoutée dans une matrice en vue d’en modifier certaines de ces propriétés), comprenant un, notamment étant essentiellement constitué d’un ou constitué d’un, polymère réticulé, et éventuellement fonctionnalisé. De préférence, la charge polymérique est constituée d’un polymère réticulé et fonctionnalisé.By “polymeric filler” is meant a filler, as commonly used in formulation (that is to say a substance added to a matrix with a view to modifying some of these properties), comprising a, in particular consisting essentially of 'one or consisting of a crosslinked polymer, and optionally functionalized. Preferably, the polymeric filler consists of a crosslinked and functionalized polymer.
Par « polymère réticulé», on entend au sens de la présente invention, un polymère sous forme d’un réseau obtenu par l’établissement de ponts entre les chaînes macromoléculaires du polymère. Ces chaînes reliées entre elles sont pour la plupart distribuées dans les trois dimensions de l'espace. Un polymère réticulé forme un réseau tridimensionnel. Dans la pratique, la formation d'un réseau de polymère est assurée par un test de solubilité. On peut s'assurer qu'un réseau de polymères a été forme en plaçant le réseau de polymère dans un solvant connu pour dissoudre les polymères non réticulés de même nature chimique. Si le polymère gonfle au lieu de se dissoudre, l'homme du métier sait qu'un réseau a été formé.By "crosslinked polymer" is meant in the sense of the present invention, a polymer in the form of a network obtained by the establishment of bridges between the macromolecular chains of the polymer. These interconnected chains are for the most part distributed in the three dimensions of space. A crosslinked polymer forms a three-dimensional network. In practice, the formation of a polymer network is ensured by a solubility test. It can be ensured that a network of polymers has been formed by placing the network of polymers in a solvent known to dissolve non-crosslinked polymers of the same chemical nature. If the polymer swells instead of dissolving, those skilled in the art know that a network has been formed.
Etant donné que le polymère constitutif de la charge est réticulé, la charge renforçante se présente sous la forme de particules, notamment sous la forme de nanoparticules c’est-à-dire sous la forme de particules dont la dimension principale est inférieure à un pm.Since the polymer constituting the filler is crosslinked, the reinforcing filler is in the form of particles, in particular in the form of nanoparticles, that is to say in the form of particles whose main dimension is less than one μm .
Par « dispersion aqueuse de charge polymérique », on entend au sens de la présente invention, une charge polymérique se présentant sous forme de particules, notamment sous la forme de nanoparticules c’est-à-dire sous la forme de particules dont la dimension principale est inférieure à un pm, lesdites particules étant dispersées dans l’eau ou dans une solution aqueuse.By “aqueous dispersion of polymeric filler”, is understood within the meaning of the present invention, a polymeric filler being in the form of particles, in particular in the form of nanoparticles that is to say in the form of particles whose main dimension is less than one pm, said particles being dispersed in water or in an aqueous solution.
La dispersion aqueuse de charge polymérique est choisie de manière à ce que son potentiel Zêta Z2 soit de signe opposé au potentiel Zêta Zi du latex d’élastomère auquel on souhaite ajouté la charge et que la différence des potentiels Zêta Z2 et Zi, en valeur absolue, soit supérieure ou égale à 20 mV, de préférence supérieure ou égale à 30 mV.The aqueous dispersion of polymeric filler is chosen so that its Zeta Z 2 potential is of opposite sign to the Zeta Zi potential of the elastomer latex to which the filler is to be added and that the difference in Zeta Z 2 and Zi potentials, in absolute value, either greater than or equal to 20 mV, preferably greater than or equal to 30 mV.
De préférence, la dispersion aqueuse de charge polymérique est obtenue par polymérisation radicalaire en émulsion en phase aqueuse. Cette technique est bien connue de l’homme du métier.Preferably, the aqueous dispersion of polymeric filler is obtained by radical emulsion polymerization in the aqueous phase. This technique is well known to those skilled in the art.
De manière plus préférée, la dispersion aqueuse de charge polymérique est obtenue par polymérisation radicalaire en émulsion en phase aqueuse et en présence d’un tensioactif ionique. Suivant le type de tensioactifs utilisés, le potentiel Zêta Z2 de la dispersion de charge polymérique pourra être positif ou négatif. On parle alors de dispersion aqueuse de charge polymérique anionique ou de dispersion aqueuse de charge polymérique cationique. Par exemple, lorsqu’un tensioactif anionique est utilisé lors deMore preferably, the aqueous dispersion of polymeric filler is obtained by radical emulsion polymerization in the aqueous phase and in the presence of an ionic surfactant. Depending on the type of surfactants used, the Zeta Z 2 potential of the polymeric charge dispersion may be positive or negative. We then speak of an aqueous dispersion of anionic polymeric charge or of an aqueous dispersion of cationic polymeric charge. For example, when an anionic surfactant is used when
- 15 l’obtention de la dispersion aqueuse de charge polymérique, le potentiel Zêta Z2 est strictement inférieur à 0 mV et la valeur absolue du potentiel est supérieure ou égale à lOmV, la dispersion aqueuse est une dispersion aqueuse de charge polymérique anionique. Inversement, lorsqu’un tensioactif cationique est utilisé lors de l’obtentionde la dispersion aqueuse de charge polymérique, le potentiel Zêta Z2 est strictement supérieur à 0 mV et la valeur absolue de ce potentiel est supérieure ou égale à 10 mV, la dispersion aqueuse est une dispersion aqueuse de charge polymérique cationique. La limite de la valeur absolue (i.e. 10 mV) permet notamment, de s’assurer de la stabilité de la mesure de potentiel Zêta effectuée.Obtaining the aqueous dispersion of polymeric charge, the Zeta Z 2 potential is strictly less than 0 mV and the absolute value of the potential is greater than or equal to 10 mV, the aqueous dispersion is an aqueous dispersion of anionic polymeric charge. Conversely, when a cationic surfactant is used when obtaining the aqueous dispersion of polymeric charge, the Zeta Z 2 potential is strictly greater than 0 mV and the absolute value of this potential is greater than or equal to 10 mV, the aqueous dispersion is an aqueous dispersion of cationic polymeric charge. The limit of the absolute value (ie 10 mV) makes it possible in particular to ensure the stability of the Zeta potential measurement carried out.
Les charges polymériques utilisées dans le cadre de la présente invention sont connues de l’homme du métier et sont notamment décrites, ainsi que leur procédé de synthèse, dans les documents US2004/0044135, EPI 149867, EP1298166,The polymeric fillers used in the context of the present invention are known to those skilled in the art and are in particular described, as well as their method of synthesis, in documents US2004 / 0044135, EPI 149867, EP1298166,
W02006/069792 et W02008/003434.W02006 / 069792 and W02008 / 003434.
De préférence, la charge polymérique comprend un, notamment est constituée d’un, polymère vinylique fonctionnalisé et réticulé.Preferably, the polymeric filler comprises one, in particular consists of a functionalized and crosslinked vinyl polymer.
Par « polymère vinylique », on entend un polymère résultant de la polymérisation d’au moins un monomère vinylique, c’est-à-dire d’un monomère porteur d’un groupement vinyle (CH2=CH-) ou d’un groupement vinylidène (CH2=C<).By “vinyl polymer” is meant a polymer resulting from the polymerization of at least one vinyl monomer, that is to say a monomer carrying a vinyl group (CH 2 = CH-) or a vinylidene group (CH 2 = C <).
Plus préférentiellement, le polymère vinylique fonctionnalisé et réticulé résulte de la copolymérisation d’au moins :More preferably, the functionalized and crosslinked vinyl polymer results from the copolymerization of at least:
- un monomère Ml vinylique aromatique ou non aromatique,- an aromatic or non-aromatic vinyl monomer M1,
- un monomère M2 ayant un groupe insaturé polymérisable et au moins un groupe fonctionnel choisi dans le groupe constitué par un groupe époxy, un groupe hydroxysilyle, un groupe alcoxysilyle, un groupe hydroxyle, un groupe amino et un groupe carbonyle (notamment un groupe acide carboxylique) , eta M2 monomer having a polymerizable unsaturated group and at least one functional group chosen from the group consisting of an epoxy group, a hydroxysilyl group, an alkoxysilyl group, a hydroxyl group, an amino group and a carbonyl group (in particular a carboxylic acid group ), and
- un monomère M3 réticulant ayant au moins deux groupes insaturés polymérisables.- A crosslinking monomer M3 having at least two polymerizable unsaturated groups.
Par « groupe polymérisable », on entend un atome ou ensemble d’atome faisant partie d’un monomère capable de réagir par voie radicalaire pour former un polymère. Par exemple, une double liaison carbone-carbone, un groupe acrylate ou méthacrylate sont des groupes insaturés polymérisables au sens de la présente invention.By "polymerizable group" is meant an atom or set of atoms forming part of a monomer capable of reacting radically to form a polymer. For example, a carbon-carbon double bond, an acrylate or methacrylate group are polymerizable unsaturated groups within the meaning of the present invention.
Préférentiellement, le monomère Ml peut être choisi parmi les alcools vinyliques, les éthers vinyliques, l’acrylonitrile, le méthacrylonitrile, les esters de vinyles C2-C8, les acrylates d’alkyles en C1-C12, les méthacrylates d’alkyles en C1-C12 et les composés styréniques (tel que le styrène, le 2-méthylstyrène, le 3-méthylstryrène, l’éthylvinylbenzéne, le divinylbenzéne)).Preferably, the monomer M1 can be chosen from vinyl alcohols, vinyl ethers, acrylonitrile, methacrylonitrile, vinyl esters C2-C8, alkyl acrylates C1-C12, alkyl methacrylates C1- C12 and styrenic compounds (such as styrene, 2-methylstyrene, 3-methylstryrene, ethylvinylbenzene, divinylbenzene)).
Préférentiellement, le monomère M2 peut être choisi parmi les acrylates et méthacrylates d'hydroxysilyl-alkyl(Ci-C4), les acrylates et méthacrylates d'alkoxy(Ci-C4)silyl-alkyl(Ci-C4), le méthacrylate de glycidyle.Preferably, the monomer M2 can be chosen from the acrylates and methacrylates of hydroxysilyl-alkyl (Ci-C4), the acrylates and methacrylates of alkoxy (Ci-C4) silyl-alkyl (Ci-C4), glycidyl methacrylate.
- 16Préférentiellement, le monomère M3 peut être choisi parmi les diacrylates de polyols ou les diméthacrylates de polyols, notamment de diols ou de triols (par exemple d'éthylène glycol, de propylène glycol, 1,4-butanediol, 1,6-hexanediol, triméthylolpropane), les diacrylamides d’alkylène ou diméthacrylamides d’alkylène (par exemple le bis-acrylamide de méthylène), les composés vinylaromatiques, de préférence styréniques, porteurs d'au moins deux groupements vinyliques (par exemple le diisopropenylbenzène (DIB), le divinylbenzène (DVB), le trivinylbenzène (TVB))Preferably, the monomer M3 can be chosen from polyac diacrylates or polyol dimethacrylates, in particular diols or triols (for example ethylene glycol, propylene glycol, 1,4-butanediol, 1,6-hexanediol, trimethylolpropane), alkylene diacrylamides or alkylene dimethacrylamides (for example methylene bis-acrylamide), vinylaromatic compounds, preferably styrenic, carrying at least two vinyl groups (for example diisopropenylbenzene (DIB), divinylbenzene (DVB), trivinylbenzene (TVB))
De manière plus préférée, le polymère vinylique fonctionnalisé et réticulé résulte de la copolymérisation d’au moins :More preferably, the functionalized and crosslinked vinyl polymer results from the copolymerization of at least:
un monomère Ml choisi parmi le styrène et l’éthylvinylbenzéne, un monomère M2 choisi parmi le méthacrylate de triméthoxysilylpropyle (en abrégé MTSP), l’acrylate de triméthoxysilylpropyle (ATSP) et le triméthoxysilyléthylstyrène (TSES), le styryléthyl-triméthoxysilane et le méthacrylate de glycidyle, et un monomère M3 choisi parmi le diisopropenylbenzène, le divinylbenzène et le trivinylbenzène.an Ml monomer chosen from styrene and ethylvinylbenzene, an M2 monomer chosen from trimethoxysilylpropyl methacrylate (abbreviated to MTSP), trimethoxysilylpropyl acrylate (ATSP) and trimethoxysilylethylstyrene (TSES), styrylethyl-trimethoxylate glycidyl, and a monomer M3 chosen from diisopropenylbenzene, divinylbenzene and trivinylbenzene.
De préférence, la quantité de charge polymérique lors de sa mise en contact avec le latex d’élastomère va de 20 à 50 parties en poids pour cent parties d’élastomère.Preferably, the quantity of polymeric filler when it is brought into contact with the elastomer latex ranges from 20 to 50 parts by weight per hundred parts of elastomer.
De préférence, la charge polymérique est une charge polymérique renforçante.Preferably, the polymeric filler is a reinforcing polymeric filler.
Par « charge renforçante polymérique », on entend une charge polymérique d’origine synthétique, comprenant un, notamment constituée d’un, polymère fonctionnalisé et réticulé, qui ajoutée à un élastomère permet d’en améliorer ses propriétés. Une telle charge est capable de remplacer les noirs de carbone conventionnels pour pneumatique. Au sens de la présente invention, le noir de carbone n’est pas considéré comme une charge polymérique. En effet, les noirs de carbone ne sont pas constitués d’un enchaînement d’unités monomère qui forment un polymère mais simplement d’un enchaînement d’atomes de carbone. Le polymère constitutif de la charge renforçante est fonctionnalisé de manière à pouvoir interagir directement ou indirectement avec l’élastomère auquel il est ajouté pour améliorer ses propriétés. Les propriétés de renforcement de la charge polymérique peuvent être mesurées par toute technique connue de l’homme du métier notamment par mesure des propriétés dynamiques d’une composition à laquelle la charge polymérique renforçante a été introduite et en traçant les courbes module/allongement. La mesure des propriétés dynamiques s’effectue selon la norme NF T-46-002 de septembre 1988.By "reinforcing polymeric filler" is meant a polymeric filler of synthetic origin, comprising a, in particular consisting of a functionalized and crosslinked polymer, which added to an elastomer makes it possible to improve its properties. Such a charge is capable of replacing conventional carbon blacks for tires. For the purposes of the present invention, carbon black is not considered to be a polymeric filler. Indeed, carbon blacks do not consist of a chain of monomer units which form a polymer but simply of a chain of carbon atoms. The polymer constituting the reinforcing filler is functionalized so as to be able to interact directly or indirectly with the elastomer to which it is added to improve its properties. The reinforcing properties of the polymeric filler can be measured by any technique known to those skilled in the art, in particular by measuring the dynamic properties of a composition into which the reinforcing polymeric filler has been introduced and by plotting the modulus / elongation curves. The dynamic properties are measured according to standard NF T-46-002 of September 1988.
- 17•f Etape de mise en contact et de mélange du latex d’élastomère et de la dispersion aqueuse de charge polymérique- 17 • f Step for bringing into contact and mixing the elastomer latex and the aqueous dispersion of polymeric filler
La mise en contact du latex d’élastomère et de la dispersion aqueuse de charge polymérique et leur mélange permet notamment une coagulation spontanée (instantanée) de ces deux dispersions (c’est-à-dire du latex d’élastomère et de la dispersion aqueuse de charge polymérique) et l’obtention d’un coagulum.Bringing the elastomer latex into contact with the aqueous dispersion of polymeric filler and mixing them in particular allows spontaneous (instantaneous) coagulation of these two dispersions (that is to say the elastomer latex and the aqueous dispersion of polymeric charge) and obtaining a coagulum.
Pour réaliser la mise en contact et le mélange de ces deux dispersions, il est possible d’utiliser tout type d’appareil permettant un mélange efficace de deux produits en phase liquide. Ainsi on pourra utiliser un mélangeur statique tel que ceux commercialisés par les sociétés Noritake Co., Limited, TAH aux USA, KOFLO aux USA, ou TOKUSHU KIKA KOGYO Co., Ltd. ou un mélangeur réalisant un haut cisaillement tel que des mélangeurs commercialisés par TOKUSHU KIKA KOGYO Co., Ltd., ou par la société PUC en Allemagne, par la société CAVITRON en Allemagne ou par la société SILVERSON au Royaume Uni.To bring these two dispersions into contact and mix, it is possible to use any type of device allowing effective mixing of two products in the liquid phase. So we can use a static mixer such as those sold by the companies Noritake Co., Limited, TAH in the USA, KOFLO in the USA, or TOKUSHU KIKA KOGYO Co., Ltd. or a mixer producing a high shear such as mixers marketed by TOKUSHU KIKA KOGYO Co., Ltd., or by the company PUC in Germany, by the company CAVITRON in Germany or by the company SILVERSON in the United Kingdom.
Lors de cette phase, un coagulum à base d’élastomère et de charge polymérique se forme soit sous forme d’un seul élément solide dans la solution, soit sous forme de plusieurs éléments solides séparés.During this phase, an elastomer-based polymeric coagulum is formed either as a single solid element in the solution or as several separate solid elements.
Le volume de dispersion aqueuse de la charge polymérique dépend du taux de charge polymérique visé pour le coagulum à réaliser, du volume du latex d’élastomère et de leur concentration respective. Ainsi, le volume sera adapté en conséquence, par l’homme du métier et en fonction des différentes applications visées.The volume of aqueous dispersion of the polymeric charge depends on the rate of polymeric charge targeted for the coagulum to be produced, on the volume of the elastomer latex and on their respective concentration. Thus, the volume will be adapted accordingly, by a person skilled in the art and according to the different applications targeted.
Avantageusement, pour obtenir un rendement de coagulation supérieur ou égal à 80 % en masse, il est préférable de choisir un latex d’élastomère présentant un taux de solide d’au moins 35% en poids par rapport au poids total du latex d’élastomère (poids total du latex d’élastomère = poids solution aqueuse + poids de solide) et que la quantité de charge polymérique aille de 20 à 50 pce.Advantageously, to obtain a coagulation yield greater than or equal to 80% by mass, it is preferable to choose an elastomer latex having a solid content of at least 35% by weight relative to the total weight of the elastomer latex (total weight of the elastomer latex = weight of aqueous solution + weight of solid) and the quantity of polymeric filler ranges from 20 to 50 phr.
Préférentiellement, l’étape de mise en contact du latex d’élastomère et de la dispersion aqueuse de charge polymérique et de leur mélange ne nécessite pas l’ajout d’un agent de coagulation. C’est le choix des potentiels Zêta de signe algébrique opposé de ces dispersions ainsi que la différence des potentiels Zêta, en valeur absolue (qui est supérieure ou égale à 20 mV (de préférence supérieure ou égale à 30 mV)), qui permet d’avoir une coagulation instantanée de ces dispersions. En s’affranchissant de l’utilisation d’agent de coagulation, le procédé conforme à l’invention peut être mis en œuvre avec des composés moins toxiques. Par ailleurs, la production de sous-produits de réaction est limitée (pas ou peu de libération de composés COV), et le nombre d’étape permettant d’obtenir le mélange-maître est réduit. Le procédé selon l’invention est donc avantageusement plus simple, plus rapide, moins cher et moins dangereux pour les utilisateurs.Preferably, the step of bringing the elastomer latex into contact with the aqueous dispersion of polymeric filler and their mixture does not require the addition of a coagulation agent. It is the choice of Zeta potentials of opposite algebraic sign of these dispersions as well as the difference of Zeta potentials, in absolute value (which is greater than or equal to 20 mV (preferably greater than or equal to 30 mV)), which allows d 'have instant coagulation of these dispersions. By avoiding the use of coagulation agents, the process according to the invention can be carried out with less toxic compounds. Furthermore, the production of reaction by-products is limited (little or no release of VOC compounds), and the number of steps enabling the masterbatch to be obtained is reduced. The process according to the invention is therefore advantageously simpler, faster, cheaper and less dangerous for users.
- 18Par « ne nécessitant pas l’ajout d’un agent de coagulation » ou « exempt d’ajout de coagulation», on entend au sens de la présente invention que la coagulation s’effectue sans agent de coagulation ou bien en présence d’une quantité d’agent de coagulation inférieure à 0,5 pce. Par « agent de coagulation », on entend au sens de la présente invention, tout additif capable de déstabiliser une émulsion ou une dispersion comprenant des particules dispersées pour coaguler ces particules. Les agents de coagulation sont bien connus de l’homme du métier et peuvent être notamment des sels inorganiques tels que le chlorure de calcium, le chlorure de magnésium, le chlorure d’aluminium, le nitrate d’aluminium, le sulfate d’aluminium, le sulfate de sodium, ou bien des acides tel que les acide nitrique, l’acide chlorhydrique, les acides phosphoriques et les acides sulfuriques. L’agent de coagulation peut aussi être un liquide organique comme un alcool tel que le méthanol ou Tisopropanol, l’acétone.- 18 “By not requiring the addition of a coagulation agent” or “free of the addition of coagulation”, it is understood within the meaning of the present invention that coagulation is carried out without a coagulation agent or else in the presence of an amount of coagulation agent less than 0.5 phr. By "coagulation agent" is meant in the sense of the present invention, any additive capable of destabilizing an emulsion or a dispersion comprising dispersed particles to coagulate these particles. Coagulation agents are well known to those skilled in the art and can in particular be inorganic salts such as calcium chloride, magnesium chloride, aluminum chloride, aluminum nitrate, aluminum sulfate, sodium sulfate, or acids such as nitric acid, hydrochloric acid, phosphoric acids and sulfuric acids. The coagulation agent can also be an organic liquid such as an alcohol such as methanol or Tisopropanol, acetone.
Préférentiellement, le procédé de l’invention peut être mis en œuvre, par exemple, avec un latex d’élastomère anionique, c’est-à-dire ayant un potentiel Zêta Zi négatif, et une dispersion aqueuse de charge polymérique cationique, c’est-à-dire ayant un potentiel Zêta Z2 positif, ou bien avec un latex d’élastomère cationique, c’est-à-dire ayant un potentiel Zêta Zi positif, et une dispersion aqueuse de charge polymérique anionique, c’est-à-dire ayant un potentiel Zêta Z2 négatif à la condition que la différence de ces potentiels Zêta, ΔΖ, ait une valeur absolue |ΔΖ| correspondant à |Z2 - Zi| ; cette valeur |ΔΖ| devant être supérieure ou égale à 20mV, et plus préférentiellement supérieure ou égale à 30 mV. De préférence, le latex d’élastomère est un latex d’élastomère anionique et la dispersion aqueuse de charge polymérique est une dispersion aqueuse de charge polymérique cationique à la condition que la différence des potentiels Zêta du latex d’élastomère et de la dispersion aqueuse de charge polymérique, ΔΖ, ait une valeur absolue |ΔΖ| supérieure ou égale à 20mV, et plus préférentiellement supérieure ou égale à 30 mV.Preferably, the method of the invention can be implemented, for example, with an anionic elastomer latex, that is to say having a negative Zeta Zi potential, and an aqueous dispersion of cationic polymeric charge, it that is to say having a positive Zeta Z 2 potential, or else with a cationic elastomer latex, that is to say having a positive Zeta Zi potential, and an aqueous dispersion of anionic polymeric charge, that is to say ie having a negative Zeta Z 2 potential provided that the difference of these Zeta potentials, ΔΖ, has an absolute value | ΔΖ | corresponding to | Z 2 - Zi | ; this value | ΔΖ | must be greater than or equal to 20mV, and more preferably greater than or equal to 30 mV. Preferably, the elastomer latex is an anionic elastomer latex and the aqueous dispersion of polymeric charge is an aqueous dispersion of cationic polymeric charge provided that the difference of the Zeta potentials of the elastomer latex and of the aqueous dispersion of polymeric charge, ΔΖ, has an absolute value | ΔΖ | greater than or equal to 20 mV, and more preferably greater than or equal to 30 mV.
X Récupération du coagulum forméX Recovery of the coagulum formed
Le ou les solides sont récupérés, par exemple, par filtration ou par centrifugation ou par toute autre technique de séparation liquide/solide bien connue de l’homme du métier.The solid or solids are recovered, for example, by filtration or by centrifugation or by any other liquid / solid separation technique well known to those skilled in the art.
Par exemple, l’opération de filtrage qui peut être réalisée à l’aide d’un tamis de filtration.For example, the filtering operation which can be carried out using a filter screen.
Lorsque le coagulum se présente sous forme de nombreux et petits éléments solides, on peut réaliser de préférence une opération de centrifugation en plus de la première étape de séparation, par exemple en plus d’une étape de filtration.When the coagulum is in the form of numerous and small solid elements, it is preferably possible to carry out a centrifugation operation in addition to the first separation step, for example in addition to a filtration step.
- 19V Additifs- 19V Additives
Le latex d’élastomère et la dispersion aqueuse de charge polymérique peuvent comporter également tout ou partie des additifs usuels habituellement utilisés dans les compositions d’élastomères notamment destinées à la fabrication de pneumatique, en particulier de bandes de roulement, sous réserve que ces additifs ne modifient pas le potentiel Zêta des dispersions. Ces additifs peuvent être, par exemple, des plastifiants ou des huiles d’extension, que ces derniers soient de nature aromatique ou non-aromatique, des pigments, des agents de protection tels que cires anti-ozones, antiozonant chimiques, anti-oxydants, des agents anti- fatigue, des agents de réticulation autres que ceux précités, des résines renforçantes ou des agents plastifiants, des accepteurs (par exemple résine phénolique novolaque) ou des donneurs de méthylène (par exemple HMT (hexaméthylènetétramine) ou H3M (l'hexaméthoxyméthylmélamine)) tels que décrits par exemple dans la demande W002/10269, 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, des activateurs de vulcanisation.The elastomer latex and the aqueous dispersion of polymeric filler may also contain all or part of the usual additives usually used in elastomer compositions in particular intended for the manufacture of tires, in particular treads, provided that these additives do not do not modify the Zeta potential of dispersions. These additives can be, for example, plasticizers or extension oils, whether the latter are of aromatic or non-aromatic nature, pigments, protective agents such as anti-ozone waxes, chemical anti-ozone, anti-oxidants, anti-fatigue agents, crosslinking agents other than those mentioned above, reinforcing resins or plasticizing agents, acceptors (for example phenolic novolak resin) or methylene donors (for example HMT (hexamethylenetetramine) or H3M (hexamethoxymethylmelamine )) as described for example in application W002 / 10269, a crosslinking system based either on sulfur or on sulfur and / or peroxide and or bismaleimide donors, vulcanization accelerators, vulcanization activators.
De préférence, ces dispersions (le latex d’élastomère et la dispersion aqueuse de charge polymérique) comportent à titre d’agent plastifiant préférentiel non aromatique ou très faiblement aromatique, au moins un composé choisi dans le groupe constitué par les huiles naphténiques, paraffiniques, les huiles MES, les huiles TDAE, les esters (en particulier trioléates) de glycérol, les résines plastifiantes hydrocarbonées présentant une haute température de transition vitreuse Tg de préférence supérieure à 30°C, et les mélanges de tels composés.Preferably, these dispersions (the elastomer latex and the aqueous dispersion of polymeric filler) comprise, as preferred non-aromatic or very weakly aromatic plasticizing agent, at least one compound chosen from the group consisting of naphthenic, paraffinic oils, MES oils, TDAE oils, glycerol esters (in particular trioleates), plasticizing hydrocarbon resins having a high glass transition temperature Tg preferably greater than 30 ° C, and mixtures of such compounds.
Ces additifs peuvent également être incorporés après la formation du coagulum.These additives can also be incorporated after the formation of the coagulum.
Il est également possible d’ajouter au milieu, après coagulation, d’autre types de charges différentes de celles décrites ci-dessus tel que par exemple des noirs de carbone ou bien des charges renforçantes inorganiques, telles que de la silice avec des agents de couplage, des activateurs de couplage, des agents de recouvrement.It is also possible to add to the medium, after coagulation, other types of fillers different from those described above such as, for example, carbon blacks or else inorganic reinforcing fillers, such as silica with agents of coupling, coupling activators, recovery agents.
o Coagulumo Coagulum
L’invention porte également sur un coagulum comprenant au moins un élastomère et au moins une charge polymérique, notamment renforçante, obtenu selon le procédé défini ci-dessus.The invention also relates to a coagulum comprising at least one elastomer and at least one polymeric filler, in particular a reinforcing filler, obtained according to the process defined above.
-20o Mélange-maître-20o Masterbatch
Un autre objet de la présente invention concerne un procédé d’obtention d’un mélange-maître comprenant au moins un élastomère et au moins une charge polymérique, notamment renforçante, ledit procédé comprenant les étapes suivantes :Another object of the present invention relates to a process for obtaining a masterbatch comprising at least one elastomer and at least one polymeric filler, in particular a reinforcing filler, said process comprising the following steps:
disposer d’un coagulum tel que défini ci-dessus ou bien obtenu selon le procédé défini précédemment ;have a coagulum as defined above or obtained according to the method defined above;
sécher le coagulum pour obtenir un mélange-maître.dry the coagulum to obtain a masterbatch.
L’étape de séchage peut être effectuée par toute technique de séchage bien connue de l’homme du métier. Elle peut par exemple être réalisée en plaçant le coagulum dans une étuve. Après séchage, le mélange-maître obtenu se présente sous forme de « miettes » (« crumbs » en anglais) de matériau composite comprenant l’élastomère et la charge polymérique, notamment renforçante, dispersée dans la matrice d’élastomère.The drying step can be carried out by any drying technique well known to those skilled in the art. It can for example be carried out by placing the coagulum in an oven. After drying, the masterbatch obtained is in the form of “crumbs” (crumbs) of composite material comprising the elastomer and the polymeric filler, in particular reinforcing filler, dispersed in the elastomer matrix.
Le procédé d’obtention d’un mélange-maître selon l’invention peut s’effectuer de manière continue, aussi bien que de manière discontinue (procédé en « batch »).The process for obtaining a masterbatch according to the invention can be carried out continuously, as well as discontinuously ("batch" process).
Un autre objet de la présente invention concerne un mélange-maître comprenant au moins un coagulum séché et défini précédemment ou un mélange-maître obtenu par le procédé ci-dessus.Another object of the present invention relates to a masterbatch comprising at least one dried and defined coagulum previously or a masterbatch obtained by the above process.
De préférence, les additifs mentionnés précédemment peuvent également être ajoutés avant ou après l’étape de séchage du coagulum.Preferably, the additives mentioned above can also be added before or after the coagulum drying step.
De préférence, le mélange-maître a un taux de charge polymérique, notamment renforçante, allant de 20 à 50 pce.Preferably, the masterbatch has a rate of polymeric charge, in particular reinforcing, ranging from 20 to 50 phr.
o Composition de caoutchouco Rubber composition
Avantageusement, les mélanges-maîtres ainsi réalisés sont susceptibles d’être utilisés dans des compositions de caoutchouc, notamment destinées à la fabrication de pneumatiques.Advantageously, the masterbatches thus produced are capable of being used in rubber compositions, in particular intended for the manufacture of tires.
Ainsi un autre objet de l’invention concerne une composition de caoutchouc à base d’au moins un coagulum séché tel que défini ci-dessus ou d’au moins un mélangetel que maître défini précédemment.Another object of the invention thus relates to a rubber composition based on at least one dried coagulum as defined above or on at least one mixture as master defined above.
Les compositions de caoutchouc selon l’invention peuvent comporter également tout ou partie des additifs usuels habituellement utilisés dans les compositions d’élastomères notamment destinées à la fabrication des pneumatiques, en particulier les bandes de roulement. Ces additifs usuels sont ceux qui peuvent être ajoutés au coagulum ou au mélange-maître.The rubber compositions according to the invention may also comprise all or part of the usual additives usually used in elastomer compositions in particular intended for the manufacture of tires, in particular treads. These usual additives are those which can be added to the coagulum or to the masterbatch.
Les compositions de caoutchouc selon l’invention peuvent également comporter un élastomère identique ou différent de l’élastomère ayant servi à l’obtentionThe rubber compositions according to the invention can also comprise an elastomer identical or different from the elastomer which was used to obtain
-21 du coagulum et du mélange maître ainsi qu’une autre charge, notamment renforçante telle que du noir de carbone ou de la silice.-21 of the coagulum and of the masterbatch as well as another filler, in particular a reinforcing filler such as carbon black or silica.
Bien entendu, les compositions conformes à l’invention peuvent être utilisées seules ou en coupage (i.e. mélange) avec toute autre composition de caoutchouc utilisable pour la fabrication de produits semi-finis et de pneumatiques.Of course, the compositions according to the invention can be used alone or as a blend (i.e. mixture) with any other rubber composition which can be used for the manufacture of semi-finished products and tires.
Il va de soi que l’invention concerne les compositions de caoutchouc précédemment décrites tant à l’état « cru » ou non réticulée (i.e. avant cuisson) qu’à l’état dit « cuit » ou réticulé, ou encore vulcanisé (i.e. après vulcanisation).It goes without saying that the invention relates to the rubber compositions described above, both in the “raw” or non-crosslinked state (ie before baking) and in the so-called “cooked” or crosslinked state, or else vulcanized (ie after vulcanization).
Les compositions de l’invention sont bien adaptées pour la fabrication de produits semi-finis et finis pour des pneumatiques, notamment pour des pneumatiques destinés à équiper les véhicules sans moteur tels que les bicyclettes, les véhicules à moteur de type tourisme, les SUV (Sport Utility Vehicles), les deux roues (notamment les motos), les avions, les véhicules industriels choisis parmi les camionnettes, les poidslourds (c’est-à-dire le métro, les bus, les engin routiers (camions et remorques)), les véhicules hors la route, tels que les engins agricoles ou de génie civil, les autres véhicules de transports ou de manutention.The compositions of the invention are well suited for the manufacture of semi-finished and finished products for tires, in particular for tires intended to equip non-motor vehicles such as bicycles, motor vehicles of the passenger type, SUVs ( Sport Utility Vehicles), two-wheelers (including motorcycles), airplanes, industrial vehicles chosen from vans, heavy goods vehicles (i.e. metro, buses, road vehicles (trucks and trailers)) , off-road vehicles, such as agricultural or civil engineering vehicles, other transport or handling vehicles.
S Fabrication des compositions de caoutchoucS Manufacture of rubber compositions
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 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 23°C et 100°C, phase de finition au cours de laquelle est incorporé le système de réticulation.The rubber compositions of the invention are produced in suitable mixers, using two successive preparation phases according to a general procedure well known to those skilled in the art: a first working phase or thermo-mechanical kneading (sometimes called a phase "Non-productive") at high temperature, up to a maximum temperature between 130 ° C and 200 ° C, preferably between 145 ° C and 185 ° C, followed by a second phase of mechanical work (sometimes qualified as "productive" phase) at a lower temperature, typically less than 120 ° C., for example between 23 ° C. and 100 ° C., the finishing phase during which the crosslinking system is incorporated.
La première phase (non-productive) est conduite préférentiellement en plusieurs étapes thermomécaniques. Au cours d’une première étape on introduit, dans un mélangeur approprié tel qu'un mélangeur interne usuel, le mélange-maître selon l’invention, éventuellement un ou plusieurs élastomère(s), éventuellement une ou plusieurs charge(s) renforçante(s) différentes de la charge renforçante polymérique, éventuellement la combinaison de plastifiants (et éventuellement les agents de couplage et/ou d’autres ingrédients à l’exception du système de réticulation), à une température comprise entre 20°C et 100°C et, de préférence, entre 25°C et 100°C. Après quelques minutes, préférentiellement de 0,5 à 2 min et une montée de la température à 90°C à 100°C, les autres ingrédients (c'est-à-dire, ceux qui restent si tous n’ont pas été mis au départ) sont ajoutés en une fois ou par parties, à l’exception du système de réticulation durant un mélangeage allant de 20 secondes à quelques minutes. La durée totale duThe first (non-productive) phase is preferably carried out in several thermomechanical stages. During a first step, the masterbatch according to the invention, optionally one or more elastomer (s), optionally one or more reinforcing filler (s) is introduced into a suitable mixer such as a conventional internal mixer. s) different from the reinforcing polymeric filler, optionally the combination of plasticizers (and optionally coupling agents and / or other ingredients with the exception of the crosslinking system), at a temperature between 20 ° C and 100 ° C and preferably between 25 ° C and 100 ° C. After a few minutes, preferably from 0.5 to 2 min and a rise in temperature to 90 ° C to 100 ° C, the other ingredients (that is to say, those which remain if all have not been put at the start) are added all at once or in parts, with the exception of the crosslinking system during mixing from 20 seconds to a few minutes. The total duration of the
-22malaxage, dans cette phase non-productive, est de préférence comprise entre 2 et 10 minutes à une température inférieure ou égale à 180°C, et préférentiellement inférieure ou égale à 170°C.-22mixing, in this non-productive phase, is preferably between 2 and 10 minutes at a temperature less than or equal to 180 ° C, and preferably less than or equal to 170 ° C.
Après refroidissement du mélange ainsi obtenu, on incorpore alors le système de réticulation à basse température (typiquement inférieure à 100°C), généralement dans un mélangeur externe tel qu'un mélangeur à cylindres; le tout est alors mélangé (phase productive) pendant quelques minutes, par exemple entre 5 et 15 min. L’homme du métier sait choisir le système de réticulation approprié en fonction des élastomères utilisés. Par exemple, il peut utiliser un système de réticulation aux peroxydes si l’élastomère est un polymère résultant de la polymérisation d’éthylène et d’esters vinyliques d’acides carboxyliques en C2-C4After the mixture thus obtained has cooled, the crosslinking system is then incorporated at low temperature (typically less than 100 ° C.), generally in an external mixer such as a cylinder mixer; the whole is then mixed (productive phase) for a few minutes, for example between 5 and 15 min. A person skilled in the art knows how to choose the appropriate crosslinking system according to the elastomers used. For example, it can use a peroxide crosslinking system if the elastomer is a polymer resulting from the polymerization of ethylene and vinyl esters of C2-C4 carboxylic acids.
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, pour former par exemple un profilé de caoutchouc utilisé pour la fabrication de semi-finis afin d’obtenir des produits tels qu’une bande de roulement. Ces produits peuvent ensuite être utilisés pour la fabrication de pneumatiques, selon les techniques connues de l’homme du métier.The final composition thus obtained is then calendered, for example in the form of a sheet or a plate, in particular for characterization in the laboratory, or else extruded, to form for example a rubber profile used for the manufacture of semi-finished products. finished in order to obtain products such as a tread. These products can then be used for the manufacture of tires, according to techniques known to those skilled in the art.
La réticulation (ou cuisson) est conduite de manière connue 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.The crosslinking (or baking) is carried out in a known manner at a temperature generally between 130 ° C and 200 ° C, under pressure, for a sufficient time which can vary for example between 5 and 90 min depending in particular on the baking temperature. , of the crosslinking system adopted, of the crosslinking kinetics of the composition under consideration or of the size of the tire.
o Article semi-fini et Article finio Semi-finished article and Finished article
Un autre objet de la présente invention concerne un article semi-fini comprenant au moins une composition de caoutchouc réticulable ou réticulé telle que définie ci-dessus ou susceptible d’être obtenue par le procédé décrit ci-dessus.Another object of the present invention relates to a semi-finished article comprising at least one crosslinkable or crosslinked rubber composition as defined above or capable of being obtained by the process described above.
Un produit semi-fini est un produit en caoutchouc destiné à la fabrication de pneumatique. Ce peut être tout type bande de gommes, telle que notamment des bandes de roulement, des sous-couches, des nappes d'armature de sommet (par exemple des nappes de travail, des nappes de protection ou des nappes de frettage), de nappes d'armature de carcasse, des nappes de flancs, des nappes de bourrelets, des nappes de protecteurs, des nappes de sous-couches, des nappes de blocs de caoutchouc et autres nappes assurant l'interface entre les zones précitées des pneumatiques. De préférence, l’article semi-fini est une bande de roulement.A semi-finished product is a rubber product intended for the manufacture of tires. It can be any type of rubber strip, such as in particular treads, underlayments, crown reinforcement plies (for example working plies, protective plies or hooping plies), plies carcass reinforcement, sidewall plies, bead plies, protective plies, underlayment plies, rubber block plies and other plies providing the interface between the aforementioned areas of tires. Preferably, the semi-finished article is a tread.
L’invention a également pour objet un pneumatique comprenant au moins un article semi-fini tel que mentionné ci-dessus ou comprenant au moins une composition telle que définie ci-dessus.The invention also relates to a tire comprising at least one semi-finished article as mentioned above or comprising at least one composition as defined above.
-23 Le pneumatique selon l’invention peut être destiné à équiper notamment les véhicules sans moteur tels que les bicyclettes, les véhicules à moteur de type tourisme, les SUV (Sport Utility Vehicles), les deux roues (notamment les motos), les avions, les véhicules industriels choisis parmi les camionnettes, les poids-lourds (c’est-à-dire le métro, les bus, les engin routiers (camions et remorques)), les véhicules hors la route, tels que les engins agricoles ou de génie civil, les autres véhicules de transports ou de manutention.The tire according to the invention can be intended in particular to equip non-motor vehicles such as bicycles, motor vehicles of the tourism type, SUVs (Sport Utility Vehicles), two wheels (in particular motorcycles), airplanes , industrial vehicles chosen from vans, heavy goods vehicles (i.e. the metro, buses, road vehicles (trucks and trailers)), off-road vehicles, such as agricultural or civil engineering, other transport or handling vehicles.
III- EXEMPLES DE REALISATION DE L’INVENTIONIII- EXAMPLES OF IMPLEMENTATION OF THE INVENTION
Les exemples qui suivent permettent d’illustrer l’invention, cette dernière ne saurait cependant être limitée à ces seuls exemples.The examples which follow make it possible to illustrate the invention, the latter cannot however be limited to these examples only.
III 1 Dispersions aqueuse d’une charge polymériqueIII 1 Aqueous dispersions of a polymeric filler
Trois dispersions aqueuses de charges polymériques ont été utilisées pour réaliser les essais qui suivent :Three aqueous dispersions of polymeric fillers were used to carry out the following tests:
- une dispersion aqueuse d’une charge polymérique DPI, la charge polymérique comprenant un polymère vinylaromatique fonctionnalisé siloxane et réticulé,an aqueous dispersion of a DPI polymeric filler, the polymeric filler comprising a cross-linked siloxane functionalized vinylaromatic polymer,
- une dispersion aqueuse d’une charge polymérique DP2; la charge polymérique comprenant un polymère vinylaromatique fonctionnalisé glycydyle et réticulé,- an aqueous dispersion of a DP2 polymeric filler; the polymeric charge comprising a vinyl aromatic polymer functionalized with glycydyl and crosslinked,
- une dispersion aqueuse d’une charge polymérique DP3, la charge polymérique comprenant un polymère vinylaromatique fonctionnalisé glycydyle et réticulé.- An aqueous dispersion of a DP3 polymeric filler, the polymeric filler comprising a cross-linked glycydylated vinyl aromatic polymer.
La préparation de la dispersion aqueuse d’une charge polymérique consiste à synthétiser la charge chimiquement en phase aqueuse, notamment via un procédé de synthèse radicalaire en émulsion afin d’obtenir des particules stabilisées en phase aqueuse par un tensioactif ionique introduit pendant la synthèse.The preparation of the aqueous dispersion of a polymeric filler consists in synthesizing the filler chemically in the aqueous phase, in particular via a radical synthesis process in emulsion in order to obtain particles stabilized in the aqueous phase by an ionic surfactant introduced during the synthesis.
III 1.1 Préparation de la dispersion aqueuse DPIIII 1.1 Preparation of the DPI aqueous dispersion
La dispersion aqueuse de charge polymérique DPI est obtenue par polymérisation radicalaire en émulsion. Cette polymérisation est réalisée en milieu tamponné à pH égal 7, avec une introduction simultanée dans un réacteur de styrène, du MTPS (méthacrylate de 3-(triméthoxysilyl)-propyle) et de divinylbenzène (DVB). A l’issue de la réaction on obtient des particules de polymère vinylaromatique fonctionnalisé et réticulé qui sont dispersées dans la phase aqueuse.The aqueous dispersion of DPI polymeric filler is obtained by radical emulsion polymerization. This polymerization is carried out in a buffered medium at equal pH 7, with a simultaneous introduction into a styrene reactor, of MTPS (3- (trimethoxysilyl) -propyl methacrylate) and of divinylbenzene (DVB). At the end of the reaction, particles of functionalized and crosslinked vinyl aromatic polymer are obtained which are dispersed in the aqueous phase.
La réaction de polymérisation est menée dans un réacteur de 50 litres muni d’une agitation mécanique. Après introduction de 10 L d’eau et un barbotage à l’azote de 30 min sous agitation, sont introduits successivement 240 g de d’agent tensioactif (chlorure de cétyltriméthylammonium CTAC), 800 g d’une solution tampon à 75 g/LThe polymerization reaction is carried out in a 50 liter reactor fitted with mechanical stirring. After introducing 10 L of water and sparging with nitrogen for 30 min with stirring, 240 g of surfactant (cetyltrimethylammonium chloride CTAC), 800 g of a 75 g / L buffer solution are successively introduced
-24d’hydrogénophosphate de sodium (soit 54 g) et à 32 g/L de dihydrogénophosphate d’ammonium (soit 23 g), solution préalablement préparée par solubilisation des sels dans l’eau barbotée puis conservée sous azote. A cette solution agitée lentement à 150 tr/min et chauffée à 60°C sont ajoutées les quantités suivantes de monomères barbotés préalablement à l’azote : 174 g de MTPS, 345 g de DVB à 80 % massique (les 20% résiduels étant de l’éthylvinylbenzène) et 681 g de styrène.-24 sodium hydrogen phosphate (54 g) and 32 g / L ammonium dihydrogen phosphate (23 g), solution previously prepared by solubilization of the salts in bubbled water and then stored under nitrogen. To this solution, slowly stirred at 150 rpm and heated to 60 ° C., are added the following quantities of monomers bubbled beforehand with nitrogen: 174 g of MTPS, 345 g of DVB at 80% by mass (the remaining 20% being ethylvinylbenzene) and 681 g of styrene.
Enfin, l’amorceur, le persulfate de potassium, (14,4 g) est additionné et le milieu réactionnel est maintenu sous agitation (120 tr/min) pendant 6 heures à 60°C. Au terme des 6 h de réaction, 24 L d’une solution de résorcinol (1 g/L) sont ajoutés au milieu de polymérisation. Le milieu réactionnel est ensuite refroidi. La conversion mesurée par l’extrait sec est de 100%Finally, the initiator, potassium persulfate (14.4 g) is added and the reaction medium is kept stirring (120 rpm) for 6 hours at 60 ° C. After the 6 h reaction, 24 L of a resorcinol solution (1 g / L) are added to the polymerization medium. The reaction medium is then cooled. The conversion measured by the dry extract is 100%
Le polymère fonctionnalisé et réticulé formant les particules est constitué de 62,5% massique de styrène (comprenant l’éthylvinylbenzène), de 23% massique de divinylbenzène et de 14,5% de MTPS.The functionalized and crosslinked polymer forming the particles consists of 62.5% by mass of styrene (including ethylvinylbenzene), 23% by mass of divinylbenzene and 14.5% of MTPS.
On obtient une dispersion aqueuse de charge polymérique DPI dont le taux de solide est d’environ 4,2 % en poids par rapport au poids total de la dispersion aqueuse.An aqueous dispersion of DPI polymeric filler is obtained, the solid content of which is approximately 4.2% by weight relative to the total weight of the aqueous dispersion.
III. 1.2 Préparation de la dispersion aqueuse DP2III. 1.2 Preparation of the DP2 aqueous dispersion
La dispersion aqueuse de charge polymérique DP2 est obtenue par polymérisation radicalaire en émulsion. Cette polymérisation est réalisée en milieu tamponné à pH égal 7, avec une introduction simultanée dans un réacteur de styrène, du GMA (méthacrylate de glycidyle) et de divinylbenzène (DVB). A l’issue de la réaction on obtient des particules de polymère vinylaromatique fonctionnalisé et réticulé qui sont dispersées dans la phase aqueuse.The aqueous dispersion of DP2 polymeric filler is obtained by radical emulsion polymerization. This polymerization is carried out in a buffered medium at equal pH 7, with a simultaneous introduction into a styrene reactor, of GMA (glycidyl methacrylate) and of divinylbenzene (DVB). At the end of the reaction, particles of functionalized and crosslinked vinyl aromatic polymer are obtained which are dispersed in the aqueous phase.
La réaction de polymérisation est menée dans un réacteur de 50 litres muni d’une agitation mécanique. Après introduction de 10 L d’eau et un barbotage à l’azote de 30 min sous agitation, sont introduits successivement 240 g de d’agent tensioactif (chlorure de cétyltriméthylammonium à 95% ; CTAC), 800 g d’une solution tampon à 75 g/L d’hydrogénophosphate de sodium (soit 54 g) et à 32 g/L de dihydrogénophosphate d’ammonium (soit 23 g), solution préalablement préparée par solubilisation des sels dans l’eau barbotée puis conservée sous azote. A cette solution agitée lentement à 150 tr/min et chauffée à 60°C sont ajoutées les quantités suivantes de monomères barbotés préalablement à l’azote : 108 g de GMA, 375 g de DVB à 80 % massique (les 20% résiduels étant de l’éthylvinylbenzène) et 717 g de styrène.The polymerization reaction is carried out in a 50 liter reactor fitted with mechanical stirring. After introducing 10 L of water and bubbling with nitrogen for 30 min with stirring, 240 g of surfactant (95% cetyltrimethylammonium chloride; CTAC), 800 g of a buffer solution are successively introduced. 75 g / L of sodium hydrogen phosphate (i.e. 54 g) and 32 g / L of ammonium dihydrogen phosphate (i.e. 23 g), solution previously prepared by solubilization of the salts in bubbled water and then stored under nitrogen. To this solution, slowly stirred at 150 rpm and heated to 60 ° C., are added the following quantities of monomers bubbled beforehand with nitrogen: 108 g of GMA, 375 g of DVB at 80% by mass (the remaining 20% being ethylvinylbenzene) and 717 g of styrene.
Enfin, l’amorceur, le persulfate de potassium, (14,4 g) est additionné et le milieu réactionnel est maintenu sous agitation (120 tr/min) pendant 6 heures à 60°C. Au terme des 6 h de réaction, 24 L d’une solution de résorcinol (1 g/L) sont ajoutés au milieu de polymérisation. Le milieu réactionnel est ensuite refroidi. La conversion mesurée par l’extrait sec est de 100%Finally, the initiator, potassium persulfate (14.4 g) is added and the reaction medium is kept stirring (120 rpm) for 6 hours at 60 ° C. After the 6 h reaction, 24 L of a resorcinol solution (1 g / L) are added to the polymerization medium. The reaction medium is then cooled. The conversion measured by the dry extract is 100%
-25 Le polymère fonctionnalisé et réticulé formant les particules est constitué de 66% massique de styrène (comprenant l’éthylvinylbenzène), de 25% massique de divinylbenzène et de 9% de GMA.The functionalized and crosslinked polymer forming the particles consists of 66% by mass of styrene (including ethylvinylbenzene), 25% by mass of divinylbenzene and 9% of GMA.
On obtient une dispersion aqueuse de charge polymérique DP2 dont le taux de solide est d’environ 4,2% en poids par rapport au poids total de la dispersion aqueuse.An aqueous dispersion of polymeric DP2 filler is obtained, the solid content of which is approximately 4.2% by weight relative to the total weight of the aqueous dispersion.
III. 1.31)réparation de la dispersion aqueuse DP3III. 1.31 ) repair of the DP3 aqueous dispersion
La dispersion aqueuse de charge polymérique DP3 est obtenue par polymérisation radicalaire en émulsion. Cette polymérisation est réalisée en milieu tamponné à pH égal 7, avec une introduction simultanée dans un réacteur de styrène, du GMA (glycidyle méthacrylate) et de divinylbenzène (DVB). A l’issue de la réaction on obtient des particules de polymère vinylaromatique fonctionnalisé et réticulé qui sont dispersées dans la phase aqueuse.The aqueous dispersion of DP3 polymeric filler is obtained by radical emulsion polymerization. This polymerization is carried out in a buffered medium at equal pH 7, with a simultaneous introduction into a styrene reactor, of GMA (glycidyl methacrylate) and of divinylbenzene (DVB). At the end of the reaction, particles of functionalized and crosslinked vinyl aromatic polymer are obtained which are dispersed in the aqueous phase.
La réaction de polymérisation est menée dans un réacteur de 50 litres muni d’une agitation mécanique. Après introduction de 9,2 L d’eau et un barbotage à l’azote de 30 min sous agitation, sont introduits successivement 156 g de d’agent tensioactif (dodécylsulfate de sodium, SDS), 1594 g d’une solution tampon à 75 g/L d’hydrogénophosphate de sodium (soit 108 g) et à 32 g/L de dihydrogénophosphate d’ammonium (soit 45,6 g), solution préalablement préparée par solubilisation des sels dans l’eau barbotée puis conservée sous azote. A cette solution agitée lentement à 150 tr/min et chauffée à 60°C sont ajoutées les quantités suivantes de monomères barbotés préalablement à l’azote : 108 g de GMA, 375 g de DVB à 80 % massique (les 20% résiduels étant de l’éthylvinylbenzène) et 717 g de styrène.The polymerization reaction is carried out in a 50 liter reactor fitted with mechanical stirring. After introducing 9.2 L of water and sparging with nitrogen for 30 min with stirring, 156 g of surfactant (sodium dodecyl sulphate, SDS), 1594 g of a 75% buffer solution are successively introduced. g / L of sodium hydrogen phosphate (i.e. 108 g) and 32 g / L of ammonium dihydrogen phosphate (i.e. 45.6 g), solution previously prepared by solubilization of the salts in bubbled water and then stored under nitrogen. To this solution, slowly stirred at 150 rpm and heated to 60 ° C., are added the following quantities of monomers bubbled beforehand with nitrogen: 108 g of GMA, 375 g of DVB at 80% by mass (the remaining 20% being ethylvinylbenzene) and 717 g of styrene.
Enfin, l’amorceur, le persulfate de potassium, (14,4 g) est additionné et le milieu réactionnel est maintenu sous agitation (120 tr/min) pendant 6 heures à 60°C. Au terme des 6 h de réaction, 24 L d’une solution de résorcinol (1 g/L) sont ajoutés au milieu de polymérisation. Le milieu réactionnel est ensuite refroidi. La conversion mesurée par l’extrait sec est de 100%Finally, the initiator, potassium persulfate (14.4 g) is added and the reaction medium is kept stirring (120 rpm) for 6 hours at 60 ° C. After the 6 h reaction, 24 L of a resorcinol solution (1 g / L) are added to the polymerization medium. The reaction medium is then cooled. The conversion measured by the dry extract is 100%
Le polymère fonctionnalisé et réticulé formant les particules est constitué de 66% massique de styrène (comprenant l’éthylvinylbenzène), de 25% massique de divinylbenzène et de 9% de GMA.The functionalized and crosslinked polymer forming the particles consists of 66% by mass of styrene (including ethylvinylbenzene), 25% by mass of divinylbenzene and 9% of GMA.
On obtient une dispersion aqueuse de charge polymérique DP3 dont le taux de solide est d’environ 4,2% en poids par rapport au poids total de la dispersion aqueuse.An aqueous dispersion of polymeric DP3 filler is obtained, the solid content of which is approximately 4.2% by weight relative to the total weight of the aqueous dispersion.
-26III. 2 Les latex d'élastomères-26III. 2 Elastomer latex
Quatre latex d’élastomères distincts ont été utilisés pour réaliser les essais qui suivent:Four latexes of separate elastomers were used to carry out the following tests:
- Latex 1 est un latex d’élastomère e-SBR (e-SBR= copolymère de styrènebutadiène en émulsion) ayant un taux de solide égal à 20,6% en poids par rapport au poids total du latex d’élastomère, le taux de solide étant mesuré selon la méthode décrite au paragraphe 1.3. Ce latex est disponible sous le nom « SB Latex 1502 » chez la société SYNTHOS ;- Latex 1 is an e-SBR elastomer latex (e-SBR = styrene butadiene copolymer in emulsion) having a solid content equal to 20.6% by weight relative to the total weight of the elastomer latex, the rate of solid being measured according to the method described in paragraph 1.3. This latex is available under the name "SB Latex 1502" from the company SYNTHOS;
- Latex 2 est un latex d’élastomère e-SBR (SBR= copolymère de styrènebutadiène) ayant un taux de solide égal à 50,4% en poids par rapport au poids total du latex d’élastomère, le taux de solide étant mesuré selon la méthode décrite au paragraphe 1.3. Ce latex est disponible sous le nom « Litex SX 1024 » auprès de la société SYNTHOMER ;- Latex 2 is an e-SBR elastomer latex (SBR = styrene butadiene copolymer) having a solid content equal to 50.4% by weight relative to the total weight of the elastomer latex, the solid content being measured according to the method described in paragraph 1.3. This latex is available under the name "Litex SX 1024" from the company SYNTHOMER;
- Latex 3 est un latex d’élastomère e-EVA (e-EVA= copolymère d’éthylène et acétate de vinyle en émulsion) ayant un taux de solide égal à 48,8% en poids par rapport au poids total du latex, le taux de solide étant mesuré selon la méthode décrite au paragraphe 1.3. Il est disponible sous le nom de Vinamul 3301 auprès de la société CELANESE ;- Latex 3 is an e-EVA elastomer latex (e-EVA = copolymer of ethylene and vinyl acetate in emulsion) having a solid content equal to 48.8% by weight relative to the total weight of the latex, the solid content being measured according to the method described in paragraph 1.3. It is available under the name Vinamul 3301 from CELANESE;
- Latex 4 est un latex d’élastomère e-EVA (EVA= copolymère d’éthylène et acétate de vinyle) ayant un taux de solide égal à 60,8% en poids par rapport au poids total du latex d’élastomère, le taux de solide étant mesuré selon la méthode décrite au paragraphe 1.3. Il est disponible sous le nom de Mowilith LDM 1365 auprès de de la société CELANESE.- Latex 4 is an e-EVA elastomer latex (EVA = copolymer of ethylene and vinyl acetate) having a solid content equal to 60.8% by weight relative to the total weight of the elastomer latex, the rate of solid being measured according to the method described in paragraph 1.3. It is available under the name of Mowilith LDM 1365 from the company CELANESE.
III. 3 Potentiel Zêta des latex d’élastomère et des dispersions aqueuses de charge polymériqueIII. 3 Zeta potential of elastomer latex and aqueous dispersions of polymeric charge
Le tableau 1 indique pour les dispersions aqueuses de charges polymériques, les valeurs de potentiel Zêta Z2 obtenues conformément à la méthode décrite au paragraphe 1.1 et suivant le protocole de mesure décrit dans le manuel de l’utilisateur du ZêtaSizer Nano-ZS de Malvern Instruments.Table 1 indicates for the aqueous dispersions of polymeric charges, the Zeta Z 2 potential values obtained in accordance with the method described in paragraph 1.1 and according to the measurement protocol described in the user manual of the ZetaSizer Nano-ZS from Malvern Instruments. .
Tableau 1Table 1
Le tableau 2 indique pour les latex d’élastomères précités, les valeurs de potentiel Zêta obtenues conformément à la méthode décrite au paragraphe 1.1 et suivantTable 2 indicates, for the aforementioned elastomer latexes, the Zeta potential values obtained in accordance with the method described in paragraph 1.1 and following
-27le protocole de mesure décrit dans le manuel de l’utilisateur du ZêtaSizer Nano-ZS de Malvem Instruments.-27the measurement protocol described in the user manual of the ZetaSizer Nano-ZS from Malvem Instruments.
Pour mesurer le potentiel Zêta Zi du Latex 1 et celui du Latex 2, une dilution xlOO dans une solution de NaCl à 10'3M a été réalisée comme indiquée au paragraphe 1.1To measure the zeta potential Z of Latex 1 and Latex 2 that of a xlOO dilution in NaCl solution at 10 -3 M was performed as described in subsection 1.1
Pour mesurer les potentiels Zêta Z|du Latex 3 et celui du Latex 4, une dilution x500 dans une solution de NaCl à 10'3M a été nécessaire au lieu de la dilution xlOO indiquée au paragraphe 1.1.To measure zeta potential Z | 3 Latex and the Latex 4 a x500 dilution in NaCl 10 '3 million was needed instead of xlOO dilution specified in paragraph 1.1.
Tableau 2Table 2
III 4 Obtention des coagulums et mélanges-maîtresIII 4 Obtaining coagulums and masterbatches
Les mélanges-maîtres sont réalisés par une mise en contact en « batch ». Une quantité définie de dispersion aqueuse de charge polymérique à tester préparée selon l’enseignement du paragraphe III. 1.1, est introduite dans une quantité définie de latex d’élastomère préparé selon l’enseignement du paragraphe et III. 1.2, selon le protocole suivant:The masterbatches are produced by “batch” contacting. A defined quantity of aqueous dispersion of polymeric filler to be tested prepared according to the teaching of paragraph III. 1.1, is introduced into a defined quantity of elastomer latex prepared according to the teaching of paragraph and III. 1.2, according to the following protocol:
- on pèse une quantité définie de latex d’élastomère à tester dans un bêcher de 200mL,- We weigh a defined quantity of elastomer latex to be tested in a 200mL beaker,
- on introduit un barreau aimanté dans le bêcher et on met sous agitation magnétique le latex d’élastomère, on pèse une quantité définie de dispersion aqueuse de charge renforçante polymérique à tester dans un bêcher de 200mL, on introduit la dispersion aqueuse de charge polymérique en une fois dans le bêcher contenant le latex d’élastomère sous agitation magnétique.- a magnetic bar is introduced into the beaker and the elastomer latex is stirred with magnetic stirring, a defined amount of aqueous dispersion of polymeric reinforcing filler to be tested is weighed out, the aqueous dispersion of polymeric filler is introduced into once in the beaker containing the elastomer latex with magnetic stirring.
Les masses de latex d’élastomère et de dispersion aqueuse de charge polymérique à peser sont définies directement par la masse de mélange-maître ciblée (masterbatch sec), le taux de charge ciblé dans le mélange-maître et les fractions massiques respectives du latex et du slurry. Dans cet exemple, la masse de mélangemaître ciblée est de 20 g.The masses of elastomer latex and of aqueous dispersion of polymeric filler to be weighed are defined directly by the mass of targeted masterbatch (dry masterbatch), the rate of targeted filler in the masterbatch and the respective mass fractions of the latex and slurry. In this example, the target masterbatch mass is 20 g.
Les masses de latex d’élastomère ntz et dispersion aqueuse de charge polymérique ms à peser sont définies à partir des expressions suivantes :The masses of elastomer latex nt z and aqueous dispersion of polymeric filler m s to be weighed are defined from the following expressions:
avec FMt la fraction massique du latex exprimée en % ; FMS la fraction massique du dispersion aqueuse de charge polymérique exprimée en % ; TCc le taux de charge cible exprimé en pce (partie en masse de charge pour cent parties en masse d’élastomère) et mMBc la masse de mélange-maître ciblée.with FM t the mass fraction of the latex expressed in%; FM S the mass fraction of the aqueous dispersion of polymeric charge expressed in%; TC c the target charge rate expressed in phr (part by mass of charge per hundred parts by mass of elastomer) and m MBc the mass of targeted masterbatch.
La masse de mélange-maître ciblée mMBc est ici fixée à 20g.The target masterbatch mass m MBc is here set at 20g.
Pour chaque taux de charge renforçante polymérique ciblé dans les mélangesmaîtres, sont indiqués dans les tableaux 3, 4 et 5 qui suivent, les masses de latex d’élastomère et de dispersion aqueuse de charge polymérique pesés.For each rate of polymeric reinforcing filler targeted in the masterbatches, tables 3, 4 and 5 are shown below, the masses of elastomer latex and of aqueous dispersion of polymeric filler weighed.
Lors de la phase de mise en contact et de mélange des deux dispersions, c’est-à-dire du latex d’élastomère et de la dispersion aqueuse de charge polymérique, un coagulum d’élastomère et de charge polymérique est formé sous forme d’un seul élément solide dans la solution.During the contacting and mixing phase of the two dispersions, that is to say the elastomer latex and the aqueous dispersion of polymeric filler, a coagulum of elastomer and of polymeric filler is formed in the form of '' only one solid element in the solution.
Le mélange est maintenu quelques minutes sous agitation magnétique avant récupération du coagulum formé.The mixture is maintained for a few minutes with magnetic stirring before recovery of the coagulum formed.
Afin d’avoir pour les différents essais des conditions identiques du mode opératoire, le coagulum formé ou les solides formés (couramment appelés « crumbs » en anglais) sont centrifugés, y compris dans les cas où l’aspect visuel du coagulum permettait de d’envisager une opération de filtrage.In order to have identical conditions of the operating mode for the different tests, the coagulum formed or the solids formed (commonly called “crumbs” in English) are centrifuged, including in cases where the visual appearance of the coagulum allowed to consider a filtering operation.
Selon un mode privilégié de réalisation, le coagulum est séparé des effluents par centrifugation après transfert dans un flacon en Nalgène® de 250mL à l’aide d’une centrifugeuse à godets Sigma 4K15 commercialisée par la société SIGMA. La centrifugation est effectuée à la température de 20°C et à une vitesse de 9000 rpm pendant 15 min.According to a preferred embodiment, the coagulum is separated from the effluents by centrifugation after transfer to a 250 ml Nalgene® bottle using a Sigma 4K15 bucket centrifuge sold by the company Sigma. Centrifugation is carried out at a temperature of 20 ° C. and at a speed of 9000 rpm for 15 min.
Un mélange-maître est obtenu par séchage du coagulum dans une étuve à 60°C sous 200 mbar de pression jusqu’à un taux d’humidité inférieur à 1% en masse.A masterbatch is obtained by drying the coagulum in an oven at 60 ° C under 200 mbar pressure up to a humidity level of less than 1% by mass.
On procède alors à la mesure du rendement de coagulation selon la méthode décrite au paragraphe 1.2.The coagulation yield is then measured according to the method described in paragraph 1.2.
La mesure du rendement de coagulation permet de quantifier de manière directe l’efficacité du procédé conforme à l’invention.The measurement of the coagulation yield makes it possible to directly quantify the effectiveness of the process according to the invention.
III. 4 EssaisIII. 4 Tests
On réalise selon le protocole ci-dessus, pour chacun des quatre latex d’élastomère précités, les mélanges-maîtres suivant :The following masterbatches are produced according to the above protocol, for each of the four elastomer latexes mentioned above:
-29- mélanges-maîtres avec une dispersion de charge DPI avec des taux de charge 25 pce, 35 pce, et 45 pce,-29- masterbatches with a DPI charge dispersion with charge rates 25 pce, 35 pce, and 45 pce,
- mélanges-maîtres avec une dispersion de charge DP2 avec des taux de charge 25 pce, 35 pce, et 45 pce,- masterbatches with a DP2 charge dispersion with charge rates 25 pce, 35 pce, and 45 pce,
- mélanges-maîtres avec une dispersion de charge DP3 avec des taux de charge 15 pce, 25 pce, et 35 pce,- masterbatches with a DP3 charge dispersion with charge rates of 15 pce, 25 pce, and 35 pce,
III.4.1 Coagulum et mélanges maître conforme à l’inventionIII.4.1 Coagulum and masterbatches according to the invention
Les mélanges-maîtres MB1, MB2, MB3 et MB4, conforme à l’invention, correspondent respectivement tous à des mélanges-maîtres réalisés selon les paragraphes III.4, à partir de la dispersion aqueuse de charge polymérique DPI et des Latex 1, Latex 2, Latex 3 et Latex 4, avec les différences suivantes:The masterbatches MB1, MB2, MB3 and MB4, in accordance with the invention, respectively correspond respectively to masterbatches produced according to paragraphs III.4, from the aqueous dispersion of polymeric filler DPI and from Latex 1, Latex 2, Latex 3 and Latex 4, with the following differences:
• MB125 est un mélange-maître réalisé avec le Latex 1 et avec la dispersion aqueuse DPI à un taux de charge 25 pce, • MB135 est identique à MB 125 mais avec un taux de charge de 35 pce, • MBI45 est identique à MBI25 mais avec un taux de charge ciblé de 45 pce, • MB225 est un mélange-maître réalisé avec le Latex 2 et avec la dispersion aqueuse DPI à un taux de charge 25 pce, • MB235 est identique à MB225 mais avec un taux de charge de 35 pce, • MB245 est identique à MB225 mais avec un taux de charge ciblé de 45 pce, • MB325 est un mélange-maître réalisé avec le Latex 3 et avec la dispersion aqueuse DPI à un taux de charge 25 pce, • MB335 est identique à MB325 mais avec un taux de charge de 35 pce, • MB345 est identique à MB325 mais avec un taux de charge de 45 pce, • MB425 est un mélange-maître réalisé avec le Latex 4 et avec la dispersion aqueuse DPI à un taux de charge 25 pce, • MB435 est identique à MB425 mais avec un taux de charge de 35 pce, • MB445 est identique à MB425 mais avec un taux de charge de 45 pce.• MB1 2 5 is a masterbatch produced with Latex 1 and with the aqueous dispersion DPI at a charge rate of 25 pce, • MB1 35 is identical to MB 125 but with a charge rate of 35 pce, • MBI45 is identical to MBI25 but with a targeted loading rate of 45 pce, • MB2 2 5 is a masterbatch produced with Latex 2 and with the aqueous dispersion DPI at a loading rate of 25 pce, • MB2 35 is identical to MB2 2 5 but with a charge rate of 35 pce, • MB2 45 is identical to MB2 2 5 but with a targeted charge rate of 45 pce, • MB3 2 5 is a masterbatch made with Latex 3 and with the aqueous dispersion DPI at a load rate of 25 pce, • MB3 35 is identical to MB3 2 5 but with a load rate of 35 pce, • MB3 45 is identical to MB3 2 5 but with a load rate of 45 pce, • MB4 2 5 is a masterbatch made with Latex 4 and with the aqueous dispersion DPI at a loading rate of 25 phr, • MB4 35 is identical to MB4 2 5 but with a load rate of 35 pce, • MB4 45 is identical to MB4 2 5 but with a load rate of 45 pce.
Le tableau 6 présente pour ces mélanges-maîtres précédents les rendements de la coagulation obtenus (tels que décrits également précédemment).Table 6 presents for these previous masterbatches the coagulation yields obtained (as also described above).
De la même façon, les mélanges-maîtres MB5, MB6, MB7 et MB8, conforme à l’invention, correspondent respectivement tous à des mélanges-maîtres réalisés selon les paragraphes III.4, à partir de la dispersion aqueuse de charge polymérique DP2 et des Latex 1, Latex 2, Latex 3 et Latex 4, avec les différences suivantes:In the same way, the masterbatches MB5, MB6, MB7 and MB8, in accordance with the invention, all correspond respectively to masterbatches produced according to paragraphs III.4, from the aqueous dispersion of polymeric charge DP2 and Latex 1, Latex 2, Latex 3 and Latex 4, with the following differences:
-30• MB525 est un mélange-maître réalisé avec le Latex 1 et avec la dispersion aqueuse DP2 à un taux de charge 25 pce, • MB535 est identique à MB525 mais avec un taux de charge de 35 pce, • MB545 est identique à MB525 mais avec un taux de charge de 45 pce, • MB625 est un mélange-maître réalisé avec le Latex 2 et avec la dispersion aqueuse DP2 à un taux de charge 25 pce, • MB635 est identique à MB625 mais avec un taux de charge de 35 pce, • MB645 est identique à MB625 mais avec un taux de charge de 45 pce, • MB725 est un mélange-maître réalisé avec le Latex 3 et avec la dispersion aqueuse DP2 à un taux de charge 25 pce, • MB735 est identique à MB725 mais avec un taux de charge de 35 pce, • MB745 est identique à MB725 mais avec un taux de charge de 45 pce, • MB825 est un mélange-maître réalisé avec le Latex 4 et avec la dispersion aqueuse de charge renforçante polymérique DP2 à un taux de charge 25 pce, • MB835 est identique à MB825 mais avec un taux de charge de 35 pce, • MB845 est identique à MB825 mais avec un taux de charge de 45 pce.-30 • MB5 2 5 is a masterbatch produced with Latex 1 and with the aqueous dispersion DP2 at a charge rate of 25 pce, • MB5 35 is identical to MB5 25 but with a charge rate of 35 pce, • MB5 45 is identical to MB5 25 but with a charge rate of 45 pce, • MB6 25 is a masterbatch produced with Latex 2 and with the aqueous dispersion DP2 at a charge rate of 25 pce, • MB6 35 is identical to MB6 25 but with a charge rate of 35 phr, • MB6 45 is identical to MB6 25 but with a charge rate of 45 phr, • MB7 25 is a masterbatch made with Latex 3 and with the aqueous dispersion DP2 at a loading rate 25 pce, • MB7 35 is identical to MB7 25 but with a loading rate of 35 pce, • MB7 45 is identical to MB7 25 but with a loading rate of 45 pce, • MB8 25 is a masterbatch made with Latex 4 and with the aqueous dispersion of polymeric reinforcing filler DP2 at a filler rate 25 pce, • MB8 3 5 is ideal tick at MB8 25 but with a load rate of 35 pce, • MB8 45 is identical to MB8 25 but with a load rate of 45 pce.
Le tableau 7 présente pour ces mélanges-maîtres précédents les rendements de la coagulation obtenus (tels que décrits également précédemment).Table 7 presents for these preceding masterbatches the coagulation yields obtained (as also described above).
III.4.2 Coagulum et mélanges maître non conforme à l’inventionIII.4.2 Coagulum and masterbatches not in accordance with the invention
Les mélanges-maîtres MB9, MB10, MB11 et MB12, non conforme à l’invention, correspondent respectivement tous à des mélanges-maîtres réalisés selon les paragraphes III.4, à partir de la dispersion aqueuse de charge polymérique DP3 et des Latex 1, Latex 2, Latex 3 et Latex 4, avec les différences suivantes:The masterbatches MB9, MB10, MB11 and MB12, not in accordance with the invention, all correspond respectively to masterbatches produced according to paragraphs III.4, from the aqueous dispersion of polymeric filler DP3 and from Latex 1, Latex 2, Latex 3 and Latex 4, with the following differences:
• MB9i5 est un mélange-maître réalisé avec le Latex 1 et avec la dispersion aqueuse DP3 à un taux de charge 15 pce, • MB925 est identique à MB9i5 mais avec un taux de charge de 25 pce, • MB935 est identique à MB9i5 mais avec un taux de charge ciblé de 35 pce, • MBIO15 est un mélange-maître réalisé avec le Latex 2 et avec la dispersion aqueuse DP3 à un taux de charge 15 pce, • MB1025 est identique à MBIO15 mais avec un taux de charge de 25 pce, • MB1035 est identique à MBIO15 mais avec un taux de charge ciblé de 35 pce, • MB 1115 est un mélange-maître réalisé avec le Latex 3 et avec la dispersion aqueuse DP3 à un taux de charge 15 pce,• MB9i5 is a masterbatch made with Latex 1 and with the aqueous dispersion DP3 at a loading rate of 15 pce, • MB9 25 is identical to MB9 i5 but with a loading rate of 25 pce, • MB9 35 is identical to MB9 i5 but with a target loading rate of 35 pce, • MBIO15 is a masterbatch produced with Latex 2 and with the aqueous dispersion DP3 at a loading rate of 15 pce, • MB10 25 is identical to MBIO15 but with a rate load of 25 pce, • MB10 35 is identical to MBIO15 but with a targeted charge rate of 35 pce, • MB 1115 is a masterbatch produced with Latex 3 and with the aqueous dispersion DP3 at a charge rate of 15 pce ,
-31 • MB 1125 est identique à MB 11 i5 mais avec un taux de charge de 25 pce, • MB1135 est identique à MB1 li5 mais avec un taux de charge ciblé de 35 pce, •-31 • MB 11 2 5 is identical to MB 11 i5 but with a load rate of 25 pce, • MB11 35 is identical to MB1 li 5 but with a targeted load rate of 35 pce, •
• MB12i5 est un mélange-maître réalisé avec le Latex 4 et avec la dispersion aqueuse DP3 à un taux de charge 15 pce, • MB1225 est identique à MB12i5 mais avec un taux de charge de 25 pce, • MB1235 est identique à MB12i5 mais avec un taux de charge ciblé de 35 pce,• MB12i5 is a masterbatch made with Latex 4 and with the aqueous dispersion DP3 at a loading rate of 15 pce, • MB12 2 5 is identical to MB12i 5 but with a loading rate of 25 pce, • MB12 35 is identical to MB12i 5 but with a targeted load rate of 35 pce,
Le tableau 8 présente pour ces mélanges-maîtres précédents les rendements de la 10 coagulation obtenus (tels que décrits également précédemment).Table 8 presents for these previous masterbatches the coagulation yields obtained (as also described above).
Tableau 3Table 3
Tableau 4Table 4
Tableau 5Table 5
Tableau 6Table 6
Tableau 7Table 7
Tableau STable S
-36On constate que quelle que soit la nature chimique de l’élastomère, il n’y a pas de coagulation entre un latex d’élastomère anionique et une dispersion aqueuse de charge polymérique anionique, c’est-à-dire entre un latex d’élastomère ayant un potentiel Zêta de même signe algébrique que le potentiel Zêta d’une dispersion aqueuse d’une charge polymérique. Le rendement de coagulation est nul (voir tableau n°8).It can be seen that whatever the chemical nature of the elastomer, there is no coagulation between an anionic elastomer latex and an aqueous dispersion of anionic polymeric charge, that is to say between a latex d elastomer having a Zeta potential of the same algebraic sign as the Zeta potential of an aqueous dispersion of a polymeric filler. The coagulation yield is zero (see table 8).
Conformément à l’invention, on constate que les latex d’élastomères ayant un potentiel Zêta de signe algébrique opposé au potentiel Zêta de la dispersion aqueuse de charge polymérique permettent, quelle que soit la nature chimique de l’élastomère ou la nature chimique de la charge renforçante polymérique, d’obtenir un coagulum ou un mélange maître sans l’ajout d’agent de coagulation.In accordance with the invention, it can be seen that the latexes of elastomers having a Zeta potential of algebraic sign opposite to the Zeta potential of the aqueous dispersion of polymeric charge allow, whatever the chemical nature of the elastomer or the chemical nature of the polymer reinforcing filler, to obtain a coagulum or a masterbatch without the addition of coagulation agent.
Avantageusement, lorsque le taux de charge renforçante polymérique va de 20 à 50 pce et que le taux de solide du latex d’élastomère est d’au moins 30% en poids par rapport au poids total du latex d’élastomère, on obtient un coagulum et un mélange maître avec un rendement supérieur à 80%.Advantageously, when the level of polymeric reinforcing filler ranges from 20 to 50 phr and the solid level of the elastomer latex is at least 30% by weight relative to the total weight of the elastomer latex, a coagulum is obtained. and a masterbatch with a yield greater than 80%.
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