FR3115041A1 - Composition comprising at least one organic peroxide and at least one sulfur-containing compound for crosslinking polymers in the presence of oxygen - Google Patents
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Abstract
TITRE : Composition comprenant au moins un peroxyde organique et au moins un composé contenant du soufre pour la réticulation de polymères en présence d’oxygène atmosphérique La présente invention concerne une composition comprenant au moins un peroxyde organique, au moins un composé contenant du soufre choisi dans le groupe constitué par un acide dialkylphosphorodithioïque et des sels correspondants, et éventuellement du soufre sous sa forme libre.
Description
Domaine de l’invention
La présente invention concerne une composition comprenant au moins un peroxyde organique et au moins un composé contenant du soufre choisi dans le groupe constitué par un acide dialkylphosphorodithioïque et des sels correspondants.
L’invention concerne également un procédé pour la fabrication d’un article comprenant le durcissement d’une composition comprenant au moins un élastomère, au moins un peroxyde organique, au moins un composé contenant du soufre choisi dans le groupe constitué par un acide dialkylphosphorodithioïque et des sels correspondants, en présence totale ou partielle d’oxygène.
L’invention se rapporte également à un article, préférablement un article choisi dans le groupe constitué par un joint d’étanchéité, un tuyau et une garniture, obtenu à partir du procédé mentionné précédemment.
Arrière-plan de l’invention
Les polymères et les copolymères réticulés avec des peroxydes organiques sont connus pour posséder des propriétés supérieures, particulièrement par comparaison à des polymères réticulés par un durcissement au soufre. Ces propriétés comprennent une haute résistance au vieillissement thermique, un faible pourcentage de rémanence à la compression, une coloration du métal réduite, et une production aisée de produits colorés dotés d’une stabilité de couleur augmentée. Au vu de ces propriétés bénéfiques, un durcissement au peroxyde possède une grande importance pratique. Un possible inconvénient d’un durcissement au peroxyde est que l’air doit être exclu de la surface d’un matériau pendant le durcissement ; si l’air n’est pas exclu, il peut résulter une surface collante, due à l’inhibition du durcissement par l’oxygène. En d’autres termes, un durcissement au peroxyde d’élastomères en présence d’oxygène atmosphérique altère la surface du matériau produit en rendant sa surface sensiblement collante.
En particulier, lorsque de l’oxygène entre en contact avec un élastomère qui est en train d’être réticulé par un peroxyde organique, la réaction de réticulation à la surface de l’élastomère peut être inhibée, ou peut ne pas avoir lieu du tout. Ainsi, la surface de l’élastomère peut rester non durcie. Par conséquent, le durcissement d’articles de caoutchouc avec des peroxydes est typiquement conduit dans des tubes à vapeur, des bains de sel fondu, des autoclaves à vapeur, et des moules fermés dont l’air a été évacué, tous étant conçus pour appliquer de la chaleur à l’élastomère tout en excluant l’oxygène atmosphérique pendant le procédé de réticulation.
Malheureusement, l’exclusion d’air de ces procédés commerciaux implique une quantité considérable de temps et hausse leurs coûts, notamment pour assurer l’évacuation complète de l’air et de l’oxygène du milieu où la réaction de réticulation a lieu.
Au contraire, la vulcanisation au soufre d’élastomères peut être conduite à l’aide de fours ou de tubes à air chaud moins coûteux dans lesquels l’oxygène atmosphérique chaud ne pose pas de problème. Tandis que les durcisseurs au soufre sont généralement moins coûteux que les peroxydes organiques, les types d’élastomères appropriés pour un durcissement au soufre sont limités aux élastomères insaturés, par ex., poly(éthylène propylène diène), poly(butadiène), caoutchouc naturel, poly(isoprène) synthétique, caoutchouc de poly(styrène-butadiène), caoutchouc de poly(butadiène-acrylonitrile) et similaires.
Dans beaucoup de cas, les fabricants aimeraient passer d’un durcissement au soufre à un durcissement au peroxyde à l’aide de fours à air chaud existants ; cependant, le durcissement avec des systèmes de peroxyde conventionnels dans ces circonstances ne serait pas viable dû à l’inhibition du durcissement en surface par l’oxygène. Divers procédés ont été suggérés pour prévenir l’inhibition du durcissement en surface par l’oxygène pendant une réticulation par voie radicalaire libre. Ces procédés n’ont, pour diverses raisons, généralement rencontrés que peu ou pas de succès.
En conséquence, des formulations de peroxyde organique comprenant au moins un composé contenant du soufre ont été récemment implémentées afin de pallier ces lacunes, notamment pour réduire de manière significative le caractère collant en surface d’articles élastomériques qui sont durcis au peroxyde en présence totale ou partielle d’oxygène. Les composés contenant du soufre utilisés dans de telles formulations peuvent être des composés organiques de type sulfure, qui peuvent être des monosulfures, des disulfures, des trisulfures ou des polysulfures supérieurs. Notamment, le composé contenant du soufre peut être choisi dans le groupe constitué par un poly(disulfure de t-amylphénol) ; un poly(disulfure de t-butylphénol) ; la 4,4–dithiodimorpholine ; le disulfure de benzothiazyle ; le disulfure de N,N’-caprolactame ; et une combinaison correspondante, et préférablement correspond à un poly(disulfure de t-amylphénol) vendu sous le nom de Vultac® 5.
Cependant, même si de telles formulations de peroxyde peuvent fournir une surface non collante, ou une surface sensiblement non collante, lors du durcissement d’une composition d’élastomère en présence totale ou partielle d’oxygène, notamment en présence d’air chaud, il a été observé que les propriétés mécaniques des articles élastomériques produits faiblissaient en même temps.
En effet, l’implémentation de telles formulations de peroxyde peut notamment entraver leur haute résistance au vieillissement thermique, y compris leurs propriétés en traction telles que la résistance à la traction à la rupture, et leur pourcentage de rémanence à la compression. En particulier, il a été noté que la résistance à la traction à la rupture des articles élastomériques produits peut dans certains cas diminuer fortement tandis que le pourcentage de rémanence à la compression peut s’élever fortement. En conséquence, les élastomères durcis obtenus ne sont pas résistants à haute température puisqu’ils peuvent montrer une déformation permanente dans des conditions de chaleur et de pression.
Cela montre que des formulations de peroxyde mélangées avec les composés contenant du soufre mentionnés précédemment ne peuvent pas fournir une surface non collante et fournir en même temps les propriétés mécaniques souhaitables obtenues par un durcissement au peroxyde, puisque certaines d’entre elles peuvent diminuer de manière significative.
Par conséquent, il reste un réel besoin de fournir des compositions qui sont capables de durcir des élastomères disponibles dans le commerce et/ou des compositions d’élastomère en présence totale ou partielle d’oxygène atmosphérique sans entraver leurs propriétés mécaniques, préférablement leurs propriétés mécaniques après vieillissement thermique.
En particulier, l’un des buts de la présente invention est de fournir des compositions qui sont capables de mener à des articles possédant en même temps une surface non collante, ou une surface sensiblement non collante, et des propriétés mécaniques augmentées, notamment après vieillissement thermique.
Plus spécifiquement, un autre but de la présente invention est d’obtenir un article possédant une surface non collante, ou une surface sensiblement non collante, et une résistance à la traction à la rupture améliorée et une meilleure rémanence à la compression.
Description de l’invention
La présente invention résulte notamment de la découverte inattendue, par l’inventeur, que l’implémentation d’une composition comprenant au moins un peroxyde organique et au moins un composé contenant du soufre choisi dans le groupe constitué par un acide dialkylphosphorodithioïque et des sels correspondants, à une concentration telle que définie ci-après, est capable de durcir au moins un élastomère afin d’obtenir des articles possédant en même temps une surface non collante, ou une surface sensiblement non collante et des propriétés mécaniques augmentées, notamment après vieillissement thermique.
Ainsi, la présente invention concerne une composition comprenant :
a) au moins un peroxyde organique,
b) au moins un composé contenant du soufre choisi dans le groupe constitué par un acide dialkylphosphorodithioïque et des sels correspondants, en particulier des dialkyldithiophosphates de zinc,
c) éventuellement du soufre sous sa forme libre,
d) au moins une charge,
le rapport pondéral entre ledit au moins un peroxyde organique et ledit au moins un composé contenant du soufre étant supérieur à 0,3, préférablement supérieur à 0,5, encore plus préférablement supérieur à 0,8,
le rapport pondéral entre le soufre sous sa forme libre et ledit au moins un peroxyde organique étant inférieur à 0,15, préférablement inférieur à 0,1,
le rapport pondéral entre ladite au moins une charge et ledit au moins un peroxyde organique étant supérieur à 10.
La composition de la présente invention permet le durcissement d’élastomères, insaturés ou saturés, en présence totale ou partielle d’oxygène atmosphérique (par ex., à l’aide d’un four ou d’un tunnel à air chaud, ou d’un autoclave à vapeur) ce qui permet d’économiser du temps et des coûts supplémentaires par comparaison avec un durcissement au peroxyde organique, sans altérer en même temps les propriétés mécaniques des élastomères durcis.
De plus, la composition de la présente invention mène notamment à la production d’articles possédant une surface non collante, ou une surface sensiblement non collante, et présentant de meilleures propriétés mécaniques après vieillissement thermique que des articles durcis avec des formulations de peroxyde organique contenant au moins un composé contenant du soufre choisi dans le groupe constitué par un poly(disulfure de t-amylphénol) ; un poly(disulfure de t-butylphénol) ; la 4,4–dithiodimorpholine ; le disulfure de benzothiazyle ; le disulfure de N,N’-caprolactame ; et des mélanges correspondants.
En particulier, la composition de la présente invention permet d’obtenir des articles montrant des propriétés en traction et une rémanence à la compression augmentées, et spécifiquement une résistance à la traction à la rupture élevée et un faible pourcentage de rémanence à la compression en même temps.
Selon la présente invention, lorsque de la chaleur et de la pression sont appliquées à un élastomère durci au soufre, les liaisons du soufre typiquement se rompent et se reforment, causant la déformation de l’élastomère. Un essai pour suivre cette déformation est appelé l’essai de pourcentage (%) de rémanence à la compression. Plus l’échantillon d’élastomère réticulé présente une déformation permanente dans des conditions de chaleur et de pression, plus la valeur du pourcentage de rémanence à la compression est élevée. Ainsi, de plus faibles valeurs de pourcentage de rémanence à la compression, ce qui équivaut à moins ou aucune déformation permanente de l’élastomère, sont souhaitables pour de nombreux élastomères, particulièrement pour des applications de tuyau, de garniture et de joint d’étanchéité.
Il en résulte que la composition mentionnée précédemment donne avantageusement des produits, en particulier des produits élastomériques, possédant des propriétés mécaniques augmentées appropriées pour des applications de tuyau, de garniture et de joint d’étanchéité.
Cela montre que la composition de la présente invention produit une surface non collante, ou une surface sensiblement non collante, et des produits élastomériques résistants à haute température appropriés pour diverses applications, telles que des applications de tuyau, de garniture et de joint d’étanchéité.
De plus, la composition de la présente invention permet le durcissement d’élastomères dans une plage de temps plus courte que des formulations uniquement à base de peroxyde organique ou des formulations contenant un mélange de peroxyde organique et d’au moins un composé contenant du soufre choisi dans le groupe constitué par un poly(disulfure de t-amylphénol) ; un poly(disulfure de t-butylphénol) ; la 4,4–dithiodimorpholine ; le disulfure de benzothiazyle ; le disulfure de N,N’-caprolactame ; et des mélanges correspondants.
En d’autres termes, la composition de la présente invention peut réduire de manière significative le caractère collant en surface d’un article, préférablement d’un article élastomérique, qui est durci au peroxyde en présence totale ou partielle d’oxygène, c’est-à-dire dans un système ouvert, et peut produire des temps de durcissement plus courts, une résistance à la traction à la rupture élevée et un faible pourcentage de rémanence à la compression.
Un autre objet de la présente invention se rapporte à un procédé pour la fabrication d’un article comprenant le durcissement d’une composition comprenant a) au moins un élastomère, b) au moins un peroxyde organique, c) au moins un composé contenant du soufre choisi dans le groupe constitué par un acide dialkylphosphorodithioïque et des sels correspondants, en particulier des dialkyldithiophosphates de zinc, d) éventuellement du soufre sous sa forme libre, en présence totale ou partielle d’oxygène ; où dans ladite composition, le rapport pondéral entre ledit au moins un peroxyde organique et ledit au moins un composé contenant du soufre est supérieur à 0,3 et le rapport pondéral entre le soufre sous sa forme libre et ledit au moins un peroxyde organique est inférieur à 0,15, préférablement inférieur à 0,1.
En d’autres termes, le procédé mentionné précédemment comprend, consiste essentiellement en, ou consiste en le durcissement d’une composition en présence partielle ou totale d’oxygène, ladite composition comprenant au moins un élastomère, au moins un peroxyde organique, au moins un composé contenant du soufre choisi dans le groupe constitué par un acide dialkylphosphorodithioïque et des sels correspondants, en particulier des dialkyldithiophosphates de zinc, éventuellement du soufre sous sa forme libre, le rapport pondéral entre ledit au moins un peroxyde organique et ledit au moins un composé contenant du soufre étant supérieur à 0,3 et le rapport pondéral entre le soufre sous sa forme libre et ledit au moins un peroxyde organique étant inférieur à 0,15.
Le procédé de l’invention est moins coûteux a implémenter que des procédés commerciaux dans lesquels l’air est exclu et peut être réalisé dans une période de temps relativement courte.
Un autre aspect de la présente invention se rapporte à un article, préférablement un article élastomérique, comprenant au moins la composition mentionnée précédemment sous forme durcie et qui est préférablement complètement ou sensiblement non collant.
Préférablement, un tel article peut être choisi dans le groupe constitué par un joint d’étanchéité, un tuyau et une garniture. Les articles peuvent être extrudés ou moulés à l’aide de procédés connus dans l’art. Ces articles peuvent être durcis dans l’air chaud, par micro-ondes/UHF, par chaleur infrarouge et/ou avec un autoclave à vapeur dans lequel le temps de purge à la vapeur de l’oxygène atmosphérique peut être raccourci ou éliminé, tout en fournissant une surface totalement durcie dotée de propriétés de vieillissement thermique améliorées. L’invention concerne également un article, préférablement un article élastomérique, obtenu à partir du procédé mentionné précédemment.
De plus, l’invention concerne l’utilisation de la composition selon la présente invention afin d’améliorer les propriétés mécaniques, notamment les propriétés en traction et la rémanence à la compression, d’une composition comprenant au moins un élastomère.
Les propriétés en traction augmentées sont préférablement la résistance à la traction et/ou le pourcentage d’élongation à la rupture.
D’autres sujets et caractéristiques, aspects et avantages de l’invention apparaîtront encore plus clairement à la lecture de la description et de l’exemple qui suit.
Dans le texte ci-dessous, et sauf indication contraire, les limites d’une plage de valeurs sont comprises dans la plage, en particulier dans les expressions « entre » et « dans la plage de … à … ».
De plus, l’expression « au moins un(e) » utilisée dans la présente description est équivalente à l’expression « un(e) ou plusieurs ».
Composition
Comme il se doit ici, le terme « comprenant » possède la signification de « incluant » ou « contenant », ce qui signifie que lorsqu’un objet « comprend » un ou plusieurs éléments, d’autres éléments que ceux mentionnés peuvent également être inclus dans l’objet. Au contraire, lorsqu’un objet est dit « constitué » d’un ou plusieurs éléments, l’objet est limité aux éléments listés et ne peut pas comprendre d’autres éléments que ceux mentionnés.
Selon la présente invention, le terme « polymère » englobe des homopolymères et des copolymères, où le terme « copolymères » fait référence à un polymère composé d’au moins deux monomères différents sous forme polymérisée. Par exemple, un copolymère conformément à la présente divulgation peut être un polymère comprenant deux monomères différents, un terpolymère étant un polymère comprenant trois monomères différents ou plus.
Comme détaillé précédemment, la composition selon la présente invention comprend :
a) au moins un peroxyde organique,
b) au moins un composé contenant du soufre choisi dans le groupe constitué par un acide dialkylphosphorodithioïque et des sels correspondants, en particulier des dialkyldithiophosphates de zinc,
c) éventuellement du soufre sous sa forme libre,
d) au moins une charge,
le rapport pondéral entre ledit au moins un peroxyde organique et ledit au moins un composé contenant du soufre étant supérieur à 0,3, préférablement supérieur à 0,5, plus préférablement supérieur à 0,8,
le rapport pondéral entre le soufre sous sa forme libre et ledit au moins un peroxyde organique étant inférieur à 0,15, préférablement inférieur à 0,1,
le rapport pondéral entre ladite au moins une charge et ledit au moins un peroxyde organique étant supérieur à 10.
Le peroxyde organique utilisé dans la composition mentionnée précédemment est préférablement solide à température ambiante.
Selon la présente invention, l’expression « température ambiante » représente une plage de températures allant de 15 °C à 30 °C, préférablement de 20 °C à 30 °C.
Le peroxyde organique peut être choisi dans le groupe constitué par des peroxydes de dialkyle, des peroxydes de type hémi-percétal (par ex., Luperox® V10), des diperoxycétals, des mono-peroxycarbonates, des peroxydes de cétone cycliques, des peroxydes de diacyle, des peroxydes d’organosulfonyle, des peroxyesters et des peroxydicarbonates solides, stables à température ambiante.
Préférablement, le peroxyde organique est choisi dans le groupe constitué par des peroxydes de dialkyle, des peroxycétals, des peroxydes de cétone cycliques, des monoperoxycarbonates, des peroxyesters, des peroxydes de diacyle et des mélanges correspondants, préférablement des peroxydes de dialkyle.
Les noms de peroxydes et les propriétés physiques pour toutes ces classes de peroxydes organiques peuvent être trouvés dans “Organic Peroxides” par Jose Sanchez et Terry N. Myers ; Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, Fourth Ed., Volume 18, (1996), la divulgation duquel est incorporée ici par référence.
Les initiateurs de type peroxyde de dialkyle illustratifs comprennent :
peroxyde de di-t-butyle ;
peroxyde de t-butyle cumyle ;
2,5-di(cumylperoxy)-2,5-diméthylhexane ;
2,5-di(cumylperoxy)-2,5-diméthylhexyne-3;
4-méthyl-4-(t-butylperoxy)-2-pentanol ;
4-méthyl-4-(t-amylperoxy)-2-pentanol ;
4-méthyl-4-(cumylperoxy)-2-pentanol ;
4-méthyl-4-(t-butylperoxy)-2-pentanone ;
4-méthyl-4-(t-amylperoxy)-2-pentanone ;
4-méthyl-4-(cumylperoxy)-2-pentanone ;
2,5-diméthyl-2,5-di(t-butylperoxy)hexane ;
2,5-diméthyl-2,5-di(t-amylperoxy)hexane ;
2,5-diméthyl-2,5-di(t-butylperoxy)hexyne-3 ;
2,5-diméthyl-2,5-di(t-amylperoxy)hexyne-3 ;
2,5-diméthyl-2-t-butylperoxy-5-hydroperoxyhexane ;
2,5-diméthyl-2-cumylperoxy-5-hydroperoxyhexane ;
2,5-diméthyl-2-t-amylperoxy-5-hydroperoxyhexane ;
m/p-alpha, alpha-di[(t-butylperoxy)isopropyl]benzène ;
m-alpha, alpha-di[(t-butylperoxy)isopropyl]benzène ;
p-alpha, alpha-di[(t-butylperoxy)isopropyl]benzène ;
1,3,5-tris(t-butylperoxyisopropyl)benzène ;
1,3,5-tris(t-amylperoxyisopropyl)benzène ;
1,3,5-tris(cumylperoxyisopropyl)benzène ;
di[1,3-diméthyl-3-(t-butylperoxy)butyl]carbonate ;
di[1,3-diméthyl-3-(t-amylperoxy)butyl]carbonate ;
di[1,3-diméthyl-3-(cumylperoxy)butyl]carbonate ;
peroxyde de di-t-amyle ;
peroxyde de dicumyle ;
peroxyde de t-butylperoxy-méta-isopropényl-cumyle ;
peroxyde de t-amyle cumyle ;
t-butyl-isopropénylcumylperoxyde ;
2,4,6-tri(butylperoxy)-s-triazine ;
1,3,5-tri[1-(t-butylperoxy)-1-méthyléthyl]benzène ;
1,3,5-tri-[(t-butylperoxy)-isopropyl]benzène ;
1,3-diméthyl-3-(t-butylperoxy)butanol ;
1,3-diméthyl-3-(t-amylperoxy)butanol ; et des mélanges correspondants.
D’autres peroxydes de dialkyle qui peuvent être utilisés individuellement ou en combinaison avec les autres initiateurs de radicaux libres selon la présente invention sont ceux choisis dans le groupe représenté par la formule (I) :
(I)
R4et R5pouvant se trouver indépendamment dans les positions méta ou para et étant identiques ou différents et étant choisis parmi l’hydrogène et des alkyles à chaîne droite ou ramifiée composée de 1 à 6 atomes de carbone. Le peroxyde de dicumyle et le peroxyde d’isopropylcumyle cumyle sont illustratifs.
D’autres peroxydes de dialkyle comprennent :
méthacrylate de 3-cumylperoxy-1,3-diméthylbutyle ;
méthacrylate de 3-t-butylperoxy-1,3-diméthylbutyle ;
méthacrylate de 3-t-amylperoxy-1,3-diméthylbutyle ;
tri(1,3-diméthyl-3-t-butylperoxy butyloxy)vinylsilane ;
N-[1-{3-(1-méthyléthényl)-phényl}1-méthyléthyl]carbamate de 1,3-diméthyl-3-(t-butylperoxy)butyle ;
N-[1-{3(1-méthyléthényl)-phényl}-1-méthyléthyl]carbamate de 1,3-diméthyl-3-(t-amylperoxy)butyle ;
N-[1-{3-(1-méthyléthényl)-phényl}-1-méthyléthyl]carbamate de 1,3-diméthyl-3-(cumylperoxy))butyle.
D’autres peroxydes de dialkyle qui peuvent être utilisés individuellement ou en combinaison avec les autres initiateurs de radicaux libres selon la présente invention sont les peroxydes de dialkyle comportant un groupe thioxanthone, représentés par la formule générale (II) :
(II)
R1, R2, R3, et R4représentant chacun indépendamment un groupe méthyle ou éthyle ; R5représentant un groupe C1-6-alkyle ou un groupe phényle ; R6représentant un groupe C1-4-alkyle, un groupe C1-4-alcoxy, ou un atome de chlore ; et n étant un entier de 0 à 2.
Dans le groupe des initiateurs de type diperoxycétal, les initiateurs préférés comprennent :
1,1-di(t-butylperoxy)-3,3,5-triméthylcyclohexane ;
1,1-di(t-butylperoxy)cyclohexane ;
4,4-di(t-amylperoxy)valérate de n-butyle ;
3,3-di(t-butylperoxy)butyrate d’éthyle ;
2,2-di(t-amylperoxy)propane ;
3,6,6,9,9-pentaméthyl-3-éthoxycabonylméthyl-1,2,4,5-tétraoxacyclononane ;
4,4-bis(t-butylperoxy)valérate de n-butyle ;
3,3-di(t-amylperoxy)butyrate d’éthyle ; et des mélanges correspondants.
Les peroxydicarbonates solides, stables à température ambiante illustratifs comprennent, mais ne sont pas limités à : peroxydicarbonate de di(2-phénoxyéthyle) ; peroxydicarbonate de di(4-t-butyl-cyclohexyle) ; peroxydicarbonate de dimyristyle ; peroxydicarbonate de dibenzyle ; et peroxydicarbonate de di(isobornyle). D’autres peroxydes qui peuvent être utilisés selon au moins un mode de réalisation de la présente invention comprennent le peroxyde de benzoyle, le OO-t-butyl-O-hydrogéno-monoperoxy-succinate et le OO-t-amyl-O-hydrogéno-monoperoxy-succinate.
Les peroxydes de cétone cycliques illustratifs sont des composés possédant les formules générales (III), (IV) et/ou (V).
(III)
(IV)
(V)
R1à R10étant indépendamment choisis dans le groupe constitué par hydrogène, C1à C20alkyle, C3à C20cycloalkyle, C6à C20aryle, C7à C20aralkyle et C7à C20alkaryle, lesquelles groupes pouvant comporter des propriétés d’alkyle linéaire ou ramifié et chacun parmi R1à R10pouvant être substitué par un ou plusieurs groupes choisis parmi hydroxy, C1à C20alkoxy, C1à C20alkyle linéaire ou ramifié, C6à C20aryloxy, halogène, ester, carboxy, nitrure et amido, tel que, par exemple, au moins 20 % de la teneur totale en oxygène actif du mélange de peroxydes utilisé pour une réaction de réticulation seront des composés possédant les formules (III), (IV) et/ou (V).
Certains exemples de peroxydes de cétone cycliques appropriés comprennent :
3,6,9-triéthyl-3,6,9-triméthyl-1,4,7-triperoxynonane (ou trimère cyclique de peroxyde de méthyléthylcétone), dimère cyclique de peroxyde de méthyléthylcétone, et 3,3,6,6,9,9-hexaméthyl-1,2,4,5-tétraoxacyclononane.
Les exemples illustratifs de peroxyesters comprennent :
2,5-diméthyl-2,5-di(benzoylperoxy)hexane ;
perbenzoate de t-butyle ;
peroxyacétate de t-butyle ;
peroxy-2-éthylhexanoate de t-butyle ;
perbenzoate de t-amyle ;
peroxyacétate de t-amyle ;
peroxyisobutyrate de t-butyle ;
peroxy-2-éthylhexanoate de 3-hydroxy-1,1-diméthyl t-butyle ;
OO-t-amyl-O-hydrogéno-monoperoxysuccinate ;
OO-t-butyl-O-hydrogéno-monoperoxysuccinate ;
diperoxyphtalate de di-t-butyle ;
t-butylperoxy (3,3,5-triméthylhexanoate) ;
1,4-bis(t-butylperoxycarbo)cyclohexane ;
peroxy-3,5,5-triméthylhexanoate de t-butyle ;
peroxy-(cis-3-carboxy)propionate de t-butyle ;
peroxybutyrate d’allyl-3-méthyl-3-t-butyle.
Les monoperoxycarbonates illustratifs comprennent :
OO-t-butyl-O-isopropylmonoperoxycarbonate ;
OO-t-amyl-O-isopropylmonoperoxycarbonate ;
OO-t-hexyl-O-isopropylmonoperoxycarbonate ;
OO-t-butyl-O-(2-éthyl hexyl)monoperoxycarbonate ;
OO-t-amyl-O-(2-éthyl hexyl)monoperoxycarbonate ;
OO-t-hexyl-O-(2-éthyl hexyl)monoperoxycarbonate ;
1,1,1-tris[2-(t-butylperoxy-carbonyloxy)éthoxyméthyl]propane ;
1,1,1-tris[2-(t-amylperoxy-carbonyloxy)éthoxyméthyl]propane ;
1,1,1-tris[2-(cumylperoxy-cabonyloxy)éthoxyméthyl]propane.
Les peroxydes de diacyle illustratifs comprennent :
peroxyde de di(4-méthylbenzoyle) ;
peroxyde de di(3-méthylbenzoyle) ;
peroxyde de di(2-méthylbenzoyle) ;
peroxyde de didécanoyle ; peroxyde de dilauroyle ;
peroxyde de 2,4-dibromo-benzoyle ;
peroxyde d’acide succinique ;
peroxyde de dibenzoyle ;
peroxyde de di(2,4-dichloro-benzoyle) ; et des mélanges correspondants.
Les imidoperoxydes du type décrit dans la publication de la demande PCT WO9703961 A1 6 fév. 1997 sont également considérés comme appropriés pour une utilisation et incorporés ici comme référence.
Les peroxydes préférés comprennent l’un ou plusieurs parmi : 2,5-di(t-butylperoxy)-2,5-diméthylhexane ; peroxyde de t-butyle cumyle ; 2,5-diméthyl-2,5-di(t-butylperoxy)hexyne-3 ; t-butylperoxy-isopropénylcumylperoxyde ; 3,3,5,7,7-pentaméthyle,-1,2,4-trioxépane ; 3,6,9-triéthyl-3,6,9-triméthyl-1,4,7-triperoxynonane ; m/p-di(t-butylperoxy)diisopropylbenzène ; m-di(t-butylperoxy)diisopropylbenzène ; p-di(t-butylperoxy)diisopropylbenzène ; peroxyde de di-t-butyle ; peroxyde de di-t-amyle ; peroxyde de dicumyle ; 1,1-di(t-butylperoxy)-3,3,5-triméthylcyclohexane ; 1,1-di(t-butylperoxy)cyclohexane ; 4,4-di(t-butylperoxy)valérate de n-butyle ; 3,3-di(t-butylperoxy)butyrate d’éthyle ; OO-t-butyl-O-(2-éthylhexyl)monoperoxycarbonate ; OO-t-butyl-O-isopropylmonoperoxycarbonate ; polyéther poly-t-butylperoxycarbonate ; peroxybenzoate de t-butyle ; peroxyacetate de t-butyle ; acide t-butylperoxymaleïque ; peroxyde de di(4-méthylbenzoyle) ; peroxyde de dibenzoyle ; peroxyde de di(2,4-dichlorobenzoyle) ; peroxyde de dilauroyle ; hydroperoxyde de cumène ; et peroxydicarbonate de di(4-tert-butylcyclohexyle).
Les peroxydes plus préférés comprennent l’un ou plusieurs parmi : 1,3(4)-bis[1-(tert-butylperoxy)-1-méthyléthyl]benzène, 1,1-di(t-butylperoxy)-3,3,5-triméthylcyclohexane, peroxybenzoate de t-butyle, t-butyl-2-éthylhexylmonoperoxycarbonate, 2,5-diméthyl-2,5-di(t-butylperoxy)hexane, 2,5-di(t-butylperoxy)-2,5-diméthylhexane ; peroxyde de t-butyle cumyle ; 2,5-diméthyl-2,5-di(t-butylperoxy)hexyne-3 ; t-butylperoxy-isopropenylcumylperoxyde ; 3,3,5,7,7-pentaméthyle,-1,2,4-trioxépane ; 3,6,9-triéthyl-3,6,9-triméthyl-1,4,7-triperoxynonane ; m/p-di(t-butylperoxy)diisopropylbenzène ; m-di(t-butylperoxy)diisopropylbenzène ; p-di(t-butylperoxy)diisopropylbenzène ; peroxyde de di-t-butyle ; peroxyde de dicumyle ; 1,1-di(t-butylperoxy)-3,3,5-triméthylcyclohexane ; 1,1-di(t-butylperoxy)cyclohexane ; 4,4-di(t-butylperoxy)valérate de n-butyle ; 3,3-di(t-butylperoxy)butyrate d’éthyle ; OO-t-butyl-O-(2-éthylhexyl)monoperoxycarbonate ; OO-t-butyl-O-isopropylmonoperoxycarbonate ; polyéther poly-t-butylperoxycarbonate ; peroxybenzoate de t-butyle ; peroxyde de dibenzoyle ; peroxyde de di(2,4-dichlorobenzoyle) ; hydroperoxyde de cumène ; et peroxydicarbonate de di(4-tert-butylcyclohexyle).
Les peroxydes encore plus préférés comprennent l’un ou plusieurs parmi : 1,3(4)-bis[1-(tert-butylperoxy)-1-méthyléthyl]benzène, 1,1-di(t-butylperoxy)-3,3,5-triméthylcyclohexane, peroxybenzoate de t-butyle, t-butyl-2-éthylhexylmonoperoxycarbonate, 2,5-diméthyl-2,5-di(t-butylperoxy)hexane, 2,5-di(t-butylperoxy)-2,5-diméthylhexane ; peroxyde de t-butyle cumyle ; 2,5-diméthyl-2,5-di(t-butylperoxy)hexyne-3 ; t-butylperoxy-isopropénylcumylperoxyde ; 3,3,5,7,7-pentaméthyle,-1,2,4-trioxépane ; m/p-di(t-butylperoxy)diisopropylbenzène ; m-di(t-butylperoxy)diisopropylbenzène ; p-di(t-butylperoxy)diisopropylbenzène ; peroxyde de di-t-butyle ; peroxyde de dicumyle ; 1,1-di(t-butylperoxy)-3,3,5-triméthylcyclohexane ; 1,1-di(t-butylperoxy)cyclohexane ; 4,4-di(t-butylperoxy)valérate de n-butyle ; 3,3-di(t-butylperoxy)butyrate d’éthyle ; OO-t-butyl-O-(2-éthylhexyl)monoperoxycarbonate ; OO-t-butyl-O-isopropylmonoperoxycarbonate ; peroxybenzoate de t-butyle ; peroxyde de dibenzoyle ; et peroxyde de di(2,4-dichlorobenzoyle).
Les peroxydes les plus préférés comprennent l’un ou plusieurs parmi : 1,3(4)-bis[1-(tert-butylperoxy)-1-méthyléthyl]benzène, 1,1-di(t-butylperoxy)-3,3,5-triméthylcyclohexane, peroxybenzoate de t-butyle, t-butyl-2-éthylhexylmonoperoxycarbonate, 2,5-diméthyl-2,5-di(t-butylperoxy)hexane, peroxyde de dicumyle, et peroxyde de t-butyle cumyle, et des mélanges correspondants, préférablement 1,3(4)-bis[1-(tert-butylperoxy)-1-méthyléthyl]benzène.
Le peroxyde organique est préférablement choisi dans le groupe constitué par les peroxydes de dialkyle.
Notamment, le peroxyde organique est le m/p-di(t-butylperoxy)diisopropylbenzène (ou 1,3(4)-bis[1-(tert-butylperoxy)-1-méthyléthyl]benzène), spécifiquement vendu sous le nom commercial Luperox® F.
La composition selon la présente invention comprend en outre au moins un composé contenant du soufre choisi dans le groupe constitué par un acide dialkylphosphorodithioïque et des sels correspondants, préférablement des sels de dialkyldithiophosphates.
Préférablement le sel de dialkyldithiophosphates est choisi dans le groupe constitué par un sel de dialkyldithiophosphates de zinc, un sel de dialkyldithiophosphates de calcium et un sel de dialkyldithiophosphates de cuivre, plus préférablement est un dialkyldithiophosphates de zinc.
Les sels de dialkyldithiophosphates peuvent préférablement posséder la formule suivante (VI) :
(VI)
RA, RB, RCet RD, identiques ou différents, représentant :
- un radical C1-30-alkyle linéaire ou ramifié, notamment un radical C1-14-alkyle linéaire ou ramifié, ou
- un groupe alkyle cyclique comprenant de 4 à 30 atomes de carbone, notamment de 4 à 10 atomes de carbone
- M2+étant un métal divalent, préférablement choisi dans le groupe constitué par le zinc, le calcium et le cuivre, plus préférablement M2+étant le zinc.
Préférablement, RA, RB, RCet RD, identiques ou différents, représentent un radical C1-30-alkyle linéaire ou ramifié, notamment un radical C1-14-alkyle linéaire ou ramifié.
Plus préférablement, RA, RB, RCet RDsont identiques et représentent un radical C1-30-alkyle linéaire ou ramifié, notamment un radical C1-14-alkyle linéaire ou ramifié.
Encore plus préférablement, RA, RB, RCet RDsont identiques et représentent un radical C1-14-alkyle linéaire, notamment un radical C1-4-alkyle linéaire.
Lorsque M2+est le zinc, le sel de dialkyldithiophosphate possède la formule suivante (VII) :
(VII)
- RA, RB, RCet RDétant tels que décrits ci-dessus.
Les sels de dialkyldithiophosphate, en particulier un dialkyldithiophosphate de zinc peuvent se trouver sous forme de monomère, de dimère, de trimère ou de polymère.
Préférablement le composé contenant du soufre est choisi dans le groupe constitué par des sels de zinc des esters de O,O-di-C1-14-alkyle d’acide phosphorodithioïque, des sels de zinc des esters mixtes de O,O-bis(2-éthylhexyle et iso-Bu et iso-Pr) d’acide phosphorodithioïque, et des sels de zinc des esters mixtes de O,O-bis(2-éthylhexyle et iso-Bu) d’acide phosphorodithioïque, plus préférablement des sels de zinc des esters de O,O-di-C1-14-alkyle d’acide phosphorodithioïque.
Le rapport pondéral entre ledit au moins un peroxyde organique et ledit au moins un composé contenant du soufre est supérieur à 0,3, préférablement supérieur à 0,5, encore plus préférablement supérieur à 0,8.
Préférablement, le rapport pondéral entre ledit au moins un peroxyde organique et ledit au moins un composé contenant du soufre est inférieur à 200, préférablement inférieur à 50, encore plus préférablement inférieur à 20.
Préférablement, le rapport pondéral entre ledit au moins un peroxyde organique et ledit au moins un composé contenant du soufre est compris entre 0,1 et 200, préférablement de 0,3 à 20, préférablement entre 0,5 et 20, encore plus préférablement entre 0,8 et 20, plus spécifiquement entre 1 et 20.
Préférablement, le rapport pondéral entre ledit au moins un peroxyde organique et le soufre contenu dans l’au moins un composé contenant du soufre est supérieur à 1,5, préférablement supérieur à 2,5, encore plus préférablement supérieur à 4.
Préférablement, le rapport pondéral entre ledit au moins un peroxyde organique et le soufre contenu dans l’au moins un composé contenant du soufre est inférieur à 1 000, préférablement inférieur à 250, encore plus préférablement inférieur à 100.
La composition peut en outre comprendre du soufre sous sa forme libre.
Selon la présente invention, l’expression « soufre sous sa forme libre » signifie que le soufre est présent dans la composition sous sa forme élémentaire, c’est-à-dire en tant qu’atome libre.
En d’autres termes, le soufre sous sa forme libre fait référence au soufre en tant qu’atome libre qui n’est pas lié à d’autres atomes, notamment via des liaisons covalentes.
Le rapport pondéral entre le soufre sous sa forme libre et ledit au moins un peroxyde organique est inférieur à 0,15, préférablement inférieur à 0,1.
La composition comprend en outre au moins une charge.
Selon la présente invention, le terme « charge » fait référence notamment à une matière inactive organique ou inorganique ou à une combinaison correspondante.
La charge peut être choisie dans le groupe constitué par l’argile lavée à l’eau, par ex., l’argile de Burgess, le noir de carbone, le carbonate de calcium, la silice, la silice précipitée, le silicate de calcium, le kaolin, un hydrocarbure saturé liquide, et une combinaison correspondante.
Préférablement, la charge est choisie dans le groupe constitué par le noir de carbone, le carbonate de calcium, la silice, le kaolin, un hydrocarbure saturé liquide et une combinaison correspondante, plus préférablement le noir de carbone et un hydrocarbure saturé liquide.
Le rapport pondéral entre ladite au moins une charge et ledit au moins un peroxyde organique est supérieur à 10, préférablement supérieur à 12, plus préférablement supérieur à 15.
Selon la présente invention, l’expression « supérieur à 10 » signifie que la valeur 10 est exclue.
La composition selon la présente invention peut en outre comprendre au moins un élastomère.
En d’autres termes, un objet de la présente invention peut être une composition d’élastomère comprenant :
a) au moins un élastomère,
b) au moins un peroxyde organique,
c) au moins un composé contenant du soufre choisi dans le groupe constitué par un acide dialkylphosphorodithioïque et des sels correspondants, en particulier des dialkyldithiophosphates de zinc,
d) éventuellement du soufre sous sa forme libre,
e) au moins une charge,
le rapport pondéral entre ledit au moins un peroxyde organique et ledit au moins un composé contenant du soufre étant supérieur à 0,3,
le rapport pondéral entre le soufre sous sa forme libre et ledit au moins un peroxyde organique étant inférieur à 0,15,
le rapport pondéral entre ladite au moins une charge et ledit au moins un peroxyde organique étant supérieur à 10.
Selon la présente invention, l’élastomère est notamment durcissable en présence totale ou partielle d’oxygène.
L’élastomère peut être saturé ou insaturé.
Préférablement, l’élastomère est saturé et peut être choisi dans le groupe constitué par un caoutchouc de silicone sans insaturation (Q), un méthyl–polysiloxane (MQ), un phényl–méthyl–polysiloxane (PMQ), un poly(éthylène–acétate de vinyle) (EVA), un polyéthylène haute densité (HDPE), un polyéthylène basse densité (LDPE), un polyéthylène chloré (CM ou CPE), un poly(éthylène–propylène) (EPM), des fluoroélastomères (FKM, FFKM) (par ex., Viton® et Dyneon®), et des combinaisons correspondantes.
Préférablement, l’élastomère est insaturé et peut être choisi dans le groupe constitué par un terpolymère d’éthylène–propylène–diène (EPDM), un caoutchouc de vinylsilicone (VMQ), une fluorosilicone (FVMQ), un caoutchouc de nitrile (NBR), un acrylonitrile–butadiène–styrène (ABS), un caoutchouc de styrène butadiène (SBR), des copolymères à blocs de styrène–butadiène–styrène (SBS), un caoutchouc de polybutadiène (BR), des copolymères à blocs de styrène–isoprène–styrène (SIS), un acrylonitrile butadiène partiellement hydrogéné (HNBR), un caoutchouc naturel (NR), un caoutchouc de polyisoprène synthétique (IR), un caoutchouc de néoprène (CR), un polychloroprène, un caoutchouc de bromobutyle (BIIR), un caoutchouc de chlorobutyle, et des combinaisons correspondantes.
Préférablement, l’élastomère insaturé est un terpolymère d’éthylène–propylène–diène (EPDM).
Il doit être noté que des élastomères précompoundés disponibles dans le commerce peuvent être utilisés conformément à la présente invention. Ces élastomères peuvent contenir des additifs tels qu’une charge de type noir de carbone, des huiles de traitement, des agents de démoulage, des antioxydants et/ou des stabilisants thermiques. Selon des modes de réalisation particuliers, l’au moins un élastomère fait partie d’un mélange maître d’élastomère qui comporte un ou plusieurs de ces additifs. Par exemple, un mélange maître d’élastomère peut comprendre, consister essentiellement en, ou consister en l’au moins un élastomère et un ou plusieurs additifs choisis dans le groupe constitué par le noir de carbone, un polyéthylèneglycol, au moins une huile de traitement (par ex., des hydrocarbures saturés liquides, tels que Primol® 352), au moins un antioxydant (par ex., la 2,2,4–triméthyl–1,2–dihydroquinoléine, CAS n° 26780-96-1 également dénommée Stanguard® TMQ Powder), au moins un agent de démoulage, au moins un stabilisant thermique, et une combinaison correspondante.
Préférablement, le peroxyde organique est présent dans la composition de la présente invention en une quantité de 0,1 phr à 300 phr (parts per hundred rubber – parties pour cent caoutchouc), préférablement de 0,1 phr à 20 phr, préférablement de 0,2 à 10 phr, préférablement de 0,2 phr à 5 phr, préférablement de 0,2 phr à 2 phr, préférablement de 0,2 phr à 1 phr, plus préférablement de 0,2 phr à 0,6 phr.
Le composé contenant du soufre est préférablement présent dans la composition de la présente invention à raison d’une concentration inférieure à 3,3 phr (parties pour cent caoutchouc) ; la valeur de 3,3 phr étant exclue.
Préférablement, le composé contenant du soufre est présent dans la composition de la présente invention à raison d’une concentration dans la plage de 0,1 à 3,2 phr, préférablement de 0,1 à 3 phr, préférablement de 0,1 à 2,5 phr, préférablement de 0,5 à 2,5 phr, et plus préférablement de 1 à 2,5 phr.
Préférablement, le peroxyde organique est présent dans la composition en une quantité de 0,2 à 0,6 phr et le composé contenant du soufre est présent dans la composition en une quantité de 0,5 à 2,5 phr.
Le soufre du composé contenant du soufre est préférablement présent dans la composition à raison d’une concentration inférieure à 0,6 phr (parties pour cent caoutchouc) ; la valeur 0,6 phr étant exclue.
Préférablement, le soufre du composé contenant du soufre est présent dans la composition de la présente invention à raison d’une concentration dans la plage de 0,02 à 0,6 phr, préférablement de 0,02 à 0,5 phr, préférablement de 0,1 à 0,5 phr et plus préférablement de 0,2 à 0,5 phr.
La composition peut en outre comprendre du soufre sous sa forme libre en une quantité dans la plage de 0 à 0,5 phr, préférablement de 0 à 0,4 phr, plus préférablement de 0 à 0,3 phr, plus préférablement de 0 à 0,2 phr, encore plus préférablement de 0 à 0,1 phr.
En d’autres termes, la composition comprend éventuellement du soufre sous sa forme libre qui peut être présent en une quantité de 0 à 0,5 phr.
Encore en d’autres termes, lorsque la composition comprend du soufre sous sa forme libre, sa concentration est inférieure ou égale à 0,5 phr, préférablement inférieure à 0,4 phr, plus préférablement inférieure à 0,3 phr, et encore plus préférablement inférieure à 0,1 phr.
Selon un mode de réalisation, l’invention se rapporte à une composition d’élastomère comprenant :
a) au moins un élastomère,
b) au moins un peroxyde organique,
c) au moins un composé contenant du soufre choisi dans le groupe constitué par un acide dialkylphosphorodithioïque et des sels correspondants, en particulier des dialkyldithiophosphates de zinc,
d) éventuellement du soufre sous sa forme libre,
e) au moins une charge,
le peroxyde organique étant présent à raison d’une concentration comprise entre 0,1 phr et 20 phr,
le composé contenant du soufre étant présent à raison d’une concentration inférieure à 3,3 phr,
le soufre sous sa forme libre étant présent en une quantité de 0 à 0,5 phr, et
la charge étant présente en une quantité d’au moins 10 phr.
La composition selon la présente invention peut en outre comprendre au moins un composé HALS (Hindered Amine Light Stabilizer – photostabilisant de type amine encombrée).
Le composé HALS peut être choisi dans le groupe constitué par le poly[[6-[(1,1,3,3-tétraméthylbutyl)amino]-s-triazine-2,4-diyl]-[(2,2,6,6-tétraméthyl-4-pipéridyl)imino]-hexaméthylène-[(2,2,6,6-tétraméthyl-4-pipéridyl)imino]] (notamment vendu sous le nom Chimassorb® 944), le [bis(2,2,6,6-tétraméthyl-4-pipéridinyl)sébacate] (notamment vendu sous le nom Tinuvin® 770), et un mélange correspondant.
La composition selon la présente invention peut en outre comprendre au moins un antioxydant, préférablement un antioxydant phénolique.
L’antioxydant phénolique est préférablement choisi dans le groupe constitué par 2,6-diocta-décyl-p-crésol, 2,6-di-tert-butyl-4-méthyl-phénol ; 2,4,6-tri(.alpha.-méthylbenzyl)phénol ; 2,4-di-méthyl-6-tert-butyl-phénol ; 2,6-di-isopropyl-4-méthyl-phénol ; 2,6-di-tert-amyl-4-méthyl-phénol ; 2,4,6-tri-tert-amyl-phénol ; 2,6-di-tert- amyl-4-tert-butyl-phénol ; 2,4,6-tri-tert-butyl-phénol ; 2,4,6-tri-isopropyl-phénol ; 2,6-di-dodécyl-p-crésol ; 2,6-bis(1-méthylheptadécyl)-p-crésol ; 6-dodécyl-2-(1-méthylheptadécyl)-p-crésol ; 2-tert-butyl-6-(1-méthylcyclohexyl)-p-crésol et des mélanges correspondants.
De plus, des phénols encombrés complexes possédant plus de deux groupes phénol dans la molécule peuvent effectivement être utilisés en tant qu’antioxydant phénolique.
En conséquence, l’antioxydant phénolique peut également être choisi dans le groupe constitué par 1,3,5-triméthyl-2,4,6-tris(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxybenzyl)benzène (disponible commercialement en tant que "Ionox 330" d’Éthyl Corp.) ; tétrakis[méthylène-3-(3',5'-di-tert-butyl-4'-hydroxyphényl)propionate]méthane (disponible commercialement en tant que "Irganox 1010" de Geigy Chemical Co.) ; condensat 3:1 (sur une base molaire) de 3-méthyl-6-tert-butylphénol avec du crotonaldéhyde (disponible commercialement en tant que "Topanol CA" d’Imperial Chemical Industries, Ltd.).
La composition selon la présente invention comprend préférablement le 2,6-diocta-décyl-p-crésol en tant qu’au moins un antioxydant phénolique.
La composition ne comprend préférablement pas de quelconques bis-maléimides, tri-maléimides, ou poly-maléimides supérieurs, ou de quelconques bis-citraconimides, tri-citraconimides, ou poly-citraconimides supérieurs, préférablement tels que le HVA-2 (N,N’-m-phénylène dimaléimide).
La composition peut en outre comprendre au moins un co–agent préférablement choisi dans le groupe constitué par le méthacrylate d’allyle, le cyanurate de triallyle, l’isocyanurate de triallyle, le triméthacrylate de triméthyloylpropane (SR-350), le triacrylate de triméthyloylpropane (SR-351), le diacrylate de zinc, et le diméthacrylate de zinc.
La composition peut comprendre des additifs éventuels choisis dans le groupe constitué par des huiles de traitement (par ex., des huiles de traitement aliphatiques), des auxiliaires de traitement, des pigments, des colorants, des agents tackifiants, des cires, des auxiliaires de renforcement, des agents de stabilisation UV, des agents de gonflement, des protecteurs contre le grillage, des activateurs, des agents anti–ozone et des co-agents (par ex. commercialisés par Sartomer). Les composants des formulations et leurs quantités respectives, sont choisis de sorte que la formulation soit capable de durcir ladite composition en présence totale ou partielle d’oxygène (par ex., à l’aide d’un four ou d’un tunnel à air chaud, ou d’un autoclave à vapeur).
La composition selon la présente invention comprend préférablement :
a) au moins un peroxyde organique choisi dans le groupe constitué par des peroxydes de dialkyle,
b) au moins un composé contenant du soufre choisi dans le groupe constitué par un acide dialkylphosphorodithioïque et des sels correspondants, en particulier des dialkyldithiophosphates de zinc correspondant à la formule (VI), préférablement la formule (VI) dans laquelle RA, RB, RCet RD, identiques ou différents, représentent un radical C1-30-alkyle linéaire ou ramifié, notamment un radical C1-10-alkyle linéaire ou ramifié, plus spécifiquement un radical C1-10-alkyle linéaire, encore plus spécifiquement un radical C1-4-alkyle linéaire,
c) au moins une charge, préférablement choisie dans le groupe constitué par le noir de carbone, le carbonate de calcium, la silice, le kaolin, un hydrocarbure saturé liquide et une combinaison correspondante, plus préférablement le noir de carbone et un hydrocarbure saturé liquide,
d) éventuellement du soufre sous sa forme libre,
le rapport pondéral entre ledit au moins un peroxyde organique et ledit au moins un composé contenant du soufre étant supérieur à 0,3, préférablement supérieur à 0,5, encore plus préférablement supérieur à 0,8,
le rapport pondéral entre le soufre sous sa forme libre et ledit au moins un peroxyde organique étant inférieur à 0,15, préférablement inférieur à 0,1,
le rapport pondéral entre ladite au moins une charge et ledit au moins un peroxyde organique étant supérieur à 10.
Préférablement, l’élastomère est insaturé, notamment l’élastomère correspond à un terpolymère d’éthylène–propylène–diène (EPDM).
La composition selon la présente invention comprend préférablement :
a) au moins un élastomère insaturé,
b) au moins un peroxyde organique choisi dans le groupe constitué par des peroxydes de dialkyle,
c) au moins un composé contenant du soufre choisi dans le groupe constitué par un acide dialkylphosphorodithioïque et des sels correspondants, en particulier des dialkyldithiophosphates de zinc correspondant à la formule (VI), préférablement la formule (VI) dans laquelle RA, RB, RCet RD, identiques ou différents, représentent un radical C1-30-alkyle linéaire ou ramifié, notamment un radical C1-10-alkyle linéaire ou ramifié, plus spécifiquement un radical C1-10-alkyle linéaire, encore plus spécifiquement un radical C1-4-alkyle linéaire,
d) au moins une charge,
e) du soufre sous sa forme libre est présent en une quantité dans la plage de 0 à 0,5 phr,
l’au moins un composé contenant du soufre étant présent dans ladite composition en une quantité inférieure à 3,3 phr, et le peroxyde organique étant présent à raison d’une concentration comprise entre 0,1 phr et 20 phr,
la charge étant présente en une quantité d’au moins 10 phr.
la composition étant durcissable en présence totale ou partielle d’oxygène.
Préférablement, le composé contenant du soufre est présent dans la composition de la présente invention à raison d’une concentration dans la plage de 0,1 à 3,2 phr, ou de 0,1 à 3 phr, ou de 0,1 à 2,5 phr, 1 de 2,5 phr.
Préférablement, l’élastomère insaturé est un terpolymère d’éthylène–propylène–diène (EPDM).
Procédé
L’invention concerne également un procédé pour la fabrication d’un article, préférablement d’un article élastomérique, comprenant une étape de durcissement d’une composition en présence totale ou partielle d’oxygène, ladite composition comprenant :
a) au moins un élastomère,
b) au moins un peroxyde organique,
c) au moins un composé contenant du soufre choisi dans le groupe constitué par un acide dialkylphosphorodithioïque et des sels correspondants, en particulier des dialkyldithiophosphates de zinc,
d) éventuellement du soufre sous sa forme libre,
dans lequel dans ladite composition le rapport pondéral entre ledit au moins un peroxyde organique et ledit au moins un composé contenant du soufre est supérieur à 0,3, préférablement supérieur à 0,5, plus préférablement supérieur à 0,8,
dans lequel dans ladite composition le rapport pondéral entre le soufre sous sa forme libre et ledit au moins un peroxyde organique est inférieur à 0,15, préférablement inférieure à 0,1.
Préférablement, le procédé comprend une étape de durcissement de la composition mentionnée précédemment.
Préférablement, la composition durcie dans le procédé comprend en outre au moins une charge, le rapport pondéral entre ladite au moins une charge et ledit au moins un peroxyde organique étant supérieur à 10.
Tel qu’utilisé ici, le terme « durcissement » fait référence à la réticulation d’un polymère pour former un polymère renforcé ou durci. Une étape de durcissement peut être réalisée d’une quelconque manière conventionnelle, telle que, par exemple, par moulage à l’air chaud, à la vapeur, ou à chaud.
Le procédé peut comprendre l’extrusion de la composition, telle que décrite ici, pour former un article préformé non durci, et le durcissement de l’article préformé non durci. Ladite composition peut être extrudée en présence d’air pour former la préforme non durcie.
Dans au moins un mode de réalisation, la préforme est durcie à l’aide d’un autoclave à vapeur.
Préférablement, le profilé extrudé est chauffé dans une zone de micro-ondes en présence d’air directement à partir de l’extrudeuse, ensuite passé dans un tunnel à air chauffé plus long pour terminer le durcissement du profilé élastomérique.
Dans au moins un autre mode de réalisation, la préforme est durcie sans l’utilisation de micro-ondes.
Le procédé pour la fabrication de l’article peut être réalisé dans un tunnel à air chaud, ou dans un quelconque autre appareil connu.
Préférablement, le procédé pour la fabrication de l’article peut être réalisé de manière continue. Une fabrication continue peut permettre la production d’un article continu, tel qu’un joint d’étanchéité continu, par opposition à des joints d’étanchéité qui peuvent être reconstitués à partir de pièces plus petites.
Un autre aspect de la présente invention a trait à un procédé tel que défini précédemment pour la fabrication d’un article, préférablement d’un article élastomérique, choisi dans le groupe constitué par un joint d’étanchéité, un tuyau ou une garniture.
Un autre aspect de la présente invention a trait à un procédé pour la fabrication d’un tuyau. Le procédé peut comprendre l’extrusion d’une longueur de tuyau à partir de la composition telle que définie précédemment sans durcir la longueur de tuyau. La longueur de tuyau non durci peut être collectée et ensuite durcie, comme par exposition du tuyau non durci à de la vapeur.
Le procédé peut comprendre en outre le mélange de l’au moins un élastomère, du ou des peroxydes organiques, et du ou des composés contenant du soufre comme défini précédemment, et éventuellement du soufre, et éventuellement ladite charge, séparément ou conjointement, et dans un ordre quelconque, pour fournir la composition telle que décrite précédemment.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, un ou plusieurs additifs conventionnels tels que des antioxydants, préférablement un antioxydant phénolique, des huiles de traitement aliphatiques, des auxiliaires de traitement, des pigments, des colorants, des agents tackifiants, des cires, des auxiliaires de renforcement, des agents de stabilisation UV, des agents de gonflement, des protecteurs contre le grillage, des activateurs, des agents anti–ozone ou des co-agents peuvent également être ajoutés à la composition telle que définie précédemment, avant, après et/ou pendant l’étape de durcissement.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, le procédé pour la fabrication d’un article, préférablement d’un article élastomérique, comprend le durcissement d’une composition en présence totale ou partielle d’oxygène ; ladite composition comprenant :
a) au moins un élastomère,
b) au moins un peroxyde organique,
c) au moins un composé contenant du soufre choisi dans le groupe constitué par un acide dialkylphosphorodithioïque et des sels correspondants, en particulier des dialkyldithiophosphates de zinc,
d) éventuellement du soufre sous sa forme libre,
e) éventuellement au moins une charge, qui, lorsqu’elle est présente, est présente en une quantité d’au moins 10 phr,
le peroxyde organique étant présent à raison d’une concentration comprise entre 0,1 phr et 20 phr,
le composé contenant du soufre étant présent dans la composition de la présente invention à raison d’une concentration inférieure à 3,3 phr,
le soufre sous sa forme libre étant présent en une quantité de 0 à 0,5 phr.
Article
Un autre objet de la présente invention concerne un article comprenant une composition telle que décrite précédemment sous une forme durcie, préférablement ledit article étant complètement ou sensiblement non collant.
Préférablement, l’article possède un caractère collant en surface compris entre 7 et 9,9 ou 10, préférablement entre 8 et 9,9 ou 10, plus préférablement entre 9 et 9,9 ou 10.
Un article qui est complètement non collant possède un caractère collant en surface de 10 et est le plus souhaitable.
Un procédé pour la mesure du caractère collant en surface est fourni ici, et est appelé Essai de Papier Mouchoir Facial.
L’article est préférablement du type non–revêtement (c’est-à-dire, pas un revêtement liquide).
Selon un autre aspect de la présente invention, l’article est fabriqué selon le procédé tel que décrit précédemment.
Le procédé peut comporter la dissolution de polymères solides à poids moléculaire élevé dans un solvant, ensuite l’élimination du solvant pour créer une structure d’élastomère solide qui est ensuite durcie à l’air chaud dans une étape distincte (par ex., pour fournir un moyen d’imprégnation de textiles). Un exemple de cette utilisation commerciale est la production d’airbags automobiles.
Des exemples supplémentaires comprennent des garnitures de culasse d’automobile et de camion en élastomère solide durci-sur-place, auquel cas une solution liquide de solvant et d’un polymère à poids moléculaire élevé, ou de mélanges de polymères, conjointement avec des agents durcisseurs, est appliquée à une surface métallique. Le solvant est éliminé, laissant un polymère à poids moléculaire élevé solide de structure complexe sur la pièce métallique. Cette garniture de caoutchouc solide sur la pièce métallique peut ensuite être chauffée pour réticuler le polymère. En chaque cas, le solvant doit être sensiblement ou préférablement complètement éliminé du polymère ou de l’élastomère solide ; une fois que l’élastomère solide est exempt de solvant, la pièce peut être durcie par l’application de chaleur pour débuter la réaction de réticulation. Ceci contraste avec des peintures, des revêtements et des vernis, dans lesquels le procédé de durcissement est réalisé concurremment à l’élimination du solvant.
L’article est préférablement choisi dans le groupe constitué par un joint d’étanchéité, un tuyau et une garniture.
L’article est préférablement fabriqué selon le procédé mentionné précédemment.
Utilisation
L’invention a également trait à l’utilisation d’une composition comprenant :
a) au moins un peroxyde organique,
b) au moins un composé contenant du soufre choisi dans le groupe constitué par un acide dialkylphosphorodithioïque et des sels correspondants, en particulier des dialkyldithiophosphates de zinc,
c) éventuellement du soufre sous sa forme libre,
d) au moins une charge,
le rapport pondéral entre ledit au moins un peroxyde organique et ledit au moins un composé contenant du soufre étant supérieur à 0,3, préférablement supérieur à 0,5, plus préférablement supérieur à 0,8,
le rapport pondéral entre le soufre sous sa forme libre et ledit au moins un peroxyde organique étant inférieur à 0,15, préférablement inférieur à 0,1,
le rapport pondéral entre ladite au moins une charge et ledit au moins un peroxyde organique étant supérieur à 10,
afin d’améliorer les propriétés mécaniques, notamment les propriétés en traction et la rémanence à la compression, d’une composition comprenant au moins un élastomère.
Préférablement, la composition est telle que définie ci-dessus.
Les propriétés en traction augmentées sont préférablement la résistance à la traction et/ou le pourcentage d’élongation à la rupture.
Préférablement, l’élastomère est insaturé.
Préférablement, l’élastomère correspond à un terpolymère d’éthylène–propylène–diène (EPDM).
Un autre objet de la présente invention est l’utilisation d’une composition comprenant :
a) au moins un élastomère,
b) au moins un peroxyde organique,
c) au moins un composé contenant du soufre choisi dans le groupe constitué par un acide dialkylphosphorodithioïque et des sels correspondants, en particulier des dialkyldithiophosphates de zinc,
d) éventuellement du soufre sous sa forme libre,
e) au moins une charge,
le rapport pondéral entre ledit au moins un peroxyde organique et ledit au moins un composé contenant du soufre étant supérieur à 0,3, préférablement supérieur à 0,5, plus préférablement supérieur à 0,8,
le rapport pondéral entre le soufre sous sa forme libre et ledit au moins un peroxyde organique étant inférieur à 0,15, préférablement inférieur à 0,1,
le rapport pondéral entre ladite au moins une charge et ledit au moins un peroxyde organique étant supérieur à 10,
pour la fabrication d’un article, préférablement d’un article élastomérique, encore plus préférablement un article choisi dans le groupe constitué par un joint d’étanchéité, un tuyau et une garniture.
Selon un mode de réalisation, un objet de la présente invention repose également sur l’utilisation d’une composition comprenant :
a) au moins un élastomère,
b) au moins un peroxyde organique,
c) au moins un composé contenant du soufre choisi dans le groupe constitué par un acide dialkylphosphorodithioïque et des sels correspondants, en particulier des dialkyldithiophosphates de zinc,
d) éventuellement du soufre sous sa forme libre,
e) au moins une charge,
le peroxyde organique étant présent à raison d’une concentration comprise entre 0,1 phr et 20 phr,
le composé contenant du soufre étant présent dans la composition de la présente invention à raison d’une concentration inférieure à 3,3 phr,
le soufre sous sa forme libre étant présent en une quantité de 0 à 0,5 phr,
la charge étant présente en une quantité d’au moins 10 phr,
pour la fabrication d’un article, préférablement d’un article élastomérique, encore plus préférablement un article choisi dans le groupe constitué par un joint d’étanchéité, un tuyau et une garniture.
Les exemples suivants ci-dessous sont donnés comme illustrations de la présente invention.
Exemples
Abréviations utilisées pour l’essai avec un rhéomètre RPA
ML (dN-m) est le couple minimal en déci-Newton–mètres dans un essai avec un rhéomètre RPA et concerne la viscosité de la composition d’élastomère à la température d’essai.
MH (dN-m) est le couple maximal en déci-Newton–mètres dans un essai avec un rhéomètre RPA et concerne la quantité maximale de réticulation atteinte.
MH – ML (dN-m) est le degré relatif de réticulation en déci-Newton-mètres.
Ts1 (min) est le temps pour atteindre une augmentation de 1 dN-m du couple minimal en minutes.
Ts2 (min) est le temps pour atteindre une augmentation de 2 dN-m du couple minimal en minutes.
Tc50 (min) est le temps pour atteindre 50 % de l’état de durcissement MH – ML (dN-m) en minutes à partir du couple minimal.
Tc90 (min) est le temps pour atteindre 90 % de l’état de durcissement MH – ML (dN-m) en minutes, à partir du couple minimal.
Abréviations utilisées dans les exemples
Luperox® F est le 1,3(4)-bis[1-(tert-butylperoxy)-1-méthyléthyl]benzène disponible auprès d’Arkema.
Vultac® 5 est un polymère de disulfure de t-amyl-phénol, un polymère/oligomère d’arylpolysulfure également appelé poly(disulfure de t-amylphénol) ; disponible auprès d’Arkema.
MBTS est le disulfure de benzothiazyle, également appelé disulfure de mercaptobenzothiazole, également appelé Altax® de R. T. Vanderbilt.
ZDDP sont des sels de zinc d’esters de O,O-di-C1-14-alkyle d’acide phosphorodithioïque.
ZDTP sont des sels de zinc d’esters mixtes de O,O-bis(2-éthylhexyle et iso-Bu et iso-Pr) d’acide phosphorodithioïque.
ZBOP sont des sels de zinc d’esters mixtes de O,O-bis(2-éthylhexyle et iso-Bu) d’acide phosphorodithioïque.
Essai et procédure
Procédure pour le mélange de caoutchouc et la préparation d’une feuille de caoutchouc
La procédure suivante a été utilisée pour le mélange de caoutchouc et la préparation d’une feuille de caoutchouc pour un durcissement à l’air chaud. Un Brabender Plasti-Corder® doté d’une cuve d’une capacité de 50 ml qui est gainée, avec la capacité de fonctionner à température ambiante ou à l’huile chauffée, a été utilisé. Le mélangeur était équipé de lames amovibles de type sigma. À l’aide de la gravité spécifique fournie par l’élastomère précompoundé, de petites bandes de caoutchouc ont été ajoutées lentement à la cuve à une vitesse de mélange de 20 à 25 tpm. La quantité totale de caoutchouc ajoutée à la cuve Brabender Plasti-Corder® était équivalente au poids nécessaire pour fournir un volume de caoutchouc de 48 ml de sorte qu’il y avait suffisamment de volume pour ajouter les durcisseurs de type peroxyde au caoutchouc, puisque le mélangeur possède une capacité volumique de ~50 ml.
De ces 48 ml de caoutchouc, deux petites bandes de caoutchouc (équivalentes à environ 4 g ou pas plus de 5 ml), ont été gardées en réserve. Tout le reste du caoutchouc a été lentement ajouté à la cuve. Une fois que tout le caoutchouc a été ajouté au mélangeur et que le caoutchouc circulait dans la cuve, les tpm du mélangeur ont été réduits à 15 tpm et la formulation de peroxyde pour cette expérience, qui a été prépesée dans des petits gobelets Dixie®sur une balance à au moins trois décimales pour une bonne précision, a été ajoutée lentement au caoutchouc en mélange. Afin d’être sûr que tout le peroxyde résiduel était compris dans le caoutchouc en mélange, les deux petites bandes de caoutchouc de réserve ont été utilisées pour essuyer la poudre sur la partie métallique en forme de V du mélangeur. Cette poudre adhérait à la bande de caoutchouc et les deux bandes de caoutchouc restantes ont été introduites dans le mélangeur.
Les tpm ont été augmentés à nouveau à 25 tpm pendant trois minutes. Après ce temps, la vitesse du mélangeur a été abaissée à 10 tpm et la tête du mélangeur a été déboulonnée et retirée. Une fois que les lames se sont arrêtées de tourner, le caoutchouc autour des lames a été retiré sans risque et placé sur une feuille de polyester Mylar®. Il y avait une petite quantité de caoutchouc située au niveau de la tête des lames du mélangeur à l’intérieur de la partie interne creuse de la chambre de mélange, qui a été retirée en dernier. La tête du mélangeur a été réassemblée avec les boulons et le moteur du mélangeur a été redémarré à 20 tpm. Le caoutchouc qui a été retiré en dernier, qui était piégé dans la chambre de mélange, a été ajouté en premier aux lames en rotation, suivi par le caoutchouc qui a été enlevé des lames. Ceci a fourni un mélange plus uniforme d’élastomère. Les tpm ont ensuite été augmentés à 25 tpm et maintenus à ce niveau pendant 3 minutes. Après ce temps, la vitesse du mélangeur a été fixée à 10 tpm et la tête du mélangeur a été déboulonnée et retirée. Une fois retirée, le mouvement des lames du mélangeur s’est arrêté et le retrait de tout le caoutchouc de la cuve et des lames du mixeur a pu être fait à nouveau sans risque.
Le caoutchouc chaud a ensuite été mis en forme de balle serrée et placé entre deux feuilles de polyester Mylar®. Ce sandwich a été placé dans une presse Carver chauffée à moteur hydraulique où la presse peut être fixée entre la température ambiante et 60 °C, en fonction de l’élastomère et des durcisseurs de type peroxyde qui sont utilisés. La balle de caoutchouc a été pressée à plat entre les deux feuilles lourdes de polyester Mylar®. En portant des gants de nitrile, la presse a été ouverte et le sandwich de feuilles de polyester Mylar® contenant le caoutchouc aplati a été retiré. La feuille supérieure a été retirée et le caoutchouc a été roulé en un tube. Celui-ci a été à nouveau pris en sandwich et aplati à nouveau. La feuille a été roulée à nouveau, mais à 90 degrés par rapport à la première direction de roulage, et aplatie à nouveau. Ceci a été répété une troisième fois, et on a pris soin d’aplatir jusqu’à une épaisseur approximative de 1/8 de pouce. Le sandwich a été placé sur la paillasse et recouvert avec une feuille métallique où on a laissé le caoutchouc refroidir. Il a été ensuite retiré et stocké dans un sac de polyéthylène fermé hermétiquement. Ces feuilles ont été ensuite coupées avec des ciseaux ou à l’aide d’un poinçon circulaire métallique acéré, pour faire de petites feuilles circulaires planes de caoutchouc non durci pour l’évaluation de durcissement avec le rhéomètre, et des feuilles planes carrées pour l’essai au four à air chaud à l’aide de l’« Essai de Papier Mouchoir Facial » décrit ci-dessous.
Essai de Papier Mouchoir Facial
La procédure suivante a été utilisée pour tester le caractère collant en surface de la feuille de caoutchouc après durcissement dans un four à air chaud. Cette procédure est également appelée « Essai de Papier Mouchoir Facial » pour le caractère collant en surface d’une feuille de caoutchouc durcie dans un four à air chaud.
Une feuille plate de caoutchouc non durcie a été préparée avec des dimensions de 1,8’’ d’épaisseur par 2’’ de largeur et 3’’ de longueur, et a été suspendue délicatement dans un four à air chaud préchauffé à 205 °C pendant 15 minutes. La feuille a été suspendue dans le four par des pinces métalliques à partir d’un support métallique pour exposer tous les côtés de la feuille à l’air chaud. Après 15 minutes de durcissement, la feuille de caoutchouc a été retirée rapidement et placée sur un morceau de carton recouvert d’une feuille d’aluminium. Elle a été recouverte immédiatement avec un Mouchoir Facial Kleenex® et une pression très ferme a été immédiatement appliquée à la main sur l’entièreté de la surface de caoutchouc, suivie par l’application d’un poids de 1 800 g pendant cinq minutes. Après que le caoutchouc a refroidi à température ambiante, le papier mouchoir facial doux a été délicatement retiré pour examiner la surface de caoutchouc, afin de voir si des fibres de papier mouchoir avaient adhéré à la surface. Si un grand nombre de fibres de papier mouchoir adhèrent, ceci indique un mauvais durcissement en surface, ou qu’on a un fort caractère collant en surface.
Comme utilisé ici, l’Indice de Caractère Collant en Surface = (% de la surface sans fibres de papier ÷ 10). L’Indice de Caractère Collant en Surface peut se situer dans la plage de 10 à 0. Une surface de caoutchouc durci complètement non collante ne comportant aucune fibre de papier mouchoir a une note de 10. Une surface de caoutchouc très mal durcie qui est complètement recouverte par des fibres de papier mouchoir a une note de 0. Si 90 % de la surface ne possède pas de fibres de papier mouchoir fixées, la note est de 9, si 70 % de la surface ne possède pas de fibres de papier mouchoir fixées, la note est de 7, etc.
Procédures au rhéomètre
La procédure suivante a été utilisée pour des évaluations avec un rhéomètre à matrice mobile et un RPA (Rubber Process Analyzer - Analyseur de Procédé de Caoutchouc). Pour le rhéomètre Alpha Technologies MDR, le procédé d’essai de la norme ASTM D5289–12 « Méthode d'essai standard pour les propriétés du caoutchouc - Vulcanisation à l'aide de compteurs de polymérisation sans rotor » a été utilisé. Le procédé d’essai de la norme ASTM D6204 a été utilisé avec soit un arc de 0,5 degré, soit un arc de 1,0 degré et une fréquence d’oscillation de 100 cpm à des températures de durcissement appropriées pour le système de durcisseur, par ex., 185 °C pour les exemples ci-dessous.
Lorsque les évaluations au rhéomètre ont été conduites, approximativement 5 à 6 grammes d’élastomère (en fonction de la densité du composé final) ont été utilisés pour remplir complètement les matrices supérieure et inférieure du rhéomètre. Le caoutchouc non durci a été coupé à partir de la feuille pressée formée par la procédure décrite ci-dessus. Le caoutchouc a été coupé en petits disques ronds d’environ 1,25 pouce de diamètre et placé entre deux feuilles Dartek®. Ce sandwich a été ensuite placé dans le rhéomètre pour un essai suivant la norme ASTM D5289.
Suivant la norme ASTM D6601 pour un essai dynamique après durcissement, un essai avec le RPA à l’aide de la fonction de relaxation de contrainte de l’instrument avec une contrainte appliquée d’un arc de 3 degrés, a été appliqué pour évaluer la capacité de l’élastomère réticulé à servir de garniture ou de joint d’étanchéité. Cet objectif était très similaire à l’essai de pourcentage de compression suivant la norme NF ISO 815. La perte du module élastique ou S’ (dN-m) est suivie dans le temps, pendant plusieurs minutes. La vitesse de perte de module élastique reflète la performance du pourcentage de rémanence à la compression. Les plus basses valeurs de pourcentage de compression pour des échantillons de caoutchouc durci auront la plus basse perte dans le module élastique ou S’ (dN-m) sur une période d’une minute à une température d’essai de 185 °C ou plus.
Procédures de % de Rémanence à la Compression
Les procédures suivantes ont été utilisées pour des évaluations de rémanence à la compression. Les procédés d’essais standardisés pour le % de rémanence à la compression ont été la norme NF ISO 815 et/ou la norme ASTM D395, qui sont appropriées pour des essais d’application à température ambiante et à haute température. Spécifiquement, dans l’Exemple 1, la norme NF ISO 815 a été utilisée, les échantillons pour l’essai ont été tout d’abord durcis à 190 °C pour former un cylindre de 6,3 ± 0,3 mm de hauteur et 13 ± 0,5 mm de diamètre à l’aide d’un temps de durcissement de Tc90 + 8 minutes, ensuite les éprouvettes ont été placées dans le dispositif de la norme NF ISO 815 pour une compression à 25 % à 150 °C pendant 24 heures. Après ce temps, les échantillons ont été libérés et placés sur une plaque de bois à température ambiante pendant 30 minutes avant de mesurer le changement de hauteur.
Procédures d’essais de traction
Les procédures suivantes ont été utilisées pour les essais de traction. Les propriétés en traction ont été déterminées en suivant la norme NF ISO 37 et/ou la norme ASTM D412. Tout d’abord, des feuilles de 1,5 mm d’épaisseur ont été durcies sous pression dans une presse pneumatique. Les conditions de durcissement ont été déterminées à partir du résultat de Tc90 (minute) 90 % de temps de durcissement pour le composé lorsqu’il a été testé sur le rhéomètre MDR ou RPA à 190 °C. La température de durcissement a été de 190 °C et le temps de durcissement a été de Tc90 + 8 minutes. Ensuite, des poids ont été coupés à partir de la feuille durcie de 1,5 mm à l’aide de la matrice appropriée désignée par la norme NF ISO 37 et/ou la norme ASTM D412. Enfin, les essais de traction ont été réalisés sur les poids à l’aide d’une machine à traction INSTRON® 5565. Une vitesse de 200 mm/min a été utilisée.
Exemple
La formulation d’élastomère de mélange maître d’EDPM dans le Tableau 1 et la formulation « de contrôle » par vulcanisation au soufre dans le Tableau 2 ont été préparées. Le Tableau 3 fournit un résumé de sept passages d’échantillons, qui ont testé divers systèmes de durcissement dans la formulation de mélange maître d’EPDM.
| Formulation de Mélange Maître « EPDM MB » | |
| Ingrédient | Phr |
| EPDM Vistalon® 2504 | 100,0 |
| Noir de carbone N550 | 100,0 |
| Huile de procédé blanche Primol® 352 | 40,0 |
| PEG Polyéthylèneglycol | 3,0 |
| Stanguard®TMQ Powder (antioxydant) | 1,0 |
| Poids total du mélange maître | 244,0 |
| Formulation de contrôle par vulcanisation au soufre | |
| Formulation de Contrôle par Vulcanisation au Soufre utilisée pour durcir le « EPDM MB » trouvé dans le TABLEAU 1 |
|
| Ingrédient de mélange maître | Parties |
| « EPDM MB » | 244,0 |
| NOTE : 244 PARTIES DE « EPDM MB » CONTIENNENT 100 PARTIES DE CAOUTCHOUC | |
| Ingrédients de « Contrôle au Soufre » | PHR (Parties Pour 100 Caoutchouc) |
| Oxyde de Zinc | 5,00 |
| Acide Stéarique | 1,00 |
| Soufre (80 %) | 3,10 |
| MBTS (75 %) | 2,20 |
| MBT (80 %) | 1,64 |
| TMTD (80 %) | 0,31 |
| Total Contrôle au Soufre = | 13,25 |
| Essai de Formulation au Soufre et au Peroxyde du Mélange Maître d’EPDM du TABLEAU 1 | |||||||
| Échantillon # | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| Parties de « EPDM MB » du Tableau 1 | 244 | 244 | 244 | 244 | 244 | 244 | 244 |
| phr de « Contrôle au Soufre » du Tableau 2 | 13,25 | --- | --- | --- | |||
| phr Luperox® F | --- | 3,2 | 2,1 | 4,8 | 3,2 | 3,2 | 3,2 |
| phr Vultac® 5 | --- | --- | 2,16 | 2,16 | |||
| phr MBTS | --- | --- | 0,56 | 0,56 | |||
| phr ZDDP(Cas N° 68649-42-3, fournisseur : ARCHOS) | 1,0 (0,179 phr équivalent S) | ||||||
| phr ZDTP (Cas n° 85940-28-9, Nom Commercial : MIXLAND+ ZDTP 50 GA Fournisseur : ARCHOS) |
1,7 (0,179 phr équivalent S) |
||||||
| phr ZBOP (Cas n° 68442-22-8, Nom Commercial : LUBIO AW1 Fournisseur : Schäfer GmbH) |
1,05 (0,179 phr équivalent S) |
||||||
| Rhéomètre à Matrice Mobile à 180 °C, 1,677 Hz (100 CPM), 0,5° d’arc | |||||||
| Densité de Réticulation (MH – ML) en dN-m |
27,5 | 27,5 | 15,7 | 28 | 23,1 | 21,1 | 21,4 |
| Temps de durcissement (T90) en min:s | 04:58 | 03:31 | 04:18 | 03:29 | 02:53 | 02:54 | 02:41 |
| Temps de grillage (Ts02) en min:s | 00:44 | 00:23 | 00:41 | 00:27 | 00:27 | 00:26 | 00:30 |
| Durcissement à l’Air Chaud pendant 15 minutes à 205 °C | |||||||
| Caractère Collant en Surface : 10 = NON collant ; 0 = 100 % collant | 10 | 2,8 | 9,3 | 9,8 | 9,5 | 9,5 | 9,5 |
| Essai Physique d’Élastomère Durci | |||||||
| Résistance à la Traction à la Rupture (MPa) | 18 | 16,1 | 12,7 | 16,5 | 20,4 | 21,1 | 21,7 |
| % d’Élongation à la Rupture | 229 | 169 | 312 | 207 | 216 | 244 | 266 |
| % de Rémanence à la Compression à 150 °C pendant 24 heures | 93 | 24 | 76 | 31 | 30 | 23 | 20 |
L’échantillon #1 a utilisé la formulation de « contrôle » par vulcanisation au soufre décrite dans le Tableau 2. Lorsque 13,25 phr de durcisseur au total ont été utilisés, aucun caractère collant en surface n’a été observé (note de 10 sur 10) après durcissement de l’élastomère dans un four à air chaud à 205 °C pendant 15 minutes. Cependant, un très faible pourcentage de rémanence à la compression de 93 % a été observé. Une rémanence à la compression de 100 % représente une déformation totale et complète dans des conditions de chaleur et de contrainte, ainsi une valeur de 93 % est quasiment un échec complet pour une application de joint d’étanchéité, et révèle la mauvaise nature de vieillissement thermique lorsque de telles résines sont soumises à une vulcanisation au soufre.
L’échantillon #2 a utilisé un peroxyde organique conventionnel Luperox® F à raison de 3,2 phr en tant que système de durcissement dans le mélange maître d’EPDM. Le mélange maître d’EPDM durci avec ce peroxyde standard a présenté un caractère collant en surface considérable avec une note très mauvaise de 2,8 sur 10 possible, après le procédé de durcissement de 15 minutes en four à air chaud à 205 °C, et une valeur de % de rémanence à la compression excellente de 24 %. De plus, l’échantillon #2 montre un % d’élongation à la rupture et une résistance à la traction à la rupture plus basses que l’échantillon #1.
L’échantillon #3 a utilisé une formulation de peroxyde organique contenant des composés de type sulfure organique, en particulier un mélange de poly(disulfure de t–amylphénol) et de disulfure de benzothiazyle. L’échantillon #3 montre un meilleur caractère collant en surface que l’échantillon #2 puisqu’il a reçu une note de 9,3 sur 10 mais une résistance à la traction à la rupture plus basse et un % de rémanence à la compression plus haut puisque sa valeur augmente fortement. Par conséquent, l’échantillon #3 montre de mauvaises propriétés mécaniques.
L’échantillon #4 a également utilisé une formulation de peroxyde organique contenant un peroxyde organique à une concentration plus élevée que l’échantillon #3 et le même mélange de composés de type sulfure organique, c’est-à-dire le disulfure de benzothiazyle et un poly(disulfure de t–amylphénol). Le résultat confirme que l’échantillon #4 montre également un meilleur caractère collant en surface que l’échantillon #2 puisque sa valeur est notée 9,8 sur 10 et une résistance à la traction à la rupture et un % d’élongation à la rupture légèrement meilleurs. Cependant, les propriétés en traction de l’échantillon #4 sont encore dépassées par les propriétés en traction de l’échantillon #1.
L’échantillon #5 est une formulation selon la présente invention contenant un peroxyde organique Luperox ®F, un dialkyldithiophosphate de zinc de type ZDDP à raison de 0,179 phr d’équivalent de soufre et pas de soufre libre. Cet échantillon montre un faible caractère collant en surface, même légèrement plus bas que celui mesuré pour l’échantillon #3, et un % de rémanence à la compression plus bas que celui mesuré pour les échantillons #1 et #3. De plus, ces propriétés en traction surpassent les propriétés en traction de l’échantillon #2 puisqu’il présente une résistance à la traction à la rupture plus élevée ainsi qu’un meilleur % d’élongation à la rupture. Ceci montre que l’échantillon #5 présente globalement un meilleur ensemble de propriétés mécaniques que les échantillons #1 à 4. En plus de cela, le temps de durcissement de la formulation utilisée dans l’échantillon #5 est plus court que ceux des échantillons #1 à 4.
L’échantillon #6 est également une formulation selon la présente invention contenant un peroxyde organique Luperox ®F, un dialkyldithiophosphate de zinc de type ZDTP à raison de 0,179 phr d’équivalent de soufre et pas de soufre libre. Cet échantillon montre un faible caractère collant en surface, même légèrement plus bas que celui mesuré pour l’échantillon #3, et un % de rémanence à la compression plus bas que celui mesuré pour les échantillons #1 et #3. Par ailleurs, les propriétés en traction dépassent les propriétés en traction des échantillons #1 et #2 puisque qu’il présente une résistance à la traction à la rupture plus élevée ainsi qu’un meilleur % d’élongation à la rupture.
L’échantillon #7 est également une formulation selon la présente invention contenant un peroxyde organique Luperox ®F, un dialkyldithiophosphate de zinc de type ZBOP à raison de 0,179 phr d’équivalent de soufre et pas de soufre libre. Cet échantillon montre un faible caractère collant en surface, même légèrement plus bas que celui mesuré pour l’échantillon #3, et un % de rémanence à la compression plus bas que celui mesuré pour les échantillons #1 et #3. En particulier, le % de rémanence à la compression est significativement que celui de l’échantillon #2. Par ailleurs, les propriétés en traction dépassent les propriétés en traction des échantillons #1 et #2 puisque qu’il présente une résistance à la traction à la rupture plus élevée ainsi qu’un meilleur % d’élongation à la rupture. Ainsi, les résultats étayent le fait que la formulation de la présente invention conduit à de meilleures propriétés physiques, en particulier des propriétés mécaniques, que la formulation utilisée pour obtenir les échantillons #1 et #2. En plus de cela, le temps de durcissement a même été réduit.
Claims (16)
- Composition comprenant :
a) au moins un peroxyde organique,
b) au moins un composé contenant du soufre choisi dans le groupe constitué par un acide dialkylphosphorodithioïque et des sels correspondants, en particulier des dialkyldithiophosphates de zinc,
c) éventuellement du soufre sous sa forme libre,
d) au moins une charge,
le rapport pondéral entre ledit au moins un peroxyde organique et ledit au moins un composé contenant du soufre étant supérieur à 0,3, préférablement supérieur à 0,5, plus préférablement supérieur à 0,8,
le rapport pondéral entre le soufre sous sa forme libre et ledit au moins un peroxyde organique étant inférieur à 0,15, préférablement inférieur à 0,1,
le rapport pondéral entre ladite au moins une charge et ledit au moins un peroxyde organique étant supérieur à 10. - Composition selon la revendication 1, caractérisée en ce que le peroxyde organique est choisi dans le groupe constitué par le 1,3(4)-bis[1-(tert-butylperoxy)-1-méthyléthyl]benzène, le 1,1-di(t-butylperoxy)-3,3,5-triméthylcyclohexane, le peroxybenzoate de t-butyle, le t-butyl-2-éthylhexylmonoperoxycarbonate, le 2,5-diméthyl-2,5-di(t-butylperoxy)hexane, le peroxyde de dicumyle, et le peroxyde de t-butyle cumyle, et des mélanges correspondants, préférablement le 1,3(4)-bis[1-(tert-butylperoxy)-1-méthyléthyl]benzène.
- Composition selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les sels de dialkyldithiophosphates possèdent la formule suivante (VI) :
(VI)
RA, RB, RCet RD, identiques ou différents, représentant :
- un radical C1-30-alkyle linéaire ou ramifié, notamment un radical C1-14-alkyle linéaire ou ramifié,
- un groupe alkyle cyclique comprenant de 4 à 30 atomes de carbone, notamment de 4 à 10 atomes de carbone,
- M2+étant un métal divalent, préférablement choisi dans le groupe constitué par le zinc, le calcium et le cuivre, plus préférablement M2+étant le zinc,
préférablement, RA, RB, RCet RDétant identiques et représentant un radical C1-4-alkyle linéaire. - Composition selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ladite charge est choisie dans le groupe constitué par l’argile lavée à l’eau, par ex., l’argile de Burgess, le noir de carbone, le carbonate de calcium, la silice, la silice précipitée, le silicate de calcium, le kaolin, un hydrocarbure saturé liquide, et une combinaison correspondante, plus préférablement est choisie dans le groupe constitué par le noir de carbone, le carbonate de calcium, la silice, le kaolin et une combinaison correspondante.
- Composition selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ladite composition comprend en outre au moins un élastomère.
- Composition selon la revendication 5, caractérisée en ce que ledit élastomère est saturé et choisi dans le groupe constitué par un caoutchouc de silicone sans insaturation (Q), un méthyl–polysiloxane (MQ), un phényl–méthyl–polysiloxane (PMQ), un poly(éthylène–acétate de vinyle) (EVA), un polyéthylène haute densité (HDPE), un polyéthylène basse densité (LDPE), un polyéthylène chloré (CM ou CPE), un poly(éthylène–propylène) (EPM), des fluoroélastomères (FKM, FFKM) et des combinaisons correspondantes.
- Composition selon la revendication 5, caractérisée en ce que ledit élastomère est insaturé et choisi dans le groupe constitué par un terpolymère d’éthylène–propylène–diène (EPDM), un caoutchouc de vinylsilicone (VMQ), une fluorosilicone (FVMQ), un caoutchouc de nitrile (NBR), un acrylonitrile–butadiène–styrène (ABS), un caoutchouc de styrène butadiène (SBR), des copolymères à blocs de styrène–butadiène–styrène (SBS), un caoutchouc de polybutadiène (BR), des copolymères à blocs de styrène–isoprène–styrène (SIS), un acrylonitrile butadiène partiellement hydrogéné (HNBR), un caoutchouc naturel (NR), un caoutchouc de polyisoprène synthétique (IR), un caoutchouc de néoprène (CR), un polychloroprène, un caoutchouc de bromobutyle (BIIR), un caoutchouc de chlorobutyle, et des mélanges correspondantes.
- Composition selon l’une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisée en ce que ledit au moins un composé contenant du soufre est présent en une quantité inférieure à 3,3 phr.
- Composition selon l’une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisée en ce que ledit soufre sous sa forme libre est présent en une quantité dans la plage de 0 à 0,5 phr, préférablement de 0 à 0,4 phr, plus préférablement de 0 à 0,3 phr, ou de 0 à 0,2 phr, encore plus préférablement de 0 à 0,1 phr.
- Composition selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ladite composition comprend en outre au moins un composé HALS, préférablement choisi dans le groupe constitué par le poly[[6-[(1,1,3,3-tétraméthylbutyl)amino]-s-triazine-2,4-diyl]-[(2,2,6,6-tétraméthyl-4-pipéridyl)imino]-hexaméthylène-[(2,2,6,6-tétraméthyl-4-pipéridyl)imino]], le [bis(2,2,6,6-tétraméthyl-4-pipéridinyl)sébacate], et des mélanges correspondants.
- Composition selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ladite composition comprend en outre au moins un antioxydant, préférablement un antioxydant phénolique.
- Procédé pour la fabrication d’un article, préférablement d’un article élastomérique, comprenant une étape de durcissement d’une composition en présence totale ou partielle d’oxygène, ladite composition comprenant :
a) au moins un élastomère,
b) au moins un peroxyde organique,
c) au moins un composé contenant du soufre choisi dans le groupe constitué par un acide dialkylphosphorodithioïque et des sels correspondants, préférablement des dialkyldithiophosphates de zinc,
d) éventuellement du soufre sous sa forme libre,
le rapport pondéral entre ledit au moins un peroxyde organique et ledit au moins un composé contenant du soufre étant supérieur à 0,3, préférablement supérieur à 0,5, plus préférablement supérieur à 0,8,
le rapport pondéral entre le soufre sous sa forme libre et ledit au moins un peroxyde organique étant inférieur à 0,15, préférablement inférieur à 0,1. - Article comprenant une composition telle que définie selon l’une quelconque des revendications 5 à 11 sous une forme durcie, préférablement ledit article étant complètement ou sensiblement non collant.
- Article fabriqué selon le procédé défini dans la revendication 12.
- Article selon la revendication 13 ou 14, caractérisé en ce qu’il est choisi dans le groupe constitué par un joint d’étanchéité, un tuyau et une garniture.
- Utilisation d’une composition selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, afin d’améliorer les propriétés mécaniques, notamment les propriétés en traction et la rémanence à la compression, d’une composition comprenant au moins un élastomère telle que définie dans l’une quelconque des revendications 5 à 7.
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