FR3129942A1 - Méthodes de préparation d’un composite comportant des résines - Google Patents

Méthodes de préparation d’un composite comportant des résines Download PDF

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Abstract

Sont ici divulguées des méthodes de préparation d’un composite, comprenant le mélange d’un élastomère solide, d’une charge humide et d’une résine. Des méthodes de mélange à un seul stade ou à plusieurs stades peuvent être utilisées. Est également divulgué un composite comprenant la charge dispersée dans l’élastomère à une charge d’au moins 20 pce, dans laquelle le composite a une teneur en liquide de pas plus de 10 % en poids sur la base du poids total dudit composite.

Description

MÉTHODES DE PRÉPARATION D’UN COMPOSITE COMPORTANT DES RÉSINES
DOMAINE DE L’INVENTION
Sont ici divulguées des méthodes de préparation d’un composite par combinaison d’un élastomère solide et d’une charge humide et de résines. Sont également divulgués des vulcanisats correspondants dérivés de ces composites.
CONTEXTE
Il existe toujours un souhait dans l’industrie du caoutchouc de développer des méthodes pour disperser une charge dans un élastomère et il est particulièrement souhaitable de développer des méthodes qui puissent le faire efficacement par rapport à la qualité de dispersion de la charge, du temps, de l’effort et/ou du coût.
De nombreux produits d’importance commerciale sont formés de compositions élastomères dans lesquelles une charge renforçante est dispersée dans l’un quelconque de divers élastomères synthétiques, d’un caoutchouc naturel ou de mélanges homogènes d’élastomères. Le noir de carbone et la silice, par exemple, sont largement utilisés pour renforcer le caoutchouc naturel et autres élastomères. Il est courant de produire un mélange maître, à savoir, un prémélange de charge renforçante, d’élastomère, et de divers additifs optionnels, tels qu’une huile de dilution. De tels mélanges maîtres sont alors formulés avec des additifs de traitement et de durcissement et lors du durcissement, génèrent de nombreux produits d’importance commerciale. De tels produits incluent, par exemple, les pneus pneumatiques et non pneumatiques ou solides pour véhicules, y compris la partie bande de roulement incluant la chape et la base, la sous-chape, la gomme intérieure, le flanc, la couche de liaison métallique, la carcasse et autres. Les autres produits incluent, par exemple, les supports de moteur, les douilles de palier, les courroies transporteuses, les essuie-glaces, les composants en caoutchouc pour équipement aérospatial et maritime, les éléments de repérage de véhicule, les joints, les chemises, les joints d’étanchéité, les roues, les pare-chocs, les systèmes anti-vibration et autres.
Bien qu’il existe un certain nombre de méthodes pour incorporer une charge dans un élastomère solide, il existe un besoin permanent en nouvelles méthodes pour atteindre une qualité de dispersion et une fonctionnalité acceptable ou augmentée du composite élastomère à partir de mélanges maîtres de composite élastomère, qui puissent se traduire en propriétés acceptables ou augmentées dans les composés de caoutchouc vulcanisé et articles en caoutchouc correspondants.
RÉSUMÉ
Un aspect est une méthode de préparation d’un composite, comprenant :
  1. le chargement d’un mélangeur avec au moins un élastomère solide, une charge humide comprenant une charge et un liquide présent en une quantité d’au moins 15 % en poids sur la base du poids total de la charge humide, et une résine ;
  2. dans une ou plusieurs étapes de mélange, le mélange du au moins un élastomère solide, de la charge humide et de la résine pour former un mélange, et l’élimination d’au moins une partie du liquide du mélange par évaporation ; et
  3. l’évacuation, du mélangeur, du composite comprenant la charge dispersée dans l’élastomère à une charge d’au moins 20 pce (parties pour cent de caoutchouc), dans laquelle le composite a une teneur en liquide de pas plus de 10 % en poids sur la base du poids total dudit composite.
Un autre aspect est une méthode de préparation d’un composite, comprenant :
  1. le chargement d’un premier mélangeur avec au moins un élastomère solide et une charge humide comprenant une charge (par exemple, silice et/ou noir de carbone et/ou noir de carbone traité au silicium) et un liquide présent en une quantité d’au moins 20 % en poids sur la base du poids total de la charge humide ;
  2. dans une ou plusieurs étapes de mélange, le mélange du au moins un élastomère solide et de la charge humide pour former un mélange, et l’élimination d’au moins une partie du liquide du mélange par évaporation ;
  3. l’évacuation, du premier mélangeur, du mélange comprenant la charge dispersée dans l’élastomère à une charge d’au moins 20 pce, dans laquelle le mélange a une teneur en liquide qui est réduite à une quantité inférieure à la teneur en liquide au début de l’étape (b), et dans laquelle le mélange a une température de matériau allant de 100 °C à 180 °C ;
  4. le mélange du mélange de (c) dans un deuxième mélangeur pour obtenir le composite ; et
  5. l’évacuation, du deuxième mélangeur, du composite ayant une teneur en liquide inférieure à 3 % en poids sur la base du poids total dudit composite,
dans laquelle une résine est chargée dans le premier mélangeur, le deuxième mélangeur, ou à la fois les premier et deuxième mélangeurs.
En ce qui concerne tout aspect ou méthode ou mode de réalisation divulgué ici, le cas échéant, la méthode peut en outre comprendre un ou plusieurs quelconques des modes de réalisation suivants : la résine a une Tgd’au moins 25 °C ou allant de 25 °C à 110 °C ; la résine a un point de ramollissement d’au moins 50 °C, ou allant de 50 °C à 150 °C, tel que déterminé selon l’ASTM E-28 ; la résine est choisie parmi une ou plusieurs de résines en C5, de résines en C5/C9, de résines en C9, de résines de colophane, de résines de terpène, de résines de terpène modifiées par des groupes aromatiques, de résines de dicyclopentadiène, de résines d’alkylphénol, et de combinaisons de celles-ci.
En ce qui concerne tout aspect ou méthode ou mode de réalisation divulgué ici, le cas échéant, la méthode peut en outre comprendre un ou plusieurs quelconques des modes de réalisation suivants : le chargement comprend le chargement du mélangeur avec des charges séparées de la résine et de la charge humide ; le chargement comprend de multiples ajouts de l’élastomère solide, de la charge humide et/ou de la résine ; le chargement comprend l’introduction de charge sèche dans le mélangeur, dans laquelle la charge sèche est humidifiée en ajoutant le liquide pour former la charge humide dans le mélangeur ; ledit mélange est effectué en une étape de mélange ; ledit mélange est effectué en deux étapes de mélange ou plus ; le mélange en (b) est une deuxième étape de mélange, dans laquelle une première étape de mélange comprend le mélange d’au moins une partie de l’élastomère solide et d’au moins une partie de la charge humide suivie du chargement du mélangeur avec la résine ; le chargement en (a) comprend le chargement du mélangeur avec un mélange comprenant la résine et la charge humide ; le chargement en (a) comprend le chargement du mélangeur avec une co-pastille comprenant la résine et la charge humide.
En ce qui concerne tout aspect ou méthode ou mode de réalisation divulgué ici, le cas échéant, la méthode peut en outre comprendre un ou plusieurs quelconques des modes de réalisation suivants : dans laquelle dans au moins l’une des étapes de mélange, la méthode comprend la réalisation dudit mélange dans laquelle le mélangeur a au moins un moyen de contrôle de température qui est réglé à une température, Tz, de 65 °C ou plus ; dans laquelle dans au moins l’une des étapes de mélange, la méthode comprend la réalisation dudit mélange avec un ou plusieurs rotors du mélangeur fonctionnant à une vitesse périphérique d’au moins 0,6 m/s pendant au moins 50 % du temps de mélange.
En ce qui concerne tout aspect ou méthode ou mode de réalisation divulgué ici, le cas échéant, la méthode peut en outre comprendre un ou plusieurs quelconques des modes de réalisation suivants : la charge humide est choisie parmi au moins un matériau choisi parmi les matériaux carbonés, la silice, la nanocellulose, la lignine, les argiles, les nanoargiles, les oxydes de métal, les carbonates de métal, le carbone de pyrolyse, les graphènes, les oxydes de graphène, l’oxyde de graphène réduit, les nanotubes de carbone, les nanotubes de carbone à simple paroi, les nanotubes de carbone à multiples parois, ou d’autres charges divulguées ici ou combinaisons de celles-ci, et les matériaux revêtus et traités de ceux-ci ; la charge humide comprend de la silice ; la charge humide comprend de la silice en une quantité d’au moins 50 % en poids par rapport au poids total de la charge, et la charge humide comprend en outre du noir de carbone et/ou du noir de carbone traité au silicium ; la charge humide a un liquide présent en une quantité allant de 20 % à 80 % en poids sur la base du poids total de la charge humide ; la charge humide est sous la forme d’une poudre, d’une pâte, d’une pastille ou d’un gâteau.
En ce qui concerne tout aspect ou méthode ou mode de réalisation divulgué ici, le cas échéant, la méthode peut en outre comprendre un ou plusieurs quelconques des modes de réalisation suivants : l’élastomère solide est choisi parmi le caoutchouc naturel, le caoutchouc naturel fonctionnalisé, le caoutchouc styrène-butadiène, le caoutchouc styrène-butadiène fonctionnalisé, le caoutchouc polybutadiène, le caoutchouc polybutadiène fonctionnalisé, le caoutchouc polyisoprène, le caoutchouc éthylène-propylène, les élastomères à base d’isobutylène, le caoutchouc polychloroprène, le caoutchouc nitrile, le caoutchouc nitrile hydrogéné, le caoutchouc polysulfure, les élastomères de polyacrylate, les fluoroélastomères, les perfluoroélastomères, les élastomères de silicone, et les mélanges homogènes de ceux-ci ; l’élastomère solide est choisi parmi le caoutchouc naturel, le caoutchouc naturel fonctionnalisé, le caoutchouc styrène-butadiène, le caoutchouc styrène-butadiène fonctionnalisé, le caoutchouc polybutadiène, le caoutchouc polybutadiène fonctionnalisé, et les mélanges homogènes de ceux-ci.
En ce qui concerne tout aspect ou méthode ou mode de réalisation divulgué ici, le cas échéant, la méthode peut en outre comprendre un ou plusieurs quelconques des modes de réalisation suivants : les une ou plusieurs étapes de mélange sont un procédé continu ; une ou plusieurs étapes de mélange sont un procédé discontinu ; la résine est chargée dans un premier mélangeur et l’étape (b) comprend le mélange du au moins un élastomère solide, de la charge humide et de la résine pour former le mélange ; la résine est chargée dans le deuxième mélangeur et l’étape (d) comprend le mélange du mélange de (c) et de la résine dans le deuxième mélangeur pour obtenir le composite ; les premier et deuxième mélangeurs sont identiques ; les premier et deuxième mélangeurs sont différents ; le deuxième mélangeur est mis en fonctionnement dans au moins l’une des conditions suivantes : (i) une pression de piston-plongeur de 5 psi ou moins ; (ii) un piston-plongeur élevé à au moins 75 % de son niveau le plus haut ; (iii) un piston-plongeur mis en fonctionnement en mode flottant ; (iv) un piston-plongeur positionné de telle manière qu’il n’est pas sensiblement en contact avec le mélange ; (v) le mélangeur ne comporte pas de piston-plongeur ; et (vi) un facteur de remplissage du mélange va de 25 % à 70 % ; le deuxième mélangeur est mis en fonctionnement dans au moins l’une des conditions (i) à (vi) suivantes pendant au moins 50 % du temps de mélange.
Un autre aspect fournit une méthode de préparation d’un vulcanisat, comprenant : le durcissement du composite préparé par la méthode telle que décrite précédemment en présence d’au moins un agent de durcissement pour former le vulcanisat. Sont également divulgués des vulcanisats préparés à partir des composites divulgués ici, et des articles comprenant de tels vulcanisats.

Claims (34)

  1. Méthode de préparation d’un composite, comprenant :
    1. le chargement d’un mélangeur avec au moins un élastomère solide, une charge humide comprenant une charge et un liquide présent en une quantité d’au moins 15 % en poids sur la base du poids total de la charge humide, et une résine ;
    2. dans une ou plusieurs étapes de mélange, le mélange du au moins un élastomère solide, de la charge humide et de la résine pour former un mélange, et l’élimination d’au moins une partie du liquide du mélange par évaporation ; et
    3. l’évacuation, du mélangeur, du composite comprenant la charge dispersée dans l’élastomère à une charge d’au moins 20 pce, dans laquelle le composite a une teneur en liquide de pas plus de 10 % en poids sur la base du poids total dudit composite.
  2. Méthode selon la revendication 1, dans laquelle la résine a une Tgd’au moins 25 °C.
  3. Méthode selon la revendication 1, dans laquelle la résine a une Tgallant de 25 °C à 110 °C.
  4. Méthode selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle la résine a un point de ramollissement d’au moins 50 °C, tel que déterminé selon l’ASTM E-28.
  5. Méthode selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle la résine a un point de ramollissement allant de 50 °C à 150 °C, tel que déterminé selon l’ASTM E-28.
  6. Méthode selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle la résine est choisie parmi une ou plusieurs de résines en C5, de résines en C5/C9, de résines en C9, de résines de colophane, de résines de terpène, de résines de terpène modifiées par des groupes aromatiques, de résines de dicyclopentadiène, de résines d’alkylphénol, et de combinaisons de celles-ci.
  7. Méthode selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans laquelle le chargement comprend le chargement du mélangeur avec des charges séparées de la résine et de la charge humide.
  8. Méthode selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans laquelle le chargement comprend de multiples ajouts de l’élastomère solide, de la charge humide et/ou de la résine.
  9. Méthode selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans laquelle ledit mélange est effectué en une étape de mélange.
  10. Méthode selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans laquelle ledit mélange est effectué en deux étapes de mélange ou plus.
  11. Méthode selon la revendication 10, dans laquelle le mélange en (b) est une deuxième étape de mélange, dans laquelle une première étape de mélange comprend le mélange d’au moins une partie de l’élastomère solide et d’au moins une partie de la charge humide suivie du chargement du mélangeur avec la résine.
  12. Méthode selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, dans laquelle le chargement en (a) comprend le chargement du mélangeur avec un mélange comprenant la résine et la charge humide.
  13. Méthode selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, dans laquelle le chargement en (a) comprend le chargement du mélangeur avec une co-pastille comprenant la résine et la charge humide.
  14. Méthode selon l’une quelconque des revendications 1 à 13, dans laquelle dans au moins l’une des étapes de mélange, la méthode comprend la réalisation dudit mélange dans laquelle le mélangeur a au moins un moyen de contrôle de température qui est réglé à une température, Tz, de 65 °C ou plus.
  15. Méthode selon l’une quelconque des revendications 1 à 14, dans laquelle dans au moins l’une des étapes de mélange, la méthode comprend la réalisation dudit mélange avec un ou plusieurs rotors du mélangeur fonctionnant à une vitesse périphérique d’au moins 0,6 m/s pendant au moins 50 % du temps de mélange.
  16. Méthode selon l’une quelconque des revendications 1 à 15, dans laquelle la charge humide est choisie parmi au moins un matériau choisi parmi les matériaux carbonés, la silice, la nanocellulose, la lignine, les argiles, les nanoargiles, les oxydes de métal, les carbonates de métal, le carbone de pyrolyse, les graphènes, les oxydes de graphène, l’oxyde de graphène réduit, les nanotubes de carbone, les nanotubes de carbone à simple paroi, les nanotubes de carbone à multiples parois, ou les combinaisons de ceux-ci, et les matériaux revêtus et traités de ceux-ci.
  17. Méthode selon l’une quelconque des revendications 1 à 16, dans laquelle la charge humide comprend de la silice.
  18. Méthode selon l’une quelconque des revendications 1 à 17, dans laquelle la charge humide comprend de la silice en une quantité d’au moins 50 % en poids par rapport au poids total de la charge, et la charge humide comprend en outre du noir de carbone et/ou du noir de carbone traité au silicium.
  19. Méthode selon l’une quelconque des revendications 1 à 18, dans laquelle la charge humide a un liquide présent en une quantité allant de 20 % à 80 % en poids sur la base du poids total de la charge humide.
  20. Méthode selon l’une quelconque des revendications 1 à 19, dans laquelle la charge humide est sous la forme d’une poudre, d’une pâte, d’une pastille ou d’un gâteau.
  21. Méthode selon l’une quelconque des revendications 1 à 20, dans laquelle le chargement comprend l’introduction de charge sèche dans le mélangeur, dans laquelle la charge sèche est humidifiée en ajoutant le liquide pour former la charge humide dans le mélangeur.
  22. Méthode selon l’une quelconque des revendications 1 à 21, dans laquelle l’élastomère solide est choisi parmi le caoutchouc naturel, le caoutchouc naturel fonctionnalisé, le caoutchouc styrène-butadiène, le caoutchouc styrène-butadiène fonctionnalisé, le caoutchouc polybutadiène, le caoutchouc polybutadiène fonctionnalisé, le caoutchouc polyisoprène, le caoutchouc éthylène-propylène, les élastomères à base d’isobutylène, le caoutchouc polychloroprène, le caoutchouc nitrile, le caoutchouc nitrile hydrogéné, le caoutchouc polysulfure, les élastomères de polyacrylate, les fluoroélastomères, les perfluoroélastomères, les élastomères de silicone, et les mélanges homogènes de ceux-ci.
  23. Méthode selon l’une quelconque des revendications 1 à 21, dans laquelle l’élastomère solide est choisi parmi le caoutchouc naturel, le caoutchouc naturel fonctionnalisé, le caoutchouc styrène-butadiène, le caoutchouc styrène-butadiène fonctionnalisé, le caoutchouc polybutadiène, le caoutchouc polybutadiène fonctionnalisé, et les mélanges homogènes de ceux-ci.
  24. Méthode selon l’une quelconque des revendications 1 à 23, dans laquelle les une ou plusieurs étapes de mélange sont un procédé continu.
  25. Méthode selon l’une quelconque des revendications 1 à 23, dans laquelle les une ou plusieurs étapes de mélange sont un procédé discontinu.
  26. Méthode de préparation d’un composite, comprenant :
    1. le chargement d’un premier mélangeur avec au moins un élastomère solide et une charge humide comprenant une charge et un liquide présent en une quantité d’au moins 20 % en poids sur la base du poids total de la charge humide ;
    2. dans une ou plusieurs étapes de mélange, le mélange du au moins un élastomère solide et de la charge humide pour former un mélange, et l’élimination d’au moins une partie du liquide du mélange par évaporation ;
    3. l’évacuation, du premier mélangeur, du mélange comprenant la charge dispersée dans l’élastomère à une charge d’au moins 20 pce, dans laquelle le mélange a une teneur en liquide qui est réduite à une quantité inférieure à la teneur en liquide au début de l’étape (b), et dans laquelle le mélange a une température de matériau allant de 100 °C à 180 °C ;
    4. le mélange du mélange de (c) dans un deuxième mélangeur pour obtenir le composite ; et
    5. l’évacuation, du deuxième mélangeur, du composite ayant une teneur en liquide inférieure à 3 % en poids sur la base du poids total dudit composite,
    dans laquelle une résine est chargée dans le premier mélangeur, le deuxième mélangeur, ou à la fois les premier et deuxième mélangeurs.
  27. Méthode selon la revendication 26, dans laquelle la résine est chargée dans le premier mélangeur et l’étape (b) comprend le mélange du au moins un élastomère solide, de la charge humide et de la résine pour former le mélange.
  28. Méthode selon la revendication 26 ou 27, dans laquelle la résine est chargée dans le deuxième mélangeur et l’étape (d) comprend le mélange du mélange de (c) et de la résine dans le deuxième mélangeur pour obtenir le composite.
  29. Méthode selon l’une quelconque des revendications 26 à 28, dans laquelle les premier et deuxième mélangeurs sont identiques.
  30. Méthode selon l’une quelconque des revendications 26 à 28, dans laquelle les premier et deuxième mélangeurs sont différents.
  31. Méthode selon l’une quelconque des revendications 26 à 30, dans laquelle le deuxième mélangeur est mis en fonctionnement dans au moins l’une des conditions suivantes :
    (i) une pression de piston-plongeur de 5 psi ou moins ;
    (ii) un piston-plongeur élevé à au moins 75 % de son niveau le plus haut ;
    (iii) un piston-plongeur mis en fonctionnement en mode flottant ;
    (iv) un piston-plongeur positionné de telle manière qu’il n’est pas sensiblement en contact avec le mélange ;
    (v) le mélangeur ne comporte pas de piston-plongeur ; et
    (vi) un facteur de remplissage du mélange va de 25 % à 70 %.
  32. Méthode selon la revendication 31, dans laquelle le deuxième mélangeur est mis en fonctionnement dans au moins l’une des conditions (i) à (vi) suivantes pendant au moins 50 % du temps de mélange.
  33. Méthode de préparation d’un vulcanisat, comprenant :
    le durcissement du composite préparé par la méthode selon l’une quelconque des revendications 1 à 32 en présence d’au moins un agent de durcissement pour former le vulcanisat.
  34. Article comprenant le vulcanisat préparé par la méthode selon la revendication 33.
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