WO2009133068A1 - Melange elastomerique comprenant majoritairement un elastomere dienique couple par un groupe amino-alcoxysilane, composition de caoutchouc le comprenant et leurs procedes d'obtention - Google Patents

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WO2009133068A1
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diene elastomer
alkoxysilane
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tertiary
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Philippe Chaboche
Jean-Michel Favrot
Fanny Barbotin
Stéphanie DE LANDTSHEER
Nicolas Seeboth
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Societe De Technologie Michelin
Michelin Recherche Et Technique S.A.
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Definitions

  • An elastomeric mixture comprising predominantly a diene elastomer coupled by an amino-alkoxysilane group, comprising a rubber composition and methods for obtaining same.
  • the present invention relates to a modified diene elastomer predominantly coupled by an alkoxysilane group carrying a tertiary or secondary amine function and a reinforced rubber composition, used in particular for the manufacture of tires, comprising this elastomer and having dynamic and mechanical properties. improved in the vulcanized state and an implementation in the improved green state.
  • Patent applications EP-A-0 590 491 and EP-A-0 593 049 describe, for example, polymers carrying amine functional groups which allow a better interaction between the polymer and the carbon black.
  • diene polymers functionalized with alkoxysilane derivatives By way of illustration of this prior art relating to reinforcing inorganic fillers, mention may be made, for example, of US Pat. No. 5,066,721, which describes a rubber composition comprising an alkoxysilane functionalized diene polymer having at least one non-hydrolyzable alkoxyl residue mixed with silica.
  • patent EP 0 992 537 describes a rubber composition which comprises an extended elastomer modified at the end of the chain by an alkoxysilane function and carrying at the other end or along its chain one or more amine functions.
  • Patent application JP 2005232367 The functionalization at the end of the chain of an elastomer by reaction with an alkoxysilane compound bearing an unsaturated cyclic amine group, such as the pyridyl group, is illustrated in the patent application JP 2005232367.
  • Patent application JP 2001131230 deals with the functionalization at the end of the chain of elastomers bearing at the other end of the chain an amine function, by different alkoxysilane compounds bearing tertiary amine groups, cyclic or otherwise.
  • compositions containing elastomers thus modified be it black, silica or hybrid mixture, do not always have an acceptable implementation and a satisfactory hysteresis for use in tread for pneumatic. For this reason, research has been carried out on other functionalization reactions, with a view to obtaining rubber compositions having a compromise implemented in raw / improved hysteresis.
  • the object of the present invention is therefore to provide such a composition.
  • one objective is to propose a functionalized elastomer satisfactorily interacting with the reinforcing filler of a rubber composition containing it in order to improve its mechanical and dynamic properties, while retaining a satisfactory raw implementation, with a view to in particular for use in tread for tires.
  • compositions containing end-functionalized elastomers are greatly improved over those of compositions containing end-functionalized elastomers, in particular with respect to compositions containing elastomers functionalized at the end of the chain by alkoxysilane functional groups. an amino group.
  • the subject of the invention is therefore an elastomeric mixture, resulting from the modification of a diene elastomer by a coupling agent introducing into the elastomeric chain an alkoxysilane group bearing a tertiary or secondary amine function, said mixture comprising mainly (ie, for more 50% by weight) the diene elastomer coupled by the alkoxysilane group bearing a tertiary or secondary amine function linked to the diene elastomer via the silicon atom.
  • the process for preparing this mixture is also the subject of the invention.
  • This elastomeric mixture is also referred to in the text as the "diene elastomer predominantly coupled with an alkoxysilane group carrying a tertiary or secondary amine function".
  • the invention also relates to a reinforced rubber composition based at least one reinforcing filler and an elastomeric matrix comprising at least one diene elastomer predominantly coupled with an alkoxysilane group carrying a tertiary or secondary amine function.
  • the present invention also relates to a method for preparing a reinforced rubber composition based at least on a reinforcing filler and an elastomeric matrix comprising at least one diene elastomer predominantly coupled with a alkoxysilane group bearing a tertiary or secondary amine function bonded to the diene elastomer by the silicon atom.
  • composition-based is meant a composition comprising the mixture and / or the reaction product of the various constituents used, some of these basic constituents being capable of or intended to react with one another, less in part, during the various phases of manufacture of the composition, in particular during its crosslinking or vulcanization.
  • any range of values designated by the expression "between a and b" represents the range of values from more than a to less than b (i.e. terminals a and b excluded) while any range of values designated by the term “from a to b” means the range from a to b (i.e., including the strict limits a and b).
  • the first subject of the invention is therefore an elastomeric mixture resulting from the modification of a diene elastomer by a coupling agent introducing into the elastomeric chain an amino-alkoxysilane group, this mixture comprising, with respect to the total mass of the mixture derived from this modification, more than 50% by mass of diene elastomer coupled by an amino-alkoxysilane group.
  • a coupling agent introducing into the elastomeric chain an amino-alkoxysilane group
  • this mixture comprising, with respect to the total mass of the mixture derived from this modification, more than 50% by mass of diene elastomer coupled by an amino-alkoxysilane group.
  • elastomeric species are recovered (functionalized elastomer at the end of the chain, unfunctionalized elastomer, coupled elastomer, etc.) forming an elastomeric mixture.
  • this diene elastomer coupled by an amino-alkoxysilane group is present in this mixture in an amount of at least 65% by weight, more preferably 75% by weight, relative to the total mass of the elastomeric mixture.
  • diene elastomer coupled by an amino-alkoxysilane group a diene elastomer having the amino-alkoxysilane group within its polymer chain, especially in the middle of the chain, the silicon atom of this amino-alkoxysilane group linking the two pieces of the chain of the diene elastomer.
  • diene elastomer it is to be understood in a known manner (is meant one or more) elastomer derived at least in part (ie, a homopolymer or a copolymer) of monomers dienes (monomers bearing two carbon-carbon double bonds, conjugated or not ). More particularly, diene elastomer is any homopolymer obtained by polymerization of a conjugated diene monomer having 4 to 12 carbon atoms, or any copolymer obtained by copolymerization of one or more conjugated dienes with one another or with one or more vinylaromatic compounds. having from 8 to 20 carbon atoms.
  • Conjugated dienes which can be used in the process according to the invention are especially suitable for 1,3-butadiene, 2-methyl-1,3-butadiene and 2,3-di (C 1 -C 5 alkyl) -1,3 butadiene such as, for example, 2,3-dimethyl-1,3-butadiene, 2,3-diethyl-1,3-butadiene, 2-methyl-3-ethyl-1,3-butadiene, 3-isopropyl-1,3-butadiene, phenyl-1,3-butadiene, 1,3-pentadiene, 2,4-hexadiene, etc.
  • the diene elastomer of the composition in accordance with the invention is preferably chosen from the group of highly unsaturated diene elastomers consisting of polybutadienes (BR), synthetic polyisoprenes (IR), butadiene copolymers, isoprene copolymers and mixtures of these elastomers.
  • Such copolymers are more preferably chosen from the group consisting of copolymers of butadiene and a vinylaromatic monomer, more particularly butadiene-styrene copolymer (SBR), isoprene-butadiene copolymers (BIR), copolymers of isoprene and a vinylaromatic monomer, more particularly the isoprene-styrene copolymer (SIR) and the isoprene-butadiene-styrene copolymers (SBIR).
  • SBR butadiene-styrene copolymer
  • BIR isoprene-butadiene copolymers
  • SIR isoprene-butadiene copolymers
  • SBIR isoprene-butadiene-styrene copolymers
  • copolymers of butadiene and a vinylaromatic monomer more particularly the butadiene-styrene copolymer (SBR) are particularly preferred.
  • SBR butadiene-styrene copolymer
  • Tg glass transition temperature, measured according to ASTM D3418
  • styrene content between 5% and 60% by weight and more particularly between 20% and 50%
  • a content (mol%) in -1,2 bonds of the butadiene part of between 4% and 75%
  • a content (mol%) in trans-bonds -1.4 between 10% and 80%
  • the isoprene-styrene copolymers and in particular those having a styrene content of between 5% and 50% by weight and a Tg between - 25 ° C and - 50 0 vs.
  • butadiene-styrene-isoprene copolymers are especially suitable those having a styrene content of between 5% and 50% by weight and more particularly of between 10% and 40%, an isoprene content of between 15% and 60%.
  • the diene elastomer ple predominant in the elastomeric mixture, can be represented by one of the formulas I, II or III:
  • R 1 denotes a linear or branched C 1 -C 10 alkyl radical, cycloalkyl
  • R 2 is a divalent linear or branched hydrocarbon derivative of C 1 -C 10 alkyl, C 6 -C 18 aryl or C 7 -C 18 aralkyl, preferably a C 1 -C 10 alkylene radical, more preferably propan-1,3-diyl, in formula (I),
  • R 3 and R 4 identical or different, represent a hydrogen atom or an alkyl radical -C Cio, preferably alkyl in C 1 -C 4 , more preferably a methyl or ethyl radical, with the proviso that when one of R 3 and R 4 represents a hydrogen atom the other is different, or else R 3 and R 4 together with N to which they are linked a heterocycle containing a nitrogen atom and at least one carbon atom, preferably from 2 to 6 carbon atoms, in the formula (II),
  • R5 represents a linear or branched C 1 -C 10 alkylidene radical, preferably C 2 alkylidene, -
  • the diene elastomer which is predominantly coupled by an amino-alkoxysilane group bonded to the diene elastomer by the silicon atom, may be prepared by a process which initially consists in an anionic polymerization of at least one conjugated diene monomer, as defined above, in the presence of an initiator, and then in a second step in the reaction of the living polymer thus obtained on a specific coupling agent.
  • This process is also the subject of the invention.
  • a polymerization initiator any known mono functional anionic initiator can be used. However, an initiator containing an alkali metal such as lithium is used in a preferred manner.
  • Suitable organolithium initiators include those having a carbon-lithium bond.
  • Representative compounds are aliphatic organoliths such as ethyllithium, n-butyllithium (n-BuLi), isobutyl lithium, etc., lithium amides obtained from a cyclic secondary amine, such as pyrrolidine and hexamethyleneimine, and soluble in a hydrocarbon solvent without the use of a solvating agent are highly preferred.
  • the polymerization is preferably carried out in the presence of an inert hydrocarbon solvent which may be for example an aliphatic or alicyclic hydrocarbon such as pentane, hexane, heptane, isooctane, cyclohexane, methylcyclohexane or a hydrocarbon aromatic such as benzene, toluene, xylene.
  • an inert hydrocarbon solvent which may be for example an aliphatic or alicyclic hydrocarbon such as pentane, hexane, heptane, isooctane, cyclohexane, methylcyclohexane or a hydrocarbon aromatic such as benzene, toluene, xylene.
  • the polymerization can be carried out continuously or discontinuously.
  • the polymerization is generally carried out at a temperature of between 20 ° C. and 150 ° C. and preferably in the region of 30 ° C. to 110
  • the coupling reaction of the living diene polymer obtained at the end of the first step may be carried out at a temperature of between -20 ° C. and 100 ° C., by addition to the living polymer chains or conversely of a nonpolymerizable coupling capable of forming an amino-alkoxysilane group linking two elastomeric chains by its silicon atom.
  • This non-polymerizable coupling agent allows in particular to obtain the structures of formulas I, II and III described above. It may be for example an amino-trialkoxysilane compound.
  • coupling agent N 5 N- dialkylaminopropyltrialcoxysilanes cyclic azadialcoxysilanes such as N-alkyl-aza-dialcoxysilacycloalcane, 2-pyridylethyltrialcoxysilanes, 3- carbazolethyltrialcoxysilanes, 3-alkylideneaminopropyltrialcoxysilanes, N trialkoxysilylpropylmorpholine.
  • the alkyl, alkylidene and alkoxy substituents of these agents are linear or branched and generally have between 1 and 18 carbon atoms, preferably between 1 and 10, or even between 1 and 8.
  • the coupling agent is chosen from the 3 - (N 5 N-dimethylaminopropyl) trimethoxysilane CAS number [2530-86-1], 2- (4-pyridylethyl) triethoxysilane CAS number [98299-74-2], 2- [2- (trimethoxysilyl) ethyl ] CAS number [27326-65-4] pyridine, CAS number [198567-47-4] 3- (1,3-dimethylbutylidene) aminopropyltriethoxysilane, CAS number Nn-butyl-aza-2,2-dimethoxysilacyclopentane [618914-44-6]. More preferably still, the coupling agent is 3- (N, N-dimethylaminopropyl) trimethoxy silane.
  • the mixing can be carried out by any appropriate means, in particular with the aid of any mixer having static agitation and / or any dynamic stirrer of the perfectly stirred type known to those skilled in the art.
  • the reaction time between the living diene polymer and the coupling agent can be between 10 seconds and 2 hours.
  • the molar ratio between the coupling agent and the metal of the initiator of the living polymer chains is from 0.3 to 0.8, preferably from 0.4 to 0.65 and even more preferentially from 0.45 to 0.55.
  • Another object of the invention is a reinforced rubber composition based on at least one reinforcing filler and an elastomeric matrix comprising at least one diene elastomer predominantly coupled by an amino-alkoxysilane group as described above.
  • the reinforced rubber composition according to the invention may be in the crosslinked state or in the uncrosslinked state, that is to say crosslinkable. It should be understood that the composition of the invention may comprise one or more of these diene elastomers predominantly coupled by an aminoalkoxysilane group.
  • the diene elastomer predominantly coupled by an amino-alkoxysilane group bonded to the diene elastomer by the silicon atom can be, according to the invention, used alone in the composition or in blending with any conventional diene elastomer, which it is star, coupled, functionalized or not, with any synthetic elastomer other than diene, or with any polymer other than elastomer, for example a thermoplastic polymer, which is conventionally used in tires.
  • any conventional diene elastomer which it is star, coupled, functionalized or not, with any synthetic elastomer other than diene, or with any polymer other than elastomer, for example a thermoplastic polymer, which is conventionally used in tires.
  • the reinforced rubber composition is based on an elastomer matrix comprising predominantly the diene elastomer predominantly coupled by an amino-alkoxysilane group bonded to the diene elastomer by the silicon atom.
  • the conventional elastomer used in cutting is natural rubber and / or one or more non-functionalized diene polymers such as polybutadienes, polyisoprenes, butadiene-styrene or butadiene-styrene-isoprene copolymers
  • this elastomer may then be present between 1 to 70 parts by weight per 100 parts of diene elastomer predominantly coupled with an amino-alkoxysilane group.
  • this matrix consists solely of this diene elastomer predominantly coupled by an amino-alkoxysilane group.
  • this elastomer may, according to an implementation of the invention is present at 1 to 100 parts by weight per 100 parts by weight of diene elastomer predominantly coupled by an amino-alkoxysilane group.
  • the process for preparing the diene elastomer, which is predominantly coupled with an amino-alkoxysilane group may then comprise a starring step by reaction with a starch agent known per se, for example based on tin or silicon.
  • the rubber composition of the invention comprises, in addition to at least one elastomer matrix comprising a predominantly coupled diene elastomer having in the middle of the chain an amino-alkoxysilane group bonded to the diene elastomer by the silicon atom, as described above. at least one reinforcing filler.
  • Any type of reinforcing filler known for its capacity to reinforce a rubber composition that can be used for the manufacture of tire treads for example an organic filler such as carbon black, a reinforcing inorganic filler such as silica, may be used. or a blend of these two types of filler, including a blend of carbon black and silica.
  • Suitable carbon blacks are all carbon blacks, especially blacks of the HAF, ISAF, SAF type conventionally used in tire treads (so-called pneumatic grade blacks).
  • the reinforcing carbon blacks of the 100, 200 or 300 series for example Nl 15, N134, N234, N326, N330, N339, N347 or N375, will be mentioned more particularly.
  • the carbon blacks could for example already be incorporated into the isoprene elastomer in the form of a masterbatch (see for example WO 97/36724 or WO 99/16600).
  • organic fillers other than carbon blacks mention may be made of the organic functionalized polyvinylaromatic fillers as described in the applications WO-A-2006/069792 and WO-A-2006/069793, or else the organic fillers of polyvinyl non-aromatic functionalized as described in applications WO-A-2008/003434 and WO-A-2008/003435.
  • any inorganic or mineral filler regardless of its color and origin (natural or synthetic), also called “white” charge, “clear” charge or “non-black filler” as opposed to carbon black, capable of reinforcing on its own, with no other means than an intermediate coupling agent, rubber composition for the manufacture of tires, in other words able to replace, in its reinforcing function, a conventional carbon black pneumatic grade; such a filler is generally characterized, in known manner, by the presence of hydroxyl groups (-OH) on its surface.
  • -OH hydroxyl groups
  • the physical state under which the reinforcing inorganic filler is present is indifferent whether in the form of powder, microbeads, granules, beads or any other suitable densified form.
  • the term "reinforcing inorganic filler” also refers to mixtures of different reinforcing inorganic fillers, in particular highly dispersible siliceous and / or aluminous fillers as described below.
  • Suitable reinforcing inorganic fillers are, in particular, mineral fillers of the siliceous type, in particular silica (SiO 2 ), or of the aluminous type, in particular alumina (Al 2 O 3).
  • the silica used may be any reinforcing silica known to those skilled in the art, in particular any precipitated or fumed silica having a BET surface and a CTAB specific surface both less than 450 m 2 / g, preferably from 30 to 400 m 2 / g.
  • HDS highly dispersible precipitated silicas
  • the reinforcing inorganic filler used preferably has a BET surface area of between 45 and 400 m 2 / g, more preferably between 60 and 300 m 2 / g.
  • the total reinforcing filler content is between 50 and 200 phr, more preferably between 60 and 140 phr, and even more preferably between 70 and 130 phr, the optimum being in a known manner different according to the particular applications concerned: the level of reinforcement expected on a bicycle tire, for example, is of course lower than that required on a tire capable of driving at high speed in a sustained manner, for example a pneumatic motorcycle, tire for passenger vehicle or for commercial vehicle such as Heavy weight.
  • a reinforcing filler comprising a reinforcing inorganic filler is used in a mass fraction of between 50% to 100%, particularly silica, and optionally silica or other inorganic filler.
  • a reinforcing filler comprising a reinforcing organic filler is used in a mass fraction of 50%. 100%, especially carbon black, and optionally silica or other inorganic filler.
  • a reinforcing filler comprising between 50 and 150 phr is used, more preferably between 50 and 120 phr of inorganic filler, particularly of silica, and optionally carbon black; the carbon black, when present, is used in this variant preferably at a level less than 30 phr, more preferably less than 20 phr (for example between 0.1 and 10 phr).
  • an at least bifunctional coupling agent is used in known manner in order to ensure a sufficient chemical and / or physical connection between the inorganic filler and the diene elastomer, in particular organosilanes or bifunctional polyorganosiloxanes.
  • polysulfide silanes called “symmetrical” or “asymmetrical” silanes according to their particular structure, are used, as described for example in the applications WO03 / 002648 (or US 2005/016651) and WO03 / 002649 (or US 2005/016650).
  • symmetrical polysulfide silanes having the following general formula (I):
  • x is an integer of 2 to 8 (preferably 2 to 5);
  • - A ' is a divalent hydrocarbon radical (preferably alkylene groups C 1 -C 18 or arylene groups C 2 -C 6, particularly alkylene C 1 -C 10, especially C 1 -C 4 alkyl, in particular propylene);
  • Z is one of the following formulas:
  • the radicals R'1, substituted or unsubstituted which are identical to or different from each other, represent a C 1 -C 18 alkyl, C 5 -C 18 cycloalkyl or C 6 -C 18 aryl group (preferably C 1 -C 18 alkyl groups); -C 6 , cyclohexyl or phenyl, especially C 1 -C 4 alkyl groups, more particularly methyl and / or ethyl).
  • the radicals R'2, substituted or unsubstituted which are identical to or different from one another, represent a C 1 -C 18 alkoxyl or C 5 -C 18 cycloalkoxyl group (preferably a group chosen from C 1 -C 6 alkoxyls and C 5 cycloalkoxyls); - Cs, more preferably still a group selected from C1-C4 alkoxyls, in particular methoxyl and ethoxyl).
  • polysulfurized silanes mention may be made more particularly of bis (3-trimethoxysilylpropyl) or bis (3-triethoxysilylpropyl) polysulfides.
  • bis (3-triethoxysilylpropyl) tetrasulfide, abbreviated as TESPT, or bis (triethoxysilylpropyl) disulfide, abbreviated as TESPD is especially used.
  • the level of coupling agent is advantageously less than 20 phr, it being understood that it is generally desirable to use as little as possible. Its level is preferably between 0.5 and 12 phr, more preferably from 3 to 10 phr, in particular from 4 to 7 phr.
  • the rubber compositions in accordance with the invention may also contain, in addition to the coupling agents, coupling activators, inorganic charge-covering agents or, more generally, processing aid agents which may be used in a known manner, by improving the dispersion of the filler in the rubber matrix and lowering the viscosity of the compositions, to improve their ability to implement in the green state, these agents being for example hydrolysable silanes such as alkylalkoxysilanes, polyols, polyethers, primary, secondary or tertiary amines, hydroxyl or hydrolysable polyorganosiloxanes.
  • these agents being for example hydrolysable silanes such as alkylalkoxysilanes, polyols, polyethers, primary, secondary or tertiary amines, hydroxyl or hydrolysable polyorganosiloxanes.
  • the rubber compositions in accordance with the invention may also comprise all or part of the usual additives normally used in elastomer compositions intended for the manufacture of tires, for example pigments, non-reinforcing fillers, protective agents such as antiozone waxes, chemical antiozonants, anti-oxidants, anti-fatigue agents, plasticizing agents, reinforcing or plasticizing resins, acceptors (for example phenolic novolac resin) or methylene donors (for example HMT or H3M) such as described for example in the application WO 02/10269, a crosslinking system based on either sulfur, or sulfur and / or peroxide donors and / or bismaleimides, vulcanization accelerators, vulcanization activators.
  • additives normally used in elastomer compositions intended for the manufacture of tires for example pigments, non-reinforcing fillers, protective agents such as antiozone waxes, chemical antiozonants, anti-oxidants, anti-fatigue agents, plasticizing agents, reinforc
  • compositions of the invention may also comprise, as preferential non-aromatic or very weakly aromatic plasticizing agent, at least one compound chosen from the group consisting of naphthenic, paraffinic, MES, TDAE oils, ester plasticizers (for example glycerol trioleates), hydrocarbon resins having a high Tg, preferably greater than 30 ° C., as described for example in the applications WO 2005/087859, WO 2006/061064 and WO 2007/017060, and the mixtures such compounds.
  • the overall level of such a preferred plasticizer is preferably between 10 and 100 phr, more preferably between 10 and 80 phr, especially in a range of 20 to 50 phr.
  • the invention also relates to a process for preparing a reinforced rubber composition according to the invention.
  • This process comprises: (i) the production, at a maximum temperature of between 130 ° C. and 200 ° C., of a first thermomechanical working time (sometimes referred to as a "non-productive" phase) of the basic constituents required, exception of the crosslinking system, said composition comprising the diene elastomer predominantly coupled by an amino-alkoxysilane group bonded to the diene elastomer by the silicon atom, and a reinforcing filler, with the exception of a crosslinking, then (ii) the production, at a temperature below said maximum temperature of said first time, preferably below 120 ° C., of a second mechanical working time during which said crosslinking system is incorporated.
  • the rubber composition thus obtained can then be extruded or calendered in a manner known per se, in the desired form, to produce semi-finished products such as treads.
  • This process may also comprise, prior to carrying out steps (i) and (ii) above, the steps of preparing the diene elastomer predominantly coupled with an amino-alkoxysilane group bound to the diene elastomer by the atom of silicon according to the method described above.
  • the invention also relates to a tire which incorporates in at least one of its constituent elements a reinforced rubber composition according to the invention, and more particularly semi-finished articles of a tire which comprise this composition.
  • a tire whose tread comprises the composition has a rolling resistance advantageously reduced.
  • the invention therefore also relates to a tire tread which is such that it comprises a reinforced rubber composition according to the invention, crosslinkable or crosslinked, or which is such that it consists of this composition.
  • SEC Size Exclusion Chromatography
  • the solution is filtered through a 0.45 ⁇ m porosity filter before injection.
  • the apparatus used is a "WATERS alliance" chromatographic chain.
  • the eluting solvent is either tetrahydrofuran or tetrahydrofuran + 1% vol. of diisopropylamine + 1% vol. triethylamine, flow rate of 1 ml / min., system temperature of 35 ° C and analysis time of 30 min.
  • a set of two WATERS columns with the trade name "STYRAGEL HT6E" is used.
  • the injected volume of the solution of the polymer sample is 100 ⁇ l.
  • the detector is a WATERS 2410 differential refractometer and the chromatographic data logging software is the WATERS EMPO WER system.
  • the calculated average molar masses relate to a calibration curve produced for SBRs of microstructure as follows: 25% by weight of styrene type units, 23% by mass of type 1-2 units and 50% by mass of type 1-4 trans units.
  • the mass proportion of chains that have not undergone coupling is estimated by the mathematical decomposition in sum of Gaussians of the chromatograms obtained by SEC (by assuming that the response coefficients of the refractometric detector (dn / dc) of the different species present are the same).
  • Mooney ML (1 + 4) viscosities at 100 ° C. are measured according to ASTM D 1646.
  • the NMR analyzes are carried out on a BRUKER 500 MHz spectrometer equipped with a BBIz 5 mm broadband probe.
  • 1 H quantitative the sequence uses a 30 ° pulse and a repetition time of 2 seconds.
  • the samples are solubilized in carbon disulfide (CS 2 ).
  • 100 ⁇ l of deuterated cyclohexane (C O D I2 ) are added for the lock signal.
  • the 1 H- 29 Si 2D NMR spectrum makes it possible to verify the nature of the function by virtue of the chemical shift values of the silicon nuclei and the protons in the vicinity 2J (via 2 links).
  • NMR Near infrared spectroscopy
  • the styrene content and the microstructure are then calculated from the NIR spectrum of an elastomer film about 730 ⁇ m thick.
  • the acquisition of the spectrum is carried out in transmission mode between 4000 and 6200 cm-1 with a resolution of 2 cm-1, using a Bruker Tensor 37 Fourier transform infrared near-infrared spectrometer equipped with a cooled InGaAs detector. by Peltier effect.
  • the inherent viscosity is determined by measuring the flow time t of the polymer solution and the flow time t 0 of toluene in a capillary tube.
  • This level is determined by weighing an extract dried at 110 ° C., under the reduced pressure of 200 mmHg. 0.54 L of a solution of methanol at 0.15 mol.L -1 in toluene is then added, the inherent viscosity, which is measured at 25 ° C. at 0.1 g / dL in toluene, is 1.56 dl / g.
  • the polymer is then subjected to an antioxidant treatment by adding 0.8 parts per hundred parts of elastomers (phr) of 4,4'-methylene-bis-2,6-tert-butylphenol and
  • the copolymer thus treated is separated from its solution by a stripping operation with steam, then it is dried on a roll tool at 100 ° C. for 15 minutes and finally in an oven at 60 ° C. under a stream of nitrogen.
  • the ML viscosity of the copolymer is 53.
  • microstructure of this copolymer is determined by the NIR method:
  • the mass ratio of 1,4-trans units is 22%, that of 1,4-cis units is 19% and that of 1,2 units is 59% (each of these three levels refers to butadiene units). .
  • This level is determined by weighing an extract dried at 110 ° C., under the reduced pressure of 200 mmHg. 186 ml of solution of hexamethylcyclotrisiloxane at 0.10 mol.L -1 in methylcyclohexane are then added and after 30 minutes at 60 ° C., 0.68 L of a solution of methanol in toluene at 0.15 mol.L -1 is added. then added.
  • the polymer is then subjected to antioxidant treatment by the addition of 0.8 parts per hundred parts elastomers (phr) of 4,4'-methylene-bis-2,6-tert-butylphenol and 0.2 parts per cent elastomer parts (phr) of N- (1,3-dimethylbutyl) -N'-phenyl-p-phenylenediamine.
  • the copolymer thus treated is separated from its solution by a stripping operation with steam, then it is dried on a roll tool at 100 ° C. for 15 minutes and finally in an oven at 60 ° C. under a stream of nitrogen.
  • the inherent viscosity which is measured at 25 ° C. at 0.1 g / dl in toluene, is 1.59 dl / g.
  • the ML viscosity of the copolymer is 55.
  • the molecular weight Mn of the copolymer determined by the SEC technique, is 156 000 g / mol and 1 I p is 1.15.
  • microstructure of this copolymer is determined by the NIR method:
  • the mass ratio of 1,4-trans units is 22%, that of 1,4-cis units is 20% and that of 1,2 units is 58% (each of these three levels refers to butadiene units). .
  • the mass content of styrene is 26%.
  • This level is determined by weighing an extract dried at 110 ° C., under the reduced pressure of 200 mmHg. A control sample is then taken from the reactor and then stopped with an excess of methanol relative to lithium. The inherent viscosity ("initial" viscosity), which is measured at 25 ° C. at 0.1 g / dl in toluene, is 1.04 dl / g. The molecular weight Mn of this control, determined by the SEC technique, is 91300 g / mol, the Ip is 1.08.
  • the solution is antioxidized by the addition of 0.8 parts per hundred parts of elastomers (phr) of 4,4'-methylene-bis-2,6-tert-butylphenol and 0.2 parts for One hundred parts elastomers (phr) of N- (1,3-dimethylbutyl) -N'-phenyl-p-phenylenediamine
  • elastomers (phr) of N- (1,3-dimethylbutyl) -N'-phenyl-p-phenylenediamine
  • the copolymer thus treated is separated from its solution by a stripping operation with water vapor, then it is dried on a roll tool at 100 ° C. for 15 minutes and finally in an oven at 60 ° C. under a stream of nitrogen
  • the "final" inherent viscosity measured is 1.56 dl / g. as the ratio of said "final” viscosity to said "initial” viscosity is here 1.50.
  • the molecular weight Mn of this copolymer determined by the SEC technique, is 153000 g / mol and the Ip is 1.20.
  • the mass percentage of uncoupled linear chains is about 22%.
  • the microstructure of this copolymer is determined by the NIR method: the mass ratio of 1,4-trans units is 22%, that of 1,4-cis units is 19% and that of 1,2 units is 59%. (each of these three rates refers to butadiene units).
  • the mass content of styrene is 27%.
  • the polymer is then subjected to an antioxidant treatment by adding 0.8 parts to one hundred parts of elastomers (phr) of 4,4'-methylene-bis-2,6-tert-butylphenol and 0.2 parts per hundred parts of elastomers (phr) of N- (1,3-dimethylbutyl) -N'-phenyl-p-phenylenediamine
  • the copolymer thus treated is separated from its solution by a stripping operation with steam, and then it is dried on a roll tool at 100 ° C. for 15 minutes.
  • the "final” measured is 1.70 dl / g
  • the ML viscosity of the polymer is 54.
  • the molecular weight M n of this copolymer is 158 000 g / mol and I 1 Ip is 1.19.
  • the mathematical decomposition of the SEC chromatogram into Gaussian sum indicates the presence of a population of linear chains coupled in a proportion of 10% by weight.
  • the microstructure of this copolymer is determined by the NIR method: the mass ratio of 1,4-trans units is 21%, that of 1,4-cis units is 20% and that of 1,2 units is 59%. (each of these three rates refers to butadiene units).
  • the mass content of styrene is 26%.
  • This level is determined by weighing an extract dried at 110 ° C., under the reduced pressure of 200 mmHg. 0.32 L of a solution of methanol at 0.15 mol.L -1 in toluene is then added, the inherent viscosity, which is measured at 25 ° C. at 0.1 g / dL in toluene, is 1.76 dl / g.
  • the polymer is then subjected to an antioxidant treatment by adding 0.8 parts per hundred parts of elastomers (phr) of 4,4'-methylene-bis-2,6-tert-butylphenol and 0.2 parts per cent elastomeric (phr) parts of N- (1,3-dimethylbutyl) -N'-phenyl-p-phenylenediamine.
  • the copolymer thus treated is separated from its solution by a stripping operation with steam, then it is dried on a roll tool at 100 ° C. for 15 minutes and finally in an oven at 60 ° C. under a stream of nitrogen.
  • the ML viscosity of the copolymer is 57.
  • the molecular weight M n of this copolymer, determined by the SEC technique, is 162 000 g / mol and I 1 Ip is 1.12.
  • microstructure of this copolymer is determined by the NIR method: the mass ratio of 1,4-trans units is 45%, that of 1,4-cis units is 31% and that of 1,2 units is 24%. (each of these three rates refers to butadiene units).
  • the mass content of styrene is 28%.
  • This level is determined by weighing an extract dried at 110 ° C., under the reduced pressure of 200 mmHg. 692 ml of 0.025 mol.L -1 solution of hexamethylcyclotrisiloxane in methylcyclohexane are then added and after 30 minutes at 60 ° C., 0.58 L of a solution of methanol in toluene at 0.15 mol.L -1 is added. then added.
  • the polymer is then subjected to antioxidant treatment by the addition of 0.8 parts per hundred parts elastomers (phr) of 4,4'-methylene-bis-2,6-tert-butylphenol and 0.2 parts per cent elastomer parts (phr) of N- (1,3-dimethylbutyl) -N'-phenyl-p-phenylenediamine.
  • the copolymer thus treated is separated from its solution by a stripping operation with steam, then it is dried on a roll tool at 100 ° C. for 15 minutes and finally in an oven at 60 ° C. under a stream of nitrogen.
  • the inherent viscosity which is measured at 25 ° C. at 0.1 g / dl in toluene, is 1.69 dl / g.
  • the ML viscosity of the copolymer is 57.
  • microstructure of this copolymer is determined by the NIR method:
  • the mass ratio of 1,4-trans units is 41%, that of 1,4-cis units is 33% and that of 1,2 units is 26% (each of these three rates refers to butadiene units).
  • the mass content of styrene is 28%.
  • This level is determined by weighing an extract dried at 110 ° C., under the reduced pressure of 200 mmHg. A control sample is then taken from the reactor and then stopped with an excess of methanol relative to lithium. The inherent viscosity ("initial" viscosity), which is measured at 25 ° C. at 0.1 g / dl in toluene, is 1.04 dl / g. The molecular weight Mn of this control, determined by the SEC technique, is 87000 g / mol, the Ip is 1.07.
  • the copolymer thus treated is separated from its solution by a stripping operation with steam, then it is dried on a roll tool at 100 ° C. for 15 minutes and finally in an oven at 60 ° C. under a stream of nitrogen.
  • the "final" inherent viscosity measured is 1.61 dl / g.
  • the ML viscosity of the polymer thus coupled is 57.
  • the molecular weight Mn of this polymer, determined by the SEC technique, is 160,000 g / mol and the Ip is 1.16.
  • the mass percentage of uncoupled linear chains is about 10%.
  • the microstructure of this copolymer is determined by the NIR method: the mass ratio of 1,4-trans units is 46%, that of 1,4-cis units is 31% and that of 1,2 units is 23%. (each of these three rates refers to butadiene units). The mass content of styrene is 30%.
  • a control sample is then taken from the reactor and then stopped with an excess of methanol relative to lithium.
  • the inherent viscosity (“initial" viscosity), which is measured at 25 ° C. at 0.1 g / dl in toluene, is 1.7 dl / g.
  • the molecular weight Mn of this control determined by the SEC technique, is 142,000 g / mol, the Ip is 1.11. 7.7 ml of hexamethylcyclotrisiloxane dissolved in 0.13 mol.L 1 in methylcyclohexane are then added.
  • the molecular weight Mn of the copolymer determined by the SEC technique, is 157 000 g / mol and 1 I p is 1.18.
  • the mathematical decomposition of the SEC chromatogram into Gaussian sum indicates the presence of a population of linear chains coupled in a proportion of 8% by weight.
  • the microstructure of this copolymer is determined by the NIR method: the mass ratio of 1,4-trans units is 48%, that of 1,4-cis units is 28% and that of 1,2 units is 24%. (each of these three rates refers to butadiene units).
  • the conversion rate of the monomers reaches 90%. This level is determined by weighing an extract dried at 110 ° C., under the reduced pressure of 200 mmHg. A control sample is then taken from the reactor and then stopped with an excess of methanol relative to lithium. The inherent viscosity ("initial" viscosity), which is measured at 25 ° C. at 0.1 g / dl in toluene, is 0.98 dl / g. The molecular weight Mn of this control, determined by the SEC technique, is 83000 g / mol, the Ip is 1.07.
  • the polymer is then subjected to an antioxidant treatment by adding 0.2 parts per hundred parts of elastomers (phr) of 4,4'-methylene-bis-2,6-tert-butylphenol and 0.2 parts per cent elastomeric (phr) parts of N- (1,3-dimethylbutyl) -N'-phenyl-p-phenylenediamine.
  • the copolymer thus prepared is dried under reduced pressure at 60 ° C.
  • the "final" inherent viscosity measured is 1.66 dl / g.
  • the ML viscosity of the polymer thus coupled is 50.
  • the viscosity jump defined as the ratio of said "final” viscosity to said "initial” viscosity, is here 1.7.
  • the molecular weight M n of this copolymer, determined by the SEC technique, is 146,000 g / mol and I l I p is 1.36.
  • the microstructure of this copolymer is determined by the NIR method: The mass ratio of 1,4-trans units is 21%, that of 1,4-cis units is 20% and that of 1,2 units is 59% (each of these three levels relates to butadiene units). .
  • the mass content of styrene is 28%.
  • the conversion rate of the monomers reaches 93%. This level is determined by weighing an extract dried at 110 ° C., under the reduced pressure of 200 mmHg. A control sample is then taken from the reactor and then stopped with an excess of methanol relative to lithium. The inherent viscosity ("initial" viscosity), which is measured at 25 ° C. at 0.1 g / dl in toluene, is 1.11 dl / g. The molecular weight Mn of this control, determined by the SEC technique, is 89000 g / mol, the Ip is 1.08.
  • the polymer is then subjected to an antioxidant treatment by adding 0.2 parts per hundred parts of elastomers (phr) of 4,4'-methylene-bis-2,6-tert-butylphenol and 0.2 parts per cent elastomeric (phr) parts of N- (1,3-dimethylbutyl) -N'-phenyl-p-phenylenediamine.
  • the copolymer thus prepared is dried under reduced pressure at 60 ° C.
  • the "final" inherent viscosity measured is 1.66 dl / g.
  • the viscosity ML of the polymer thus coupled is 50.
  • the viscosity jump defined as the ratio of said "final" viscosity to said "initial" viscosity, is here 1.5.
  • the molecular weight Mn of this copolymer determined by the SEC technique, is 151,000 g / mol and the Ip is 1.18.
  • the microstructure of this copolymer is determined by the NIR method: the mass ratio of 1,4-trans units is 21%, that of 1,4-cis units is 20% and that of 1,2 units is 59%. (each of these three rates refers to butadiene units). The mass content of styrene is 28%.
  • a control sample is then taken from the reactor and then stopped with an excess of methanol relative to lithium.
  • the inherent viscosity (initial" viscosity), which is measured at 25 ° C. at 0.1 g / dl in toluene, is 0.99 dl / g.
  • the molecular weight Mn of this control determined by the SEC technique, is 85000 g / mol, the Ip is 1.07. 0.79 g of 2- (4-pyridylethyl) triethoxysilane dissolved in 50 ml of methylcyclohexane are injected.
  • the “final” inherent viscosity measured is 1.64 dl / g
  • the viscosity ML of the polymer thus coupled is 52
  • the viscosity jump, defined as the ratio of said "final” viscosity to said "initial” viscosity, is here 1.7.
  • the molecular weight Mn of said copolymer determined by the SEC technique, is 153 000 g / mol and 1 I p is 1.14.
  • the mass percentage of uncoupled linear chains of about 10%.
  • the microstructure of this copolymer is determined by the NIR method:
  • the mass ratio of 1,4-trans units is 21%, that of 1,4-cis units is 19% and that of 1,2 units is 60% (each of these three levels relates to butadiene units). .
  • the mass content of styrene is 25%.
  • the conversion rate of the monomers reaches 91%. This level is determined by weighing an extract dried at 110 ° C., under the reduced pressure of 200 mmHg. A control sample is then taken from the reactor and then stopped with an excess of methanol relative to lithium. The inherent viscosity ("initial" viscosity), which is measured at 25 ° C. at 0.1 g / dl in toluene, is 1.01 dl / g. The molecular weight Mn of this control, determined by the SEC technique, is 88000 g / mol, the Ip is 1.08.
  • the polymer is then subjected to an antioxidant treatment by adding 0.32 parts to one hundred parts elastomers (phr) of 4,4'-methylene-bis-2,6-tert-butylphenol and 0.08 parts per hundred parts elastomers (phr) of N- (1,3-dimethylbutyl) -N'-phenyl-p-phenylenediamine
  • the copolymer thus prepared is dried under reduced pressure at 60 ° C.
  • the “final” inherent viscosity measured is 1.65 dl / g.
  • the viscosity ML of the polymer thus coupled is 56.
  • the viscosity jump, defined as the ratio of said "final” viscosity to said "initial” viscosity, is here 1.6.
  • the molecular weight Mn of this copolymer, determined by the SEC technique, is 150000 g / mol and I 1 Ip is 1.24.
  • the mass percentage of uncoupled linear chains of about 20%.
  • the microstructure of this copolymer is determined by the NIR method: the mass ratio of 1,4-trans units is 21%, that of 1,4-cis units is 19% and that of 1,2 units is 60%. (each of these three rates refers to butadiene units). The mass content of styrene is 25%. Comparative Examples of Rubber Compositions
  • the loss at 60 ° C. a loss of energy at 60 ° C. by energy-imposed rebound measured at the sixth shock.
  • the value, expressed in%, is the difference between the energy supplied and the energy returned, relative to the energy supplied.
  • compositions comprising either an elastomer having an alkoxysilane amine function in the middle of the chain according to the invention, or an elastomer not in accordance with the invention
  • the three elastomers SBR A, SBR C and SBR D were used for the preparation of rubber compositions A, C and D, each comprising carbon black as a reinforcing filler.
  • compositions A, C, and D has the following formulation (expressed in phr: parts per hundred parts of elastomer):
  • compositions are performed, firstly, by a thermomechanical work, then, in a second finishing time, by mechanical work.
  • thermomechanical working stage is carried out for 4 to 5 minutes, until a maximum temperature of about 170 ° C. falls.
  • thermo-mechanical work The aforementioned first time of thermo-mechanical work is thus carried out, it being specified that the average speed of the pallets during this first time is 60 rpm.
  • the mixture thus obtained is recovered, cooled and then, in an external mixer (homoformer), the sulfur and sulfenamide are added at 30 ° C., mixing again for a period of 3 to 4 minutes (second time). aforementioned mechanical work).
  • the compositions thus obtained are then calendered, either in the form of plates (with a thickness ranging from 2 to 3 mm) or thin rubber sheets, for the measurement of their physical or mechanical properties, or in the form of directly usable profiles, after cutting and / or assembly to the desired dimensions, for example as semi-finished products for tires, in particular for treads.
  • the crosslinking is carried out at 150 ° C. for 40 min. The results are shown in Table 1 below.
  • composition C according to the invention has a Mooney value "mixture" lower than that of the composition A based on a non-functional elastomer and much lower than that of the composition D based on an elastomer which comprises an alkoxysilane amino function at the end of the chain.
  • Elastomer C which comprises an alkoxysilane amine functional group in the middle of the chain according to the invention, makes it possible to very clearly improve the implementation, in the non-crosslinked state, with respect to the functional amine alkoxysilane functional elastomer at the end of a chain. share and allows to improve the implementation in the uncrosslinked state with respect to the nonfunctional elastomer on the other hand.
  • the MA300 / MA100 ratio of the composition C according to the invention is greater than that of the composition A based on a non-functional elastomer.
  • the elastomer C comprising an alkoxysilane amine functional group in the middle of the chain according to the invention makes it possible to improve the reinforcement with respect to the non-functional elastomer.
  • the values of Delta G * and tan ⁇ max of the composition C according to the invention are lower than those of the composition D based on an elastomer comprising an amino alkoxysilane function at the end of the chain.
  • the elastomer C carrying an amine alkoxysilane function in the middle of the chain according to the invention makes it possible to improve the hysteretic properties with respect to the elastomer D which comprises an amino alkoxysilane function at the end of the chain.
  • the values of Delta G * and tan ⁇ max of the composition C according to the invention are very much lower than those of the composition A based on a non-functional elastomer.
  • the elastomer C comprising an alkoxysilane amine function in the middle of the chain according to the invention makes it possible to very significantly improve the hysteretic properties with respect to the non-functional elastomer.
  • the composition C according to the invention based on an elastomer carrying an amine alkoxysilane function in the middle of the chain exhibits rubber properties in the uncrosslinked state and in the crosslinked state which are improved with respect to those of the elastomer-based composition D which comprises an alkoxysilane amino function at the end of the chain because of significantly improved processability and reduced hysteresis.
  • composition C according to the invention based on an elastomer comprising a mid-chain alkoxysilane amine functional group has non-crosslinked and crosslinked rubber properties which are improved with respect to those of the composition A based on a non-functional elastomer because of a markedly reduced hysteresis and improved processability.
  • compositions comprising either an elastomer having an alkoxysilane amine function in the middle of the chain according to the invention, or an elastomer not in accordance with the invention
  • the three elastomers SBR E, SBR G and SBR H were used for the preparation of rubber compositions E, G and H, each comprising carbon black as a reinforcing filler.
  • compositions E, G, and H has the following formulation (expressed in phr: parts per hundred parts of elastomer):
  • compositions are performed, firstly, by a thermomechanical work, then, in a second finishing time, by mechanical work.
  • thermomechanical working stage is carried out for 4 to 5 minutes, until a maximum temperature of about 170 ° C. falls.
  • thermo-mechanical work is thus carried out, it being specified that the average speed of the pallets during this first time is 60 rpm.
  • compositions thus obtained are then calendered, either in the form of plates (with a thickness ranging from 2 to 3 mm) or thin rubber sheets, for the measurement of their physical or mechanical properties, or in the form of directly usable profiles, after cutting and / or assembly to the desired dimensions, for example as semi-finished products for tires, in particular for treads.
  • composition G according to the invention has a Mooney "mixture" value which is significantly lower than that of the composition E based on a non-functional elastomer and significantly lower than that of the composition H based on an elastomer which comprises an alkoxysilane amino function at the end of the chain.
  • the elastomer G which comprises an alkoxysilane amine function in the middle of the chain according to the invention makes it possible to very clearly improve the implementation in the non-crosslinked state with respect to the functional amine alkoxysilane elastomer at the end of a chain. on the other hand and with respect to the non-functional elastomer.
  • the MA300 / MA100 ratio of the composition G according to the invention is greater than that of the composition E based on a non-functional elastomer.
  • the elastomer G comprising an amine function
  • the alkoxysilane in the middle of the chain according to the invention makes it possible to improve the reinforcement with respect to the non-functional elastomer.
  • the values of Delta G * and tan ⁇ max of the composition G according to the invention are lower than those of the composition H based on an elastomer comprising an amino alkoxysilane function at the end of the chain.
  • the elastomer G bearing an amine alkoxysilane function in the middle of the chain according to the invention makes it possible to improve the hysteretic properties with respect to the elastomer H which comprises an amino alkoxysilane function at the end of the chain.
  • the values of Delta G * and tan ⁇ max of the composition G according to the invention are very much lower than those of the composition E based on a non-functional elastomer.
  • the elastomer G comprising an alkoxysilane amine function in the middle of the chain according to the invention makes it possible to very significantly improve the hysteretic properties with respect to the non-functional elastomer.
  • the composition G according to the invention based on an elastomer carrying an amine alkoxysilane function in the middle of the chain exhibits rubber properties in the uncrosslinked state and in the crosslinked state which are improved with respect to those of the elastomeric composition H which comprises an alkoxysilane amino function at the end of the chain due to significantly improved processability and reduced hysteresis.
  • composition G according to the invention based on an elastomer comprising an amine alkoxysilane function in the middle of the chain has non-crosslinked and crosslinked rubber properties which are improved with respect to those of the composition E based on a non-functional elastomer due to a clearly reduced hysteresis and improved processability.
  • compositions comprising either an elastomer having an alkoxysilane amine function in the middle of the chain according to the invention, or an elastomer not in accordance with the invention
  • the three elastomers SBR A, SBR B and SBR C were used for the preparation of rubber compositions A, B and C, each comprising carbon black and silica as a reinforcing filler.
  • compositions A, B and C has the following formulation (expressed in phr: parts per hundred parts of elastomer):
  • compositions are performed, firstly, by a thermomechanical work, then, in a second finishing time, by mechanical work.
  • a thermomechanical work Is introduced successively, in a laboratory internal mixer type "Banbury", the capacity of which is 400 cm 3 , which is filled to 75% and whose initial temperature is about 70 0 C, the elastomer, silica , oil, diphenylguanidine, silane on black, antioxidant, stearic acid and wax then, about 40 seconds more later, the carbon black, then, about three minutes later or at 150 0 C zinc monoxide.
  • thermomechanical working step is carried out for 5 to 6 minutes, until a maximum temperature of about 160 ° C. falls.
  • the aforementioned first time of thermo-mechanical work is thus achieved, it being specified that the average speed of the pallets during this first time is 70 rpm.
  • the mixture thus obtained is recovered, cooled and then, in an external mixer (homo-finisher), the sulfur and sulfenamide are added at 30 ° C., mixing again for a period of 3 to 4 minutes (second time). aforementioned mechanical work).
  • compositions thus obtained are then calendered, either in the form of plates (with a thickness ranging from 2 to 3 mm) or thin rubber sheets, for the measurement of their physical or mechanical properties, or in the form of directly usable profiles, after cutting and / or assembly to the desired dimensions, for example as semi-finished products for tires, in particular for treads.
  • the crosslinking is carried out at 150 ° C. for 70 min.
  • the results are shown in Table 3 below.
  • composition C according to the invention has a Mooney value "mixture" equivalent to that of the composition A based on a non-elastomer. functional and very significantly lower than that of the composition B based on an elastomer which comprises a SiOH function at the end of the chain.
  • the elastomer C which comprises an alkoxysilane amine functional group in the middle of the chain according to the invention makes it possible to very significantly improve the implementation in the non-crosslinked state with respect to the functional SiOH elastomer at the end of the chain on the one hand and has an implementation equivalent to the non-crosslinked state with respect to the non-functional elastomer on the other hand.
  • the MA300 / MA100 ratio of the composition C according to the invention is greater than that of the composition A based on a non-functional elastomer.
  • the elastomer C comprising an alkoxysilane amine functional group in the middle of the chain according to the invention makes it possible to improve the reinforcement with respect to the non-functional elastomer.
  • the Delta G * and tan ⁇ max values of the composition C according to the invention are lower than those of the composition B based on an elastomer comprising an SiOH function at the end of the chain.
  • the elastomer C carrying an amine alkoxysilane function in the middle of the chain according to the invention makes it possible to improve the hysteretic properties with respect to the elastomer B which comprises an SiOH function at the end of the chain.
  • the values of Delta G * and tan ⁇ max of the composition C according to the invention are very much lower than those of the composition A based on a non-functional elastomer.
  • the elastomer C comprising an alkoxysilane amine function in the middle of the chain according to the invention makes it possible to very significantly improve the hysteretic properties with respect to the non-functional elastomer.
  • the composition C according to the invention based on an elastomer carrying an amine alkoxysilane function in the middle of the chain exhibits rubber properties in the uncrosslinked state and in the crosslinked state which are improved with respect to those of elastomeric composition B which comprises an end-chain SiOH function due to significantly improved processability and reduced hysteresis.
  • composition C according to the invention based on an elastomer comprising a mid-chain alkoxysilane amine functional group has non-crosslinked and crosslinked rubber properties which are improved with respect to those of the composition A based on a non-functional elastomer because of a significantly reduced hysteresis equivalent implementation.
  • compositions comprising either an elastomer having an alkoxysilane amine function in the middle of the chain according to the invention, or an elastomer not in accordance with the invention
  • the three elastomers SBR E, SBR F and SBR G were used for the preparation of rubber compositions E, F and G, each comprising carbon black and silica as a reinforcing filler.
  • compositions E, F, and G has the following formulation (expressed in phr: parts per hundred parts of elastomer):
  • thermomechanical work is performed, firstly, by a thermomechanical work, then, in a second finishing time, by mechanical work.
  • a thermomechanical work is introduced successively, in a laboratory internal mixer type "Banbury", the capacity of which is 400 cm 3 , which is filled to 75% and whose initial temperature is about 70 0 C, the elastomer, silica , oil, diphenylguanidine, silane on black, antioxidant, stearic acid and wax then, about 40 seconds later, the black, then, about three minutes later or at 150 0 C the monoxide of zinc.
  • the thermomechanical working stage is carried out for 5 to 6 minutes, until a maximum temperature of about 160 ° C. falls.
  • thermo-mechanical work is thus achieved, it being specified that the average speed of the pallets during this first time is 70 rpm.
  • the mixture thus obtained is recovered, cooled and then, in an external mixer (homoformer), the sulfur and sulfenamide are added at 30 ° C., mixing again for a period of 3 to 4 minutes (second time). aforementioned mechanical work).
  • the compositions thus obtained are then calendered, either in the form of plates (with a thickness ranging from 2 to 3 mm) or thin rubber sheets, for the measurement of their physical or mechanical properties, or in the form of directly usable profiles, after cutting and / or assembly to the desired dimensions, for example as semi-finished products for tires, in particular for treads.
  • the crosslinking is carried out at 150 ° C. for 50 min. The results are shown in Table 4 below.
  • composition G according to the invention has a Mooney value "mixture" which is very much lower than that of the composition F based on an elastomer which comprises an SiOH function at the end of the chain.
  • MA300 / MA100 ratio of the composition G according to the invention is greater than that of the composition E based on a non-functional elastomer.
  • the elastomer G comprising an alkoxysilane amine function in the middle of the chain according to the invention makes it possible to improve the reinforcement with respect to the non-functional elastomer.
  • the Delta G * and tan ⁇ max values of the composition G according to the invention are lower than those of the composition F based on an elastomer comprising an SiOH function at the end of the chain.
  • the elastomer G carrying an amine alkoxysilane function in the middle of the chain according to the invention makes it possible to improve the hysteretic properties with respect to the elastomer F which comprises an SiOH function at the end of the chain.
  • the values of Delta G * and tan ⁇ max of the composition G according to the invention are very much lower than those of the composition E based on a non-functional elastomer.
  • the elastomer G comprising an alkoxysilane amine function in the middle of the chain according to the invention makes it possible to very significantly improve the hysteretic properties with respect to the non-functional elastomer.
  • composition G according to the invention based on an elastomer carrying an amine alkoxysilane function in the middle of the chain exhibits rubber properties in the uncrosslinked state and in the crosslinked state which are improved with respect to those of the elastomeric composition F which comprises an end-chain SiOH function due to significantly improved processability and reduced hysteresis.
  • the composition G according to the invention based on an elastomer comprising an alkoxysilane amino function in the middle of the chain exhibits crosslinked rubber properties which are improved compared with those of the composition E based on a non-functional elastomer due to a significantly reduced hysteresis.
  • the elastomers SBR A, SBR B, SBR C, SBR D, SBR I SBR J, SBR K and SBR L have been used for the preparation of rubber compositions A, B, C, D, I , J, K and L of the tread type, each comprising silica as a reinforcing filler.
  • Each of these compositions A, B, C, D, I, J, K and L has the following formulation (expressed in phr: parts per hundred parts of elastomer):
  • compositions are performed, firstly, by a thermomechanical work, then, in a second finishing time, by mechanical work.
  • thermomechanical working stage is carried out for 4 to 5 minutes, until a maximum temperature of about 160 ° C. falls.
  • thermomechanical work is thus achieved, it being specified that the average speed of the pallets during this first time is 45 rpm.
  • the mixture thus obtained is recovered, cooled and then, in an external mixer (homoformer), the sulfur and sulfenamide are added at 30 ° C., mixing again for a period of 3 to 4 minutes (second time). aforementioned mechanical work).
  • the compositions thus obtained are then calendered, either in the form of plates (with a thickness ranging from 2 to 3 mm) or thin rubber sheets, for the measurement of their physical or mechanical properties, or in the form of directly usable profiles, after cutting and / or assembly to the desired dimensions, for example as semi-finished products for tires, in particular for treads.
  • the crosslinking is carried out at 150 ° C. for 40 min.
  • the results are shown in Table 5 below.
  • compositions C, I, J, K and L according to the invention have “mixture” Mooney values which are lower than that of the composition A based on a non-functional elastomer.
  • Compositions C, I, J, K and L according to the invention have "mixture” Mooney values which are very much lower than that of composition B based on an elastomer which comprises a SiOH function at the end of the chain. to that of the composition D based on an elastomer which comprises an amine-alkoxysilane function at the end of the chain.
  • the elastomers C, I, J, K and L which comprise an amine-alkoxysilane function in the middle of the chain according to the invention make it possible to very clearly improve the implementation in the uncrosslinked state with respect to the SiOH functional elastomer. at the end of the chain and the amine-alkoxysilane functional elastomer at the end of the chain on the one hand and significantly improves the implementation in the uncrosslinked state relative to the non-functional elastomer on the other hand.
  • the MA300 / MA100 ratio of the compositions C, I, J, K and L according to the invention are significantly higher than that of the composition A based on a non-functional elastomer.
  • the elastomers C, I, J, K and L which comprise an amine-alkoxysilane function in the middle of the chain according to the invention make it possible to improve the reinforcement with respect to the non-functional elastomer.
  • the MA300 / MA100 ratio of the compositions C, I, J and L according to the invention are equivalent to, or even higher for the composition K, than that of the compositions B and D respectively based on a functional elastomer SiOH at the end of the chain and an amine-alkoxysilane functional elastomer at the end of the chain.
  • the elastomers C, I, J, K and L which comprise an amine-alkoxysilane function in the middle of the chain according to the invention allow at least to maintain a level of reinforcement equivalent to those of the functional elastomers SiOH at the end of the chain and amine-alkoxysilane. at the end of the chain, or even improve it.
  • the values of Delta G * and tan ⁇ max of the compositions C, I, J, K and L according to the invention are very much lower than those of the composition A based on a non-elastomer. functional.
  • the elastomers C, I, J, K and L which comprise an amine-alkoxysilane function in the middle of the chain according to the invention makes it possible to improve the hysteretic properties with respect to the non-functional elastomer A.
  • the values of Delta G * and tan ⁇ max of compositions C, I, J, K and L according to the invention are lower than those of compositions B and D respectively based on a functional elastomer.
  • the elastomers C, I, J, K and L, which comprise an amine-alkoxysilane function in the middle of the chain according to the invention make it possible to improve the hysteretic properties with respect to the elastomer B, which comprises a SiOH function at the end of the chain. on the one hand and with respect to the elastomer D which comprises an amine-alkoxysilane function at the end of the chain on the other hand.
  • compositions C, I, J, K and L according to the invention based on elastomers which comprise an amine-alkoxysilane function in the middle of the chain have rubber properties in the uncrosslinked state and the crosslinked state which are improved over those of the composition A based on a non-functional elastomer due to a significantly reduced hysteresis and improved processability.
  • compositions C, I, J, K and L according to the invention based on elastomers which comprise an amine-alkoxysilane function in the middle of the chain have rubber properties in the uncrosslinked state and the crosslinked state which are improved over those of compositions B and D respectively based on an end-of-the-chain SiOH functional elastomer and an amine-alkoxysilane functional elastomer at the end of the chain because of an ability to implementation significantly improved and significantly reduced hysteresis.
  • the four SBR E elastomers, SBR F, SBR G and SBR H have been used for the preparation of tread-like rubber compositions E, F, G and H, each comprising silica as a reinforcing filler.
  • compositions E, F, G and H has the following formulation (expressed in phr: parts per hundred parts of elastomer):
  • compositions are performed, initially, by a thermomechanical work, then, in a second finishing time, by mechanical work.
  • thermomechanical working stage is carried out for 4 to 5 minutes, until a maximum temperature of about 160 ° C. falls.
  • the aforementioned first time of thermomechanical work is thus achieved, it being specified that the average speed of the pallets during this first time is 45 rpm.
  • compositions thus obtained are then calendered, either in the form of plates (with a thickness ranging from 2 to 3 mm) or thin rubber sheets, for the measurement of their physical or mechanical properties, or in the form of directly usable profiles, after cutting and / or assembly to the desired dimensions, for example as semi-finished products for tires, in particular for treads.
  • composition G according to the invention has a Mooney value
  • composition G which is equivalent to that of the composition E based on a non-functional elastomer.
  • the composition G according to the invention has a Mooney value "mixture” which is very much lower than that of the composition F based on an elastomer which comprises a SiOH function at the end of the chain and that of the composition H based on an elastomer which comprises an amine-alkoxysilane function at the end of the chain.
  • the elastomer G which comprises an amine-alkoxysilane function in the middle of the chain according to the invention makes it possible to very significantly improve the implementation in the non-crosslinked state with respect to the SiOH functional elastomer at the end of the chain and at the end of the process.
  • the MA300 / MA100 ratio of the composition G according to the invention is clearly greater than that of the composition E based on a non-functional elastomer.
  • the elastomer G which comprises an amine-alkoxysilane function in the middle of the chain according to the invention makes it possible to improve the reinforcement with respect to the non-functional elastomer.
  • the MA300 / MA100 ratio of the composition G according to the invention is equivalent to that of the compositions F and H respectively based on a functional elastomer SiOH at the end of the chain and an amine-alkoxysilane functional elastomer at the end of the chain.
  • the elastomer G which comprises an amine-alkoxysilane function in the middle of the chain according to the invention makes it possible to maintain a level of reinforcement equivalent to those of the functional elastomers SiOH at the end of the chain and amine-alkoxysilane at the end of the chain.
  • the values of Delta G * and tan ⁇ max of the composition G according to the invention are very much lower than those of the composition E based on a non-functional elastomer.
  • the elastomer G which comprises an amine-alkoxysilane function in the middle of the chain according to the invention makes it possible to improve the hysteretic properties with respect to the non-functional elastomer E.
  • the values of Delta G * and tan ⁇ max of the composition G according to the invention are lower than those of the compositions F and H respectively based on a functional elastomer SiOH at the end of the chain and of an amine-alkoxysilane functional elastomer at the end of the chain.
  • the elastomer G which comprises an amine-alkoxysilane function in the middle of the chain according to the invention, makes it possible to improve the hysteretic properties with respect to the elastomer F which comprises a SiOH function at the end of the chain on the one hand and with respect to the elastomer H which comprises an amine-alkoxysilane function at the end of the chain on the other hand.
  • composition G according to the invention based on elastomer which comprises an amine-alkoxysilane function in the middle of the chain exhibits rubber properties in the uncrosslinked state and in the crosslinked state which are improved by compared to those of the composition E based on a non-functional elastomer due to a significantly reduced hysteresis and a conservability for use.
  • the composition G according to the invention based on the elastomer which comprises an amine-alkoxysilane function in the middle of the chain exhibits rubber properties in the uncrosslinked state and in the crosslinked state which are improved.
  • compositions F and H respectively based on an end-of-the-chain SiOH functional elastomer and an amine-alkoxysilane functional elastomer at the end of the chain because of a very clearly improved processability and reduced hysteresis.

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Abstract

La présente invention est relative à un mélange élastomérique issu de la modification d'un élastomère diénique par un agent de couplage introduisant dans la chaîne élastomérique un groupe alcoxysilane portant une fonctionamine tertiaire ou secondaire. Ce mélange comprend majoritairement de l'élastomère diénique couplé par le groupe alcoxysilane portant une fonctionamine tertiaire ou secondaire lié à l'élastomère diénique par l'intermédiaire de l'atome de silicium. L'invention concerne également une composition de caoutchouc renforcée, utilisable notamment pour la fabrication de pneumatiques, comprenant une charge renforçante et une matrice élastomère comprenant au moins ce mélange élastomérique, et à son procédé de préparation. Cette composition possède des propriétés hystérétiques et mécaniques améliorées à l'état vulcanisé, ainsi qu'une mise en œuvre à l'état cru améliorée.

Description

Mélange élastomérique comprenant majoritairement un élastomère diénique couplé par un groupe amino-alcoxysilane, composition de caoutchouc le comprenant et leurs procédés d'obtention.
La présente invention est relative à un élastomère diénique modifié majoritairement couplé par un groupe alcoxysilane portant une fonction aminé tertiaire ou secondaire ainsi qu'une composition de caoutchouc renforcée, utilisable notamment pour la fabrication de pneumatiques, comprenant cet élastomère et possédant des propriétés dynamiques et mécaniques améliorées à l'état vulcanisé ainsi qu'une mise en œuvre à l'état cru améliorée.
Depuis que les économies de carburant et la nécessité de préserver l'environnement sont devenues une priorité, il est souhaitable de produire des mélanges possédant de bonnes propriétés mécaniques et une hystérèse aussi faible que possible afin de pouvoir les mettre en œuvre sous forme de compositions de caoutchouc utilisables pour la fabrication de divers produits semi-finis entrant dans la composition d'enveloppes de pneumatique, tels que par exemple des sous-couches, des flancs, des bandes de roulement, et afin d'obtenir des pneumatiques possédant une résistance au roulement réduite. La réduction de l'hystérèse des mélanges est un objectif permanent qui doit toutefois se faire en conservant l'aptitude à la mise en oeuvre des mélanges.
Pour atteindre l'objectif de baisse d'hystérèse, de nombreuses solutions ont déjà été expérimentées. En particulier, on peut citer la modification de la structure des polymères et des copolymères diéniques en fin de polymérisation au moyen d'agents de fonctionnalisation, de couplage ou d'étoilage dans le but d'obtenir une bonne interaction entre le polymère ainsi modifié et la charge, qu'il s'agisse du noir de carbone ou d'une charge inorganique renforçante.
Les demandes de brevets EP-A-O 590 491 et EP-A-O 593 049 décrivent par exemple des polymères portant des fonctions aminés permettant une meilleure interaction entre le polymère et le noir de carbone. Dans le cadre de mélanges contenant une charge inorganique renforçante, il a notamment été proposé d'utiliser des polymères diéniques fonctionnalisés par des dérivés alcoxysilanes. A titre d'illustration de cet art antérieur relatif à des charges inorganiques renforçantes, on peut par exemple citer le brevet américain US-A-5 066 721, qui décrit une composition de caoutchouc comprenant un polymère diénique fonctionnalisé par un alcoxysilane ayant au moins un reste alcoxyle non hydrolysable en mélange avec de la silice. On peut également citer la demande de brevet EP-A-O 299 074 qui décrit des polymères fonctionnalisés comportant des fonctions alcoxysilanes en bout de chaîne. Ces polymères fonctionnalisés ont été décrits dans l'art antérieur comme efficaces pour réduire l'hystérèse et améliorer la tenue à l'abrasion, cependant leurs propriétés restent insuffisantes pour permettre la mise en oeuvre de ces polymères dans des compositions destinées à constituer des bandes de roulement de pneumatiques.
Il a également été proposé de combiner la fonctionnalisation par des fonctions aminé à la fonctionnalisation par des fonctions alcoxysilanes. Ainsi, le brevet EP 0 992 537 décrit une composition de caoutchouc qui comprend un élastomère étendu modifié en bout de chaîne par une fonction alcoxysilane et portant à l'autre extrémité ou le long de sa chaîne une ou plusieurs fonctions aminé.
Par ailleurs, il a également été proposé d'améliorer les propriétés des compositions de caoutchouc en utilisant des élastomères fonctionnalisés en bout de chaîne par des fonctions alcoxysilanes portant un groupement aminé, que ce soit en mélange noir, silice ou hybride. Divers procédés de fonctionnalisation ont ainsi été décrits, mettant en jeu des agents de fonctionnalisation de type alcoxysilane portant un groupement aminé. On peut citer, par exemple, le brevet US 5 015 692 ou encore le brevet EP 0 341 496 qui proposent un procédé de fonctionnalisation d'élastomères par des composés tels que des composés phosphores, nitrés, des aminosilanes, des acrylamides, des aminovinylsilane, le cas échéant combiné à un couplage ou un étoilage avec un composé à base de silicium ou d'étain, en vue d'améliorer l'élasticité au choc de compositions de caoutchouc les contenant. Ces brevets décrivent notamment des compositions de caoutchouc renforcées au noir de carbone contenant un polybutadiène fonctionnalisé en bout de chaîne par un alcoxysilane portant un groupement aminé. La demande de brevet US 2005/0203251 décrit quant à elle une composition de caoutchouc renforcée par de la silice contenant un élastomère fonctionnalisé en bout de chaîne par un alcoxysilane portant un groupement aminé tertiaire. La fonctionnalisation des élastomères en bout de chaîne par des fonctions alcoxysilanes portant un groupement aminé, cyclique ou non, est également décrite dans la demande de brevet JP 2001158834. La composition de caoutchouc contenant ce type d'élastomère fonctionnalisé est déclinée en plusieurs variantes qui font l'objet des demandes de brevet JP 2001158835, JP 2001158836 et JP 2001158837.
La fonctionnalisation en bout de chaîne d'un élastomère par réaction avec un composé alcoxysilane porteur d'un groupement aminé cyclique insaturée, tel que le groupement pyridyle, est illustrée dans la demande de brevet JP 2005232367. La demande de brevet JP 2001131230 traite de la fonctionnalisation en bout de chaîne d'élastomères portant à l'autre extrémité de chaîne une fonction aminé, par différents composés alcoxysilanes porteurs de groupements aminé tertiaire, cyclique ou non. D'autres demandes de brevets ou brevets traitent de divers procédés de fonctionnalisation par exemple par des composés alcoxysilanes portant un groupement imine telle la demande de brevet JP 2001131340 et le brevet EP 1 113 024 (dont l'élastomère est utilisé dans des variantes de compositions faisant l'objet des demandes JP 2001131343, JP 2001131344, JP 2001131345 et JP 2005171034) ou encore par des composés de type azalcoxysilane cyclique telle que dans la demande internationale WO 2006076629, pour préparer des élastomères fonctionnalisés en bout de chaîne par des fonctions alcoxysilanes portant un groupement aminé secondaire. Néanmoins, il s'avère que les compositions contenant des élastomères ainsi modifiés, qu'il s'agisse de mélange noir, silice ou hybride, ne présentent pas toujours une mise en œuvre acceptable et une hystérèse satisfaisante pour une utilisation en bande de roulement pour pneumatique. C'est la raison pour laquelle des recherches ont été menées sur d'autres réactions de fonctionnalisation, en vue de l'obtention de compositions de caoutchouc possédant un compromis mise en œuvre à cru/hystérèse amélioré.
Le but de la présente invention est donc de proposer une telle composition. Notamment, un objectif est de proposer un élastomère fonctionnalisé interagissant de manière satisfaisante avec la charge renforçante d'une composition de caoutchouc le contenant afin d'en améliorer les propriétés mécaniques et dynamiques, tout en conservant une mise en œuvre à cru satisfaisante, en vue notamment d'une utilisation en bande de roulement pour pneumatique. - A -
Ce but est atteint en ce que les inventeurs viennent de découvrir de manière surprenante au cours de leurs recherches que le couplage d'élastomères par des fonctions alcoxysilanes portant un groupement aminé tertiaire ou secondaire confère aux compositions les contenant une amélioration remarquable et inattendue du compromis mise en œuvre à cru/hystérèse. Ces élastomères couplés permettent de réduire d'une manière significative pour les compositions de caoutchouc les contenant, à l'état réticulé, le niveau d'hystérèse et d'améliorer les propriétés mécaniques tout en optimisant leur aptitude à la mise en œuvre à l'état non réticulé. En effet, d'une part, la mise en œuvre à cru de telles compositions est similaire à celle de composition contenant des élastomères non fonctionnalisés, voire même améliorée. D'autre part, les propriétés mécaniques et dynamiques de telles compositions sont largement améliorées par rapport à celles de compositions contenant des élastomères fonctionnalisés en bout de chaîne notamment par rapport à celles de compositions contenant des élastomères fonctionnalisés en bout de chaîne par des fonctions alcoxysilanes portant un groupement aminé.
L'invention a donc pour objet un mélange élastomérique, issu de la modification d'un élastomère diénique par un agent de couplage introduisant dans la chaîne élastomérique un groupe alcoxysilane portant une fonction aminé tertiaire ou secondaire, ledit mélange comprenant majoritairement (i.e., pour plus de 50% en masse) l'élastomère diénique couplé par le groupe alcoxysilane portant une fonction aminé tertiaire ou secondaire lié à l'élastomère diénique par l'intermédiaire de l'atome de silicium. Le procédé de préparation de ce mélange fait également l'objet de l'invention. Ce mélange élastomérique est également désigné dans le texte par l'expression "élastomère diénique majoritairement couplé par un groupe alcoxysilane portant une fonction aminé tertiaire ou secondaire".
L'invention a également pour objet une composition de caoutchouc renforcée à base au moins d'une charge renforçante et d'une matrice élastomère comprenant au moins un élastomère diénique majoritairement couplé par un groupe alcoxysilane portant une fonction aminé tertiaire ou secondaire. La présente invention concerne également un procédé de préparation d'une composition de caoutchouc renforcée à base au moins d'une charge renforçante et d'une matrice élastomère comprenant au moins un élastomère diénique majoritairement couplé par un groupe alcoxysilane portant une fonction aminé tertiaire ou secondaire lié à l'élastomère diénique par l'atome de silicium.
Dans le texte les expressions "alcoxysilane portant une fonction aminé tertiaire ou secondaire", " amine-alcoxysilane" et "amino-alcoxysilane" ont la même signification et pourront être utilisées indifféremment, l'une comme l'autre. Dans le cadre de l'invention il convient de noter que le groupement aminé n'est pas une aminé primaire. Par l'expression composition "à base de", il faut entendre une composition comportant le mélange et/ou le produit de réaction des différents constituants utilisés, certains de ces constituants de base étant susceptibles de, ou destinés à, réagir entre eux, au moins en partie, lors des différentes phases de fabrication de la composition, en particulier au cours de sa réticulation ou vulcanisation.
Dans la présente description, sauf indication expresse différente, tous les pourcentages (%) indiqués sont des % en masse. D'autre part, tout intervalle de valeurs désigné par l'expression "entre a et b" représente le domaine de valeurs allant de plus de a à moins de b (c'est-à-dire bornes a et b exclues) tandis que tout intervalle de valeurs désigné par l'expression "de a à b" signifie le domaine de valeurs allant de a jusqu'à b (c'est-à-dire incluant les bornes strictes a et b).
L'invention a donc pour objet premier un mélange élastomérique issu de la modification d'un élastomère diénique par un agent de couplage introduisant dans la chaîne élastomérique un groupe amino-alcoxysilane, ce mélange comprenant, par rapport à la masse totale du mélange issu de cette modification, plus de 50% en masse d'élastomère diénique couplé par un groupe amino-alcoxysilane. En effet, lors d'une telle modification d'un élastomère diénique, plusieurs espèces élastomériques sont recouvrées (élastomère fonctionnalisé en bout de chaîne, élastomère non fonctionnalisé, élastomère couplé...) formant un mélange élastomérique. De préférence, cet élastomère diénique couplé par un groupe amino-alcoxysilane est présent dans ce mélange en une quantité d'au moins 65% en masse, encore plus préférentiellement 75% en masse, par rapport à la masse totale du mélange élastomérique. Toujours selon l'invention, on entend par élastomère diénique couplé par un groupe amino-alcoxysilane, un élastomère diénique possédant le groupe amino-alcoxysilane au sein de sa chaîne polymérique, notamment en milieu de chaîne, l'atome de silicium de ce groupe amino-alcoxysilane liant les deux morceaux de la chaîne de l'élastomère diénique.
Par élastomère diénique, doit être compris de manière connue un (on entend un ou plusieurs) élastomère issu au moins en partie (i.e., un homopolymère ou un copolymère) de monomères diènes (monomères porteurs de deux doubles liaisons carbone-carbone, conjuguées ou non). Plus particulièrement, par élastomère diénique, on entend tout homopolymère obtenu par polymérisation d'un monomère diène conjugué ayant 4 à 12 atomes de carbone, ou tout copolymère obtenu par copolymérisation d'un ou plusieurs diènes conjugués entre eux ou avec un ou plusieurs composés vinylaromatiques ayant de 8 à 20 atomes de carbone. Dans le cas de copolymères, ceux-ci contiennent de 20 % à 99 % en poids d'unités diéniques, et de 1 à 80 % en poids d'unités vinylaromatiques. A titre de diènes conjugués utilisables dans le procédé conforme à l'invention conviennent notamment le butadiène-1,3, le 2-méthyl-l,3-butadiène, les 2,3 di(alcoyle en Cl à C5)-l,3-butadiène tels que par exemple le 2,3-diméthyl-l,3-butadiène, 2,3- diéthyl-l,3-butadiène, 2-méthyl-3-éthyl-l,3-butadiène, le 2-méthyl-3-isopropyl-l,3- butadiène, le phényl-l,3-butadiène, le 1,3-pentadiène, le 2,4 hexadiène, etc. A titre de composés vinylaromatiques conviennent notamment le styrène, l'ortho-, meta, para-méthylstyrène, le mélange commercial "vinyltoluène", le para-tertiobutylstyrène, les méthoxystyrènes, le vinylmésitylène, le divinylbenzène, le vinylnaphtalène, etc. L'élastomère diénique de la composition conforme à l'invention est choisi préférentiellement dans le groupe des élastomères diéniques fortement insaturés constitué par les polybutadiènes (BR), les polyisoprènes (IR) de synthèse, les copolymères de butadiène, les copolymères d'isoprène et les mélanges de ces élastomères. De tels copolymères sont plus préférentiellement choisis dans le groupe constitué par les copolymères de butadiène et d'un monomère vinylaromatique, plus particulièrement le copolymère de butadiène-styrène (SBR), les copolymères d'isoprène-butadiène (BIR), les copolymères d'isoprène et d'un monomère vinylaromatique, plus particulièrement le copolymère d'isoprène-styrène (SIR) et les copolymères d'isoprène-butadiène-styrène (SBIR). Parmi ces copolymères, les copolymères de butadiène et d'un monomère vinylaromatique, plus particulièrement le copolymère de butadiène-styrène (SBR), sont particulièrement préférés. Conviennent notamment les polybutadiènes ayant une teneur (% molaire) en unités -1,2 comprise entre 4% et 80% ou ceux ayant une teneur (% molaire) en cis-1,4 supérieure à 80%, les polyisoprènes, les copolymères de butadiène- styrène et en particulier ceux ayant une Tg (température de transition vitreuse, mesurée selon ASTM D3418) entre 00C et -700C et plus particulièrement entre -100C et -600C, une teneur en styrène comprise entre 5% et 60% en poids et plus particulièrement entre 20% et 50%, une teneur (% molaire) en liaisons -1,2 de la partie butadiénique comprise entre 4% et 75%, une teneur (% molaire) en liaisons trans-1,4 comprise entre 10% et 80%, les copolymères de butadiène-isoprène et notamment ceux ayant une teneur en isoprène comprise entre 5% et 90% en poids et une Tg de - 400C à - 800C, les copolymères isoprène-styrène et notamment ceux ayant une teneur en styrène comprise entre 5% et 50% en poids et une Tg comprise entre - 25°C et - 500C.
Dans le cas des copolymères de butadiène-styrène-isoprène conviennent notamment ceux ayant une teneur en styrène comprise entre 5% et 50% en poids et plus particulièrement comprise entre 10% et 40%, une teneur en isoprène comprise entre 15% et 60% en poids et plus particulièrement entre 20% et 50%, une teneur en butadiène comprise entre 5% et 50% en poids et plus particulièrement comprise entre 20% et 40%, une teneur (% molaire) en unités -1,2 de la partie butadiénique comprise entre 4% et 85%, une teneur (% molaire) en unités trans -1,4 de la partie butadiénique comprise entre 6% et 80%, une teneur (% molaire) en unités -1,2 plus -3,4 de la partie isoprénique comprise entre 5% et 70% et une teneur (% molaire) en unités trans -1,4 de la partie isoprénique comprise entre 10% et 50%, et plus généralement tout copolymère butadiène-styrène-isoprène ayant une Tg comprise entre - 200C et - 700C. Selon une mise en oeuvre de l'invention, l'élastomère diénique couplé, majoritaire dans le mélange élastomérique, peut être représenté par l'une des formules I, II ou III:
Figure imgf000009_0001
Formule (I) Formule (II) Formule (III)
dans lesquelles ,
Le symbole E désigne l'élastomère diénique tel que défini plus haut,
Ri désigne un radical alkyle, linéaire ou ramifié, en Ci - Cio, cycloalkyle en
C5-C18, aryle en C6 - C18 ou aralkyle en C7 - C18, de préférence alkyle en C1- C4, plus préférentiellement un radical méthyle ou éthyle
R2 est un dérivé hydrocarboné divalent, linéaire ou ramifié, d'alkyle en Ci - Cio, d'aryle en C6 - Ci s ou d'aralkyle en C7 - Ci s, de préférence un radical alkylène en Ci - Cio, plus préférentiellement propane- 1,3-diyl, dans la formule (I), R3 et R4, identiques ou différents, représentent un atome d'hydrogène ou un radical alkyl en Ci- Cio, de préférence alkyle en C1-C4, plus préférentiellement un radical méthyle ou éthyle, sous réserve que lorsque l'un de R3 et R4 représente un atome d'hydrogène l'autre soit différent, ou alors R3 et R4 forment avec N auquel ils sont liés un hétérocycle contenant un atome d'azote et au moins un atome de carbone, de préférence de 2 à 6 atomes de carbone, dans la formule (II), R5 représente un radical alkylidène, linéaire ou ramifié, en Ci- Cio, de préférence alkylidène en C2-C6, plus préférentiellement un radical alkylidène en C4-C6, linéaire ou ramifié; selon une variante de l'invention, R5 désigne un radical alkylidène ramifié en C3-C6, de préférence le radical 3-(l,3-dimethylbutylidène), dans la formule (III), les symboles A désignent, indépendamment les uns des autres, un atome d'azote ou un atome de carbone, sous réserve que l'un au moins des symboles A désigne un atome d'azote; selon une variante de l'invention un seul A désigne un atome d'azote, de préférence en position meta ou para du cycle, plus préférentiellement en position para du cycle.
L'élastomère diénique majoritairement couplé par un groupe amino-alcoxysilane lié à l'élastomère diénique par l'atome de silicium, peut être préparé selon un procédé qui consiste dans un premier temps en une polymérisation anionique d'au moins un monomère diénique conjugué, tel que défini plus haut, en présence d'un initiateur, puis dans un deuxième temps en la réaction du polymère vivant ainsi obtenu sur un agent de couplage spécifique. Ce procédé fait également l'objet de T'invention. En tant qu'initiateur de polymérisation, on peut utiliser tout initiateur anionique mono fonctionnel connu. Toutefois un initiateur contenant un métal alcalin tel que le lithium est utilisé à titre préférentiel. Comme initiateurs organolithiens conviennent notamment ceux comportant une liaison carbone- lithium. Des composés représentatifs sont les organolithiens aliphatiques tels que l'éthyllithium, le n-butyllithium (n-BuLi), l'isobutyllithium, etc., les amidures de lithium obtenus à partir d'une aminé secondaire cyclique, telle que la pyrrolidine et l'hexaméthylèneimine, et solubles dans un solvant hydrocarboné sans utilisation d'un agent de solvatation sont hautement préférés.
La polymérisation est de préférence effectuée en présence d'un solvant hydrocarboné inerte qui peut être par exemple un hydrocarbure aliphatique ou alicyclique comme le pentane, l'hexane, l'heptane, l'iso-octane, le cyclohexane, le méthylcyclohexane ou un hydrocarbure aromatique comme le benzène, le toluène, le xylène. La polymérisation peut être effectuée en continu ou en discontinu. On effectue généralement la polymérisation à une température comprise entre 20 0C et 150 0C et de préférence voisine de 30 0C à 110 0C.
La réaction de couplage du polymère diénique vivant, obtenu à l'issue de la première étape, peut se dérouler à une température comprise entre - 200C et 100 0C, par addition sur les chaînes polymères vivantes ou inversement d'un agent de couplage non polymérisable susceptible de former un groupe amino-alcoxysilane liant deux chaînes élastomériques par son atome de silicium. Cet agent de couplage non polymérisable permet notamment d'obtenir les structures de formules I, II et III décrites plus haut. Il peut s'agir par exemple d'un composé amino-trialkoxysilane.
On peut citer par exemple à titre d'agent de couplage les N5N- dialkylaminopropyltrialcoxysilanes, les azadialcoxysilanes cycliques tels que les N- alkyl-aza-dialcoxysilacycloalcane, les 2-pyridylethyltrialcoxysilanes, les 3- carbazolethyltrialcoxysilanes, les 3-alkylideneaminopropyltrialcoxysilanes, les N- trialcoxysilylpropylmorpholine. Les substituants alkyle, alkylidène et alcoxy de ces agents sont linéaires ou ramifiés et possèdent généralement entre 1 et 18 atomes de carbone, de préférence entre 1 et 10, voire entre 1 et 8. Préférentiellement, l'agent de couplage est choisi parmi le 3-(N5N- dimethylaminopropyl)trimethoxysilane de numéro CAS [2530-86-1], le 2-(4- pyridylethyl)triethoxysilane de numéro CAS [98299-74-2], le 2-[2- (trimethoxysilyl)ethyl]pyridine de numéro CAS [27326-65-4], le 3-(l,3- dimethylbutylidene)aminopropyltriethoxysilane de numéro CAS [198567-47-4], le N-n- butyl-aza-2,2-dimethoxysilacyclopentane de numéro CAS [618914-44-6]. Plus préférentiellement encore l'agent de couplage est le 3-(N,N-dimethylaminopropyl) trimethoxy silane .
Le mélangeage peut être réalisé par tout moyen approprié notamment à l'aide de tout mélangeur disposant d'une agitation de type statique et/ou tout mélangeur dynamique de type parfaitement agité connu par l'homme de l'art. Le temps de réaction entre le polymère diénique vivant et l'agent de couplage peut être compris entre 10 secondes et 2 heures.
Pour la réaction de couplage, le rapport molaire entre l'agent de couplage et le métal de l'initiateur des chaînes polymères vivantes est de 0,3 à 0,8, préférentiellement de 0,4 à 0,65 et encore plus préférentiellement de 0,45 à 0,55.
Un autre objet de l'invention est une composition de caoutchouc renforcée à base d'au moins une charge renforçante et une matrice élastomère comprenant au moins un élastomère diénique majoritairement couplé par un groupe amino-alcoxysilane tel que décrit plus haut. La composition de caoutchouc renforcée selon l'invention peut se présenter à l'état réticulé ou à l'état non réticulé, autrement dit réticulable. Il doit être entendu que la composition de l'invention peut comprendre un ou plusieurs de ces élastomères diéniques majoritairement couplés par un groupe amino- alcoxysilane.
Ainsi, l'élastomère diénique majoritairement couplé par un groupe amino-alcoxysilane lié à l'élastomère diénique par l'atome de silicium, peut être, selon l'invention, utilisé seul dans la composition ou en coupage avec tout élastomère diénique conventionnel, qu'il soit étoile, couplé, fonctionnalisé ou non, avec tout élastomère synthétique autre que diénique, voire avec tout polymère autre qu'élastomère, par exemple un polymère thermoplastique, qui est conventionnellement utilisé dans les pneumatiques. On notera que l'amélioration des propriétés de la composition selon l'invention sera d'autant plus élevée que la proportion du ou des élastomères différents de ceux de l'invention dans cette composition sera plus réduite. C'est pourquoi, selon une variante préférentielle de l'invention, la composition de caoutchouc renforcée est à base d'une matrice élastomère comprenant à titre majoritaire l'élastomère diénique majoritairement couplé par un groupe amino-alcoxysilane lié à l'élastomère diénique par l'atome de silicium. Lorsque l'élastomère conventionnel utilisé en coupage est du caoutchouc naturel et/ou un ou plusieurs polymères diéniques non fonctionnalisés comme par exemple les polybutadiènes, les polyisoprènes, les copolymères butadiène- styrène ou butadiène-styrène-isoprène, cet élastomère peut alors être présent entre 1 a 70 parties en poids pour 100 parties d'élastomère diénique majoritairement couplé par un groupe amino-alcoxysilane. Plus préférentiellement, cette matrice est uniquement constituée de cet élastomère diénique majoritairement couplé par un groupe amino-alcoxysilane. Lorsque l'élastomère conventionnel utilisé en coupage est un élastomère diénique étoile, couplé ou fonctionnalisé avec un autre agent que celui permettant d'obtenir l'élastomère diénique majoritairement couplé par un groupe amino-alcoxysilane, cet élastomère peut, selon une mise en œuvre de l'invention être présent a raison de 1 à 100 parties en poids pour 100 parties en poids d'élastomère diénique majoritairement couplé par un groupe amino-alcoxysilane .
Ainsi, selon une autre variante de l'invention, on peut également prévoir un étoilage supplémentaire de l'élastomère diénique majoritairement couplé par un groupe amino- alcoxysilane. Cette variante est avantageusement mise en œuvre afin de diminuer le fluage à cru de la matrice élastomère. Le procédé de préparation de l'élastomère diénique majoritairement couplé par un groupe amino-alcoxysilane peut alors comprendre une étape d'étoilage par réaction avec un agent d'étoilage connu en soi par exemple à base d'étain ou de silicium. La composition de caoutchouc de l'invention comprend, outre au moins une matrice élastomère comprenant un élastomère diénique majoritairement couplé possédant en milieu de chaîne un groupe amino-alcoxysilane lié à l'élastomère diénique par l'atome de silicium, tel que décrit plus haut, au moins une charge renforçante. On peut utiliser tout type de charge renforçante connue pour ses capacités à renforcer une composition de caoutchouc utilisable pour la fabrication de bandes de roulement de pneumatiques, par exemple une charge organique tel que du noir de carbone, une charge inorganique renforçante telle que de la silice, ou encore un coupage de ces deux types de charge, notamment un coupage de noir de carbone et de silice. Comme noirs de carbone conviennent tous les noirs de carbone, notamment les noirs du type HAF, ISAF, SAF conventionnellement utilisés dans les bandes de roulement des pneumatiques (noirs dits de grade pneumatique). Parmi ces derniers, on citera plus particulièrement les noirs de carbone renforçants des séries 100, 200 ou 300 (grades ASTM), comme par exemple les noirs Nl 15, N134, N234, N326, N330, N339, N347, N375. Les noirs de carbone pourraient être par exemple déjà incorporés à l'élastomère isoprénique sous la forme d'un masterbatch (voir par exemple demandes WO 97/36724 ou WO 99/16600).
Comme exemples de charges organiques autres que des noirs de carbone, on peut citer les charges organiques de polyvinylaromatique fonctionnalisé telles que décrites dans les demandes WO-A-2006/069792 et WO-A-2006/069793, ou encore les charges organiques de polyvinyl non aromatique fonctionnalisé telles que décrites dans les demandes WO-A-2008/003434 et WO-A-2008/003435.
Par "charge inorganique renforçante", doit être entendu dans la présente demande, par définition, toute charge inorganique ou minérale quelles que soient sa couleur et son origine (naturelle ou de synthèse), encore appelée charge "blanche", charge "claire" voire "charge non noire" ("non-black fîller") par opposition au noir de carbone, capable de renforcer à elle seule, sans autre moyen qu'un agent de couplage intermédiaire, une composition de caoutchouc destinée à la fabrication de pneumatiques, en d'autres termes apte à remplacer, dans sa fonction de renforcement, un noir de carbone conventionnel de grade pneumatique ; une telle charge se caractérise généralement, de manière connue, par la présence de groupes hydroxyle (-OH) à sa surface. L'état physique sous lequel se présente la charge inorganique renforçante est indifférent, que ce soit sous forme de poudre, de microperles, de granulés, de billes ou toute autre forme densifïée appropriée. Bien entendu on entend également par charge inorganique renforçante des mélanges de différentes charges inorganiques renforçantes, en particulier de charges siliceuses et/ou alumineuses hautement dispersibles telles que décrites ci-après.
Comme charges inorganiques renforçantes conviennent notamment des charges minérales du type siliceux, en particulier de la silice (SiO2), ou du type alumineuse, en particulier de l'alumine (AI2O3). La silice utilisée peut être toute silice renforçante connue de l'homme du métier, notamment toute silice précipitée ou pyrogénée présentant une surface BET ainsi qu'une surface spécifique CTAB toutes deux inférieures à 450 m2/g, de préférence de 30 à 400 m2/g. A titres de silices précipitées hautement dispersibles (dites "HDS"), on citera par exemple les silices "Ultrasil 7000" et "Ultrasil 7005" de la société Degussa, les silices "Zeosil 1165MP", "1135MP" et "1115MP" de la société Rhodia, la silice "Hi-SiI EZ150G" de la société PPG, les silices "Zeopol 8715", "8745" et "8755" de la Société Huber, les silices à haute surface spécifique telles que décrites dans la demande WO 03/16837.
La charge inorganique renforçante utilisée, en particulier s'il s'agit de silice, a de préférence une surface BET comprise entre 45 et 400 m2/g, plus préférentiellement comprise entre 60 et 300 m2/g. De manière préférentielle, le taux de charge renforçante totale (noir de carbone et/ou charge inorganique renforçante telle que silice) est compris entre 50 et 200 pce, plus préférentiellement entre 60 et 140 pce, et encore plus préférentiellement entre 70 et 130 pce, l'optimum étant de manière connue différent selon les applications particulières visées : le niveau de renforcement attendu sur un pneumatique vélo, par exemple, est bien sûr inférieur à celui exigé sur un pneumatique apte à rouler à grande vitesse de manière soutenue, par exemple un pneumatique moto, un pneumatique pour véhicule de tourisme ou pour véhicule utilitaire tel que Poids lourd. Selon une variante de l'invention, on utilise une charge renforçante comportant une charge inorganique renforçante selon une fraction massique comprise entre 50 % à 100 %, particulièrement de la silice, et optionnellement de la silice ou une autre charge inorganique. Selon une autre variante de l'invention, notamment lorsque la composition est destinée à la fabrication de bande de roulement pour pneumatique de véhicule utilitaire tel que Poids lourd, on utilise une charge renforçante comportant une charge organique renforçante selon une fraction massique allant de 50 % à 100 %, particulièrement du noir de carbone, et optionnellement de la silice ou une autre charge inorganique. Selon une variante de réalisation de l'invention, on utilise une charge renforçante comportant entre 50 et 150 pce, plus préférentiellement entre 50 et 120 pce de charge inorganique, particulièrement de silice, et optionnellement du noir de carbone ; le noir de carbone, lorsqu'il est présent, est utilisé dans cette variante de préférence à un taux inférieur à 30 pce, plus préférentiellement inférieur à 20 pce (par exemple entre 0,1 et 10 pce).
Pour coupler la charge inorganique renforçante à l'élastomère diénique, on utilise de manière connue un agent de couplage (ou agent de liaison) au moins bifonctionnel destiné à assurer une connexion suffisante, de nature chimique et/ou physique, entre la charge inorganique et l'élastomère diénique, en particulier des organosilanes ou des polyorganosiloxanes bifonctionnels.
On utilise notamment des silanes polysulfurés, dits "symétriques" ou "asymétriques" selon leur structure particulière, tels que décrits par exemple dans les demandes WO03/002648 (ou US 2005/016651) et WO03/002649 (ou US 2005/016650). Conviennent en particulier, sans que la définition ci-après soit limitative, des silanes polysulfurés dits "symétriques" répondant à la formule générale (I) suivante:
(I) Z - A' - Sx - A' - Z , dans laquelle:
- x est un entier de 2 à 8 (de préférence de 2 à 5) ; - A' est un radical hydrocarboné divalent (de préférence des groupements alkylène en C1-C18 ou des groupements arylène en C6-Ci2, plus particulièrement des alkylènes en C1-C10, notamment en C1-C4, en particulier le propylène) ; - Z répond à l'une des formules ci-après:
R'2
Figure imgf000016_0001
dans lesquelles:
- les radicaux R'1, substitués ou non substitués, identiques ou différents entre eux, représentent un groupe alkyle en C1-C18, cycloalkyle en C5-C18 ou aryle en C6-C i8 (de préférence des groupes alkyle en Ci-C6, cyclohexyle ou phényle, notamment des groupes alkyle en C1-C4, plus particulièrement le méthyle et/ou l'éthyle).
- les radicaux R'2, substitués ou non substitués, identiques ou différents entre eux, représentent un groupe alkoxyle en C1-C18 ou cycloalkoxyle en C5-C18 (de préférence un groupe choisi parmi alkoxyles en Ci-Cs et cycloalkoxyles en C5- Cs, plus préférentiellement encore un groupe choisi parmi alkoxyles en C1-C4, en particulier méthoxyle et éthoxyle).
A titre d'exemples de silanes polysulfurés, on citera plus particulièrement les polysulfures de bis(3-triméthoxysilylpropyl) ou de bis(3-triéthoxysilylpropyl). Parmi ces composés, on utilise en particulier le tétrasulfure de bis(3-triéthoxysilylpropyl), en abrégé TESPT, ou le disulfure de bis-(triéthoxysilylpropyle), en abrégé TESPD. On citera également à titre d'exemples préférentiels les polysulfures (notamment disulfures, trisulfures ou tétrasulfures) de bis-(monoalkoxyl(Ci-C4)-dialkyl(Ci-C4)silylpropyl), plus particulièrement le tétrasulfure de bis-monoéthoxydiméthylsilylpropyl tel que décrit dans la demande de brevet WO 02/083782 (ou US 2004/132880).
A titre d'agent de couplage autre qu'alkoxysilane polysulfuré, on citera notamment des POSS (polyorganosiloxanes) bifonctionnels ou encore des polysulfures d'hydroxysilane tels que décrits dans les demandes de brevet WO 02/30939 (ou US 6,774,255) et WO 02/31041 (ou US 2004/051210), ou encore des silanes ou POSS porteurs de groupements fonctionnels azo-dicarbonyle, tels que décrits par exemple dans les demandes de brevet WO 2006/125532, WO 2006/125533, WO 2006/125534. Dans les compositions conformes à l'invention, le taux d'agent de couplage est avantageusement inférieur à 20 pce, étant entendu qu'il est en général souhaitable d'en utiliser le moins possible. Son taux est préférentiellement compris entre 0,5 et 12 pce, plus préférentiellement de 3 à 10 pce, en particulier de 4 à 7 pce.
L'homme du métier comprendra qu'à titre de charge équivalente de la charge inorganique renforçante décrite dans le présent paragraphe, pourrait être utilisée une charge renforçante d'une autre nature, notamment organique, dès lors que cette charge renforçante serait recouverte d'une couche inorganique telle que silice, ou bien comporterait à sa surface des sites fonctionnels, notamment hydroxyles, nécessitant l'utilisation d'un agent de couplage pour établir la liaison entre la charge et l'élastomère. Les compositions de caoutchouc conformes à l'invention peuvent également contenir, en complément des agents de couplage, des activateurs de couplage, des agents de recouvrement des charges inorganiques ou plus généralement des agents d'aide à la mise en œuvre susceptibles de manière connue, grâce à une amélioration de la dispersion de la charge dans la matrice de caoutchouc et à un abaissement de la viscosité des compositions, d'améliorer leur faculté de mise en œuvre à l'état cru, ces agents étant par exemple des silanes hydrolysables tels que des alkylalkoxysilanes, des polyols, des polyéthers, des aminés primaires, secondaires ou tertiaires, des polyorganosiloxanes hydroxyles ou hydrolysables.
Les compositions de caoutchouc conformes à l'invention peuvent comporter également tout ou partie des additifs usuels habituellement utilisés dans les compositions d'élastomères destinées à la fabrication de pneumatiques, comme par exemple des pigments, des charges non renforçantes, des agents de protection tels que cires antiozone, anti-ozonants chimiques, anti-oxydants, des agents anti-fatigue, des agents plastifiants, des résines renforçantes ou plastifiantes, des accepteurs (par exemple résine phénolique novolaque) ou des donneurs de méthylène (par exemple HMT ou H3M) tels que décrits par exemple dans la demande WO 02/10269, un système de réticulation à base soit de soufre, soit de donneurs de soufre et/ou de peroxyde et/ou de bismaléimides, des accélérateurs de vulcanisation, des activateurs de vulcanisation. Les compositions de l'invention peuvent également comporter, à titre d'agent plastifiant préférentiel non aromatique ou très faiblement aromatique, au moins un composé choisi dans le groupe constitué par les huiles naphténiques, paraffïniques, huiles MES, huiles TDAE, les plastifiants esters (par exemple les trioléates de glycérol), les résines hydrocarbonées présentant une haute Tg, de préférence supérieure à 30 0C, telles que décrites par exemple dans les demandes WO 2005/087859, WO 2006/061064 et WO 2007/017060, et les mélanges de tels composés. Le taux global d'un tel agent plastifiant préférentiel est de préférence compris entre 10 et 100 pce, plus préférentiellement compris entre 10 et 80 pce, notamment dans un domaine de 20 à 50 pce.
L'invention a également pour objet un procédé de préparation d'une composition de caoutchouc renforcée conforme à l'invention. Ce procédé comprend : (i) la réalisation, à une température maximale comprise entre 130 0C et 200 0C, d'un premier temps de travail thermomécanique (parfois qualifié de phase " non productive ") des constituants de base nécessaires, à l'exception du système de réticulation, de ladite composition comprenant l'élastomère diénique majoritairement couplé par un groupe amino-alcoxysilane lié à l'élastomère diénique par l'atome de silicium, et une charge renforçante, à l'exception d'un système de réticulation, puis (ii) la réalisation, à une température inférieure à ladite température maximale dudit premier temps, de préférence inférieure à 120 0C, d'un second temps de travail mécanique au cours duquel est incorporé ledit système de réticulation. La composition de caoutchouc ainsi obtenue peut ensuite être extrudée ou calandrée de manière connue en soi, sous la forme désirée, pour fabriquer des semi-finis tels que des bandes de roulement.
Ce procédé peut également comprendre, préalablement à la réalisation des étapes (i) et (ii) précitées, les étapes de la préparation de l'élastomère diénique majoritairement couplé par un groupe amino-alcoxysilane lié à l'élastomère diénique par l'atome de silicium selon le procédé décrit plus haut.
L'invention a également pour objet un pneumatique qui incorpore dans au moins un de ses éléments constitutifs une composition de caoutchouc renforcée selon l'invention, et plus particulièrement des articles semi-finis d'un pneumatique qui comprennent cette composition.
En raison de l'hystérèse réduite qui caractérise une composition de caoutchouc renforcée selon l'invention à l'état vulcanisé, on notera qu'un pneumatique dont la bande de roulement comprend la composition présente une résistance au roulement avantageusement réduite. L'invention a donc également pour objet une bande de roulement de pneumatique qui est telle qu'elle comprend une composition de caoutchouc renforcée selon l'invention, réticulable ou réticulée, ou bien qui est telle qu'elle est constituée de cette composition.
Les caractéristiques précitées de la présente invention, ainsi que d'autres, seront mieux comprises à la lecture de la description suivante de plusieurs exemples de réalisation de l'invention, donnés à titre illustratif et non limitatif.
EXEMPLES DE PREPARATION DE LΕLASTOMERE
Mesures et tests utilisés
Techniques expérimentales utilisées pour la caractérisation avant cuisson des polymères obtenus :
(a) On utilise la technique SEC (Size Exclusion Chromatography) qui permet de séparer les macromolécules en solution suivant leur taille à travers des colonnes remplies d'un gel poreux. Les macro molécules sont séparées suivant leur volume hydrodynamique, les plus volumineuses étant éluées en premier. Sans être une méthode absolue, la SEC permet d'appréhender la distribution des masses molaires d'un polymère. A partir de produits étalons commerciaux, les différentes masses molaires moyennes en nombre (Mn) et en poids (Mw) peuvent être déterminées et l'indice de polymolécularité (Ip = Mw/Mn) calculé via un étalonnage dit de MOORE. Il n'y a pas de traitement particulier de l'échantillon de polymère avant analyse. Celui-ci est simplement solubilisé dans le solvant d'élution à une concentration d'environ 1 g/1. Puis la solution est filtrée sur filtre de porosité 0.45μm avant injection. L'appareillage utilisé est une chaîne chromatographique « WATERS alliance ». Le solvant d'élution est soit le tétrahydrofurane, soit le tétrahydrofurane + l%vol. de diisopropylamine + l%vol. de triethy lamine, le débit de 1 ml/min., la température du système de 35° C et la durée d'analyse de 30 min. On utilise un jeu de deux colonnes WATERS de dénomination commerciale « STYRAGEL HT6E ». Le volume injecté de la solution de l'échantillon de polymère est 100 μl. Le détecteur est un réfractomètre différentiel « WATERS 2410 » et le logiciel d'exploitation des données chromatographiques est le système « WATERS EMPO WER». Les masses molaires moyennes calculées sont relatives à une courbe d'étalonnage réalisée pour des SBR de microstructure suivante : 25 % massique de motifs type styrène, 23% massique de motifs type 1-2 et 50 % massique de motifs type 1-4 trans. La proportion massique de chaînes n'ayant pas subi le couplage est estimée par la décomposition mathématique en somme de gaussiennes des chromatogrammes obtenus par SEC (en faisant l'hypothèse que les coefficients de réponse du détecteur réfractométrique (dn/dc) des différentes espèces présentes sont identiques). (b) Pour les polymères et les compositions de caoutchouc, les viscosités Mooney ML (1+4) à 100 0C sont mesurées selon la norme ASTM D 1646.
On utilise un consistomètre oscillant tel que décrit dans la norme ASTM D 1646. La mesure de plasticité Mooney se fait selon le principe suivant : la composition à l'état cru
(i.e. avant cuisson) est moulée dans une enceinte cylindrique chauffée à 100 0C. Après une minute de préchauffage, le rotor tourne au sein de l'éprouvette à 2 tours/minute et on mesure le couple utile pour entretenir ce mouvement après 4 minutes de rotation. La plasticité Mooney (ML 1+4) est exprimée en " unité Mooney " (UM, avec 1 UM = 0,83 N.m).
(c) Les températures de transition vitreuse Tg des polymères sont mesurées au moyen d'un calorimètre différentiel (" differential scanning calorimeter ").
(d) Les analyses RMN sont réalisées sur un spectromètre 500 MHz BRUKER équipé d'une sonde " large bande " BBIz 5 mm. Pour l'expérience RMN 1H quantitative, la séquence utilise une impulsion 30° et un délai de répétition de 2 secondes. Les échantillons sont solubilisés dans le sulfure de carbone (CS2). 100 μL de cyclohexane deutéré (CODI2) sont ajoutés pour le signal de lock. Le spectre RMN 1H permet de quantifier la fonction (CHs)2Si par intégration du signal caractéristique des protons SiCH3 autour de δ = 0 ppm.
Le spectre RMN 2D 1H-29Si permet de vérifier la nature de la fonction grâce aux valeurs de déplacements chimiques des noyaux Silicium et des protons au voisinage 2J (via 2 liaisons).
(e) La spectroscopie proche infrarouge (NIR) est utilisée pour déterminer quantitativement le taux massique de styrène dans l'élastomère ainsi que sa microstructure (répartition relative des unités butadiene 1,2-vinyl, 1,4-trans et 1,4 cis). Le principe de la méthode repose sur la loi de Beer-Lambert généralisée à un système multicomposants. La méthode étant indirecte, elle fait appel à un étalonnage multivarié [Vilmin, F.; Dussap, C; Coste, N. Applied Spectroscopy 2006, 60, 619-29] réalisé à l'aide d'élastomères étalons de composition déterminée par RMN 13C. Le taux de styrène et la microstructure sont alors calculés à partir du spectre NIR d'un film d'élastomère d'environ 730 μm d'épaisseur. L'acquisition du spectre est réalisée en mode transmission entre 4000 et 6200 cm-1 avec une résolution de 2 cm-1, à l'aide d'un spectromètre proche infrarouge à transformée de Fourier Bruker Tensor 37 équipé d'un détecteur InGaAs refroidi par effet Peltier.
(f) Pour les polymères, la viscosité inhérente à 25 0C d'une solution de polymère à 0,1 g/dl dans le toluène, est mesurée à partir d'un polymère sec :
PRINCIPE :
La viscosité inhérente est déterminée par la mesure du temps d'écoulement t de la solution de polymère et du temps d'écoulement tO du toluène, dans un tube capillaire.
Dans un tube Ubbelhode préalablement étalonné (diamètre du capillaire 0.46 mm, capacité 18 à 22 ml), placé dans un bain thermostaté à 25 ± 0,1 0C, le temps d'écoulement du toluène et celui de la solution de polymère à 0,1 g/dl sont mesurés.
La viscosité inhérente est obtenue par la relation suivante :
Figure imgf000022_0001
avec
C concentration de la solution toluénique de polymère en g/dl ; t temps d'écoulement de la solution toluénique de polymère en secondes ; to temps d'écoulement du toluène en secondes ; ηinh viscosité inhérente exprimée en dl/g.
H : constante d'étalonnage du tube Préparation du polymère A : SBR non fonctionnel - témoin
Dans un réacteur de 70 litres, maintenu sous une pression d'azote d'environ 2 bars, contenant 46 kg de méthylcyclohexane, sont injectés 2.00 kg de styrène et 4.70 kg de butadiène ainsi que 455 mL d'une solution de tetrahydrofurfuryl éther à 0,040 mol.L"1 dans le méthylcyclohexane. Après neutralisation des impuretés dans la solution à polymériser par addition de n-butyllithium, est ajouté 375 mL de n-BuLi à 0,067 mol.L" 1 dans le méthylcyclohexane. La polymérisation est conduite à 400C. Après 110 min, le taux de conversion des monomères atteint 90%. Ce taux est déterminé par pesée d'un extrait séché à 110 0C, sous la pression réduite de 200 mmHg. 0,54 L d'une solution de méthanol à 0,15 mol.L"1 dans le toluène est alors ajoutée. La viscosité inhérente, laquelle est mesurée à 25 0C à 0,1 g/dl dans le toluène, est de 1.56 dl/g.
Le polymère est alors soumis à un traitement antioxydant par addition de 0,8 parties pour cent parties d'élastomères (pce) de 4,4'-méthylène-bis-2,6-tert-butylphénol et de
0,2 parties pour cent parties d'élastomères (pce) de N-(l,3-diméthylbutyl)-N'-phényl-p- phény lènediamine .
On sépare le copolymère ainsi traité de sa solution par une opération de stripping à la vapeur d'eau, puis on le sèche sur outil à cylindres à 1000C pendant 15 minutes et enfin en étuve à 600C sous courant d'azote.
La viscosité ML du copolymère est de 53.
La masse moléculaire Mn de ce copolymère, déterminée par la technique SEC, est de
157 000 g/mol et I1Ip est de 1,11.
La microstructure de ce copolymère est déterminée par la méthode NIR :
Le taux massique de motifs 1,4-trans est de 22 %, celui de motifs 1,4-cis est de 19 % et celui de motifs 1,2 est de 59 % (chacun de ces trois taux se rapporte aux unités butadiène).
Le taux massique de styrène est de 28 %. Préparation du polymère B : SBR fonctionnel SiOH bout de chaîne - témoin
Dans un réacteur de 70 litres, maintenu sous une pression d'azote d'environ 2 bars, contenant 45.1 kg de méthylcyclohexane, sont injectés 2.21 kg de styrène et 5.40 kg de butadiène ainsi que 184 mL d'une solution de tetrahydrofurfuryl éther à 0,10 mol.L"1 dans le méthylcyclohexane. Après neutralisation des impuretés dans la solution à polymériser par addition de n-butyllithium, est ajouté 395 mL de n-BuLi à 0,094 mol.L" 1 dans le méthylcyclohexane. La polymérisation est conduite à 400C. Après 100 min, le taux de conversion des monomères atteint 91%. Ce taux est déterminé par pesée d'un extrait séché à 110 0C, sous la pression réduite de 200 mmHg. 186 mL de solution d'hexaméthylcyclotrisiloxane à 0.10 mol.L"1 dans le méthylcyclohexane sont alors ajoutés. Après 30 min à 600C, 0.68 L d'une solution de méthanol dans le toluène à 0,15 mol.L"1 est alors ajoutée. Le polymère est ensuite soumis à un traitement antioxydant par addition de 0,8 parties pour cent parties d'élastomères (pce) de 4,4'-méthylène-bis-2,6-tert-butylphénol et de 0,2 parties pour cent parties d'élastomères (pce) de N-(l,3-diméthylbutyl)-N'-phényl-p- phény lènediamine .
On sépare le copolymère ainsi traité de sa solution par une opération de stripping à la vapeur d'eau, puis on le sèche sur outil à cylindres à 1000C pendant 15 minutes et enfin en étuve à 600C sous courant d'azote.
La viscosité inhérente, laquelle est mesurée à 25 0C à 0,1 g/dl dans le toluène, est de 1.59 dl/g. La viscosité ML du copolymère est de 55.
La masse moléculaire Mn de ce copolymère, déterminée par la technique SEC, est de 156 000 g/mol et I1Ip est de 1,15.
La microstructure de ce copolymère est déterminée par la méthode NIR :
Le taux massique de motifs 1,4-trans est de 22 %, celui de motifs 1,4-cis est de 20 % et celui de motifs 1,2 est de 58 % (chacun de ces trois taux se rapporte aux unités butadiène). Le taux massique de styrène est de 26 %.
Le taux de fonctions (CHs)2Si déterminé par RMN 1H pour ce copolymère est de 3,38 mmol/kg. Préparation du polymère C : SBR couplé amino-alcoxysilane selon l'invention
Dans un réacteur de 70 litres, maintenu sous une pression d'azote d'environ 2 bars, contenant 45.3 kg de méthylcyclohexane, sont injectés 1.93 kg de styrène et 4.73 kg de butadiène ainsi que 605 mL d'une solution de tetrahydrofurfuryl éther à 0,040 mol.L"1 dans le méthylcyclohexane. Après neutralisation des impuretés dans la solution à polymériser par addition de n-butyllithium, est ajouté 779 mL de n-BuLi à 0,067 mol.L" 1 dans le méthylcyclohexane. La polymérisation est conduite à 400C. Après 80 min, le taux de conversion des monomères atteint 90 %. Ce taux est déterminé par pesée d'un extrait séché à 110 0C, sous la pression réduite de 200 mmHg. Un échantillon témoin est alors prélevé depuis le réacteur puis stoppé avec un excès de méthanol par rapport au lithium. La viscosité inhérente (viscosité " initiale "), laquelle est mesurée à 25 0C à 0,1 g/dl dans le toluène, est de 1.04 dl/g. La masse moléculaire Mn de ce témoin, déterminée par la technique SEC, est de 91300 g/mol, l'Ip est de 1.08. 1.61 L d'une solution de 3-(N,N-dimethylaminopropyl)trimethoxysilane de numéro CAS [2530-86-1] à 0,015 mol.L"1 dans le méthylcyclohexane est ajoutée à la solution de polymère vivant. Après 20 min de réaction à 300C, la solution est antioxydée par addition de 0,8 parties pour cent parties d'élastomères (pce) de 4,4'-méthylène-bis-2,6- tert-butylphénol et de 0,2 parties pour cent parties d'élastomères (pce) de N-(1, 3- diméthylbutyl)-N'-phényl-p-phénylènediamine. On sépare le copolymère ainsi traité de sa solution par une opération de stripping à la vapeur d'eau, puis on le sèche sur outil à cylindres à 1000C pendant 15 minutes et enfin en étuve à 600C sous courant d'azote. La viscosité inhérente " finale " mesurée est de 1,56 dl/g. Le saut de viscosité, défini comme le rapport de ladite viscosité " finale " sur ladite viscosité " initiale ", est ici de 1,50. La viscosité ML du polymère ainsi couplé est de 53.
La masse moléculaire Mn de ce copolymère, déterminée par la technique SEC, est de 153000 g/mol et l'Ip est de 1.20. Le pourcentage massique de chaînes linéaires non couplées est d'environ 22 %. La microstructure de ce copolymère est déterminée par la méthode NIR : Le taux massique de motifs 1,4-trans est de 22 %, celui de motifs 1,4-cis est de 19 % et celui de motifs 1,2 est de 59 % (chacun de ces trois taux se rapporte aux unités butadiène). Le taux massique de styrène est de 27 %.
Préparation du polymère D : SBR amino-alcoxysilane en bout de chaîne - témoin
Dans un réacteur de 10 litres, maintenu sous une pression d'azote d'environ 2 bars, contenant 5.09 kilogrammes de méthylcyclohexane, sont injectés 197 grammes de styrène et 531 grammes de butadiène ainsi que 0,60 mL de tetrahydrofurfuryl éther. Après neutralisation des impuretés dans la solution à polymériser par addition de s- butyllithium, sont ajoutés 3,43 mmol de S-BuLi. La polymérisation est conduite à 500C. Après 37 min, le taux de conversion des monomères atteint 88%. Ce taux est déterminé par pesée d'un extrait séché à 110 0C, sous la pression réduite de 200 mmHg. Un échantillon témoin est alors prélevé depuis le réacteur puis stoppé avec un excès de méthanol par rapport au lithium. La viscosité inhérente (viscosité " initiale "), laquelle est mesurée à 25 0C à 0,1 g/dl dans le toluène, est de 1.60 dl/g. La masse moléculaire Mn de ce témoin, déterminée par la technique SEC, est de 147000 g/mol, l'Ip est de 1,10. 9.0 mL d'hexaméthylcyclotrisiloxane en solution à 0,13 mol.L"1 dans le méthylcyclohexane sont alors ajoutés. Après 30 min à 600C, sont injectés 11,2 mL d'une solution de 3-(N,N-dimethylaminopropyl)trimethoxysilane à 1.17 mol.L"1 dans le méthylcyclohexane. Après 30 min de réaction à 600C, 70 mL d'une solution de méthanol dans le toluène à 0,15 mol.L"1 est alors ajoutée Le polymère est alors soumis à un traitement antioxydant par addition de 0,8 parties pour cent parties d'élastomères (pce) de 4,4'-méthylène-bis-2,6-tert-butylphénol et de 0,2 parties pour cent parties d'élastomères (pce) de N-(l,3-diméthylbutyl)-N'-phényl-p- phénylènediamine. On sépare le copolymère ainsi traité de sa solution par une opération de stripping à la vapeur d'eau, puis on le sèche sur outil à cylindres à 1000C pendant 15 minutes. La viscosité inhérente " finale " mesurée est de 1,70 dl/g. La viscosité ML du polymère est de 54. La masse moléculaire Mn de ce copolymère, déterminée par la technique SEC, est de 158 000 g/mol et I1Ip est de 1,19. La décomposition mathématique du chromatogramme SEC en somme de gaussiennes (en faisant l'hypothèse que les coefficients de réponse du détecteur réfractométrique (dn/dc) des différentes populations sont identiques) indique la présence d'une population de chaînes linéaires couplées dans une proportion de 10% en masse.
La microstructure de ce copolymère est déterminée par la méthode NIR: Le taux massique de motifs 1,4-trans est de 21 %, celui de motifs 1,4-cis est de 20 % et celui de motifs 1,2 est de 59 % (chacun de ces trois taux se rapporte aux unités butadiène).
Le taux massique de styrène est de 26 %.
Préparation du polymère E : SBR non fonctionnel - témoin
Dans un réacteur de 70 litres, maintenu sous une pression d'azote d'environ 2 bars, contenant 47 kg de méthylcyclohexane, sont injectés 3.57 kg de styrène et 3.17 kg de butadiène ainsi que 61 mL d'une solution de tetrahydrofurfuryl éther à 0,040 mol.L"1 dans le méthylcyclohexane. Après neutralisation des impuretés dans la solution à polymériser par addition de n-butyllithium, est ajouté 210 mL de n-BuLi à 0,067 mol.L" 1 dans le méthylcyclohexane. La polymérisation est conduite à 500C. Après 80 min, le taux de conversion des monomères atteint 54 %. Ce taux est déterminé par pesée d'un extrait séché à 110 0C, sous la pression réduite de 200 mmHg. 0,32 L d'une solution de méthanol à 0,15 mol.L"1 dans le toluène est alors ajoutée. La viscosité inhérente, laquelle est mesurée à 25 0C à 0,1 g/dl dans le toluène, est de 1.76 dl/g.
Le polymère est alors soumis à un traitement antioxydant par addition de 0,8 parties pour cent parties d'élastomères (pce) de 4,4'-méthylène-bis-2,6-tert-butylphénol et de 0,2 parties pour cent parties d'élastomères (pce) de N-(l,3-diméthylbutyl)-N'-phényl-p- phénylènediamine. On sépare le copolymère ainsi traité de sa solution par une opération de stripping à la vapeur d'eau, puis on le sèche sur outil à cylindres à 1000C pendant 15 minutes et enfin en étuve à 600C sous courant d'azote. La viscosité ML du copolymère est de 57. La masse moléculaire Mn de ce copolymère, déterminée par la technique SEC, est de 162 000 g/mol et I1Ip est de 1,12.
La microstructure de ce copolymère est déterminée par la méthode NIR : Le taux massique de motifs 1,4-trans est de 45 %, celui de motifs 1,4-cis est de 31 % et celui de motifs 1,2 est de 24 % (chacun de ces trois taux se rapporte aux unités butadiène).
Le taux massique de styrène est de 28 %.
Préparation du polymère F : SBR fonctionnalisé SiOH en bout de chaîne - témoin
Dans un réacteur de 75 litres, maintenu sous une pression d'azote d'environ 2 bars, contenant 49,5 kg de méthylcyclohexane, sont injectés 2.14 kg de styrène et 5.00 kg de butadiène ainsi que 313 mL d'une solution de 1,1-diméthylpropylate de sodium à 0,037 mol.L"1 dans le méthylcyclohexane. Après neutralisation des impuretés dans la solution à polymériser par addition de n-butyllithium, est ajouté 539 mL de n-BuLi à 0,065 mol.L"1 dans le méthylcyclohexane. La polymérisation est conduite à 500C. Après 100 min, le taux de conversion des monomères atteint 91%. Ce taux est déterminé par pesée d'un extrait séché à 110 0C, sous la pression réduite de 200 mmHg. 692 mL de solution d'hexaméthylcyclotrisiloxane à 0.025 mol.L"1 dans le méthylcyclohexane sont alors ajoutés. Après 30 min à 600C, 0.58 L d'une solution de méthanol dans le toluène à 0,15 mol.L"1 est alors ajoutée. Le polymère est ensuite soumis à un traitement antioxydant par addition de 0,8 parties pour cent parties d'élastomères (pce) de 4,4'-méthylène-bis-2,6-tert-butylphénol et de 0,2 parties pour cent parties d'élastomères (pce) de N-(l,3-diméthylbutyl)-N'-phényl-p- phény lènediamine . On sépare le copolymère ainsi traité de sa solution par une opération de stripping à la vapeur d'eau, puis on le sèche sur outil à cylindres à 1000C pendant 15 minutes et enfin en étuve à 600C sous courant d'azote.
La viscosité inhérente, laquelle est mesurée à 25 0C à 0,1 g/dl dans le toluène, est de 1.69 dl/g. La viscosité ML du copolymère est de 57.
La masse moléculaire Mn de ce copolymère, déterminée par la technique SEC, est de
165000 g/mol et I1Ip est de 1,12.
La microstructure de ce copolymère est déterminée par la méthode NIR :
Le taux massique de motifs 1,4-trans est de 41 %, celui de motifs 1,4-cis est de 33 % et celui de motifs 1,2 est de 26 % (chacun de ces trois taux se rapporte aux unités butadiène).
Le taux massique de styrène est de 28 %.
Le taux de fonctions (CH3)2Si déterminé par RMN 1H pour ce copolymère est de
4.3 mmol/kg.
Préparation du polymère G : SBR couplé amino-alcoxysilane selon invention
Dans un réacteur de 70 litres, maintenu sous une pression d'azote d'environ 2 bars, contenant 46.0 kg de méthylcyclohexane, sont injectés 3.71 kg de styrène et 3.03 kg de butadiène ainsi que 206 mL d'une solution de tetrahydrofurfuryl éther à 0,065 mol.L"1 dans le méthylcyclohexane. Après neutralisation des impuretés dans la solution à polymériser par addition de n-butyllithium, est ajouté 712 mL de n-BuLi à 0,050 mol.L" 1 dans le méthylcyclohexane. La polymérisation est conduite à 500C. Après 65 min, le taux de conversion des monomères atteint 54%. Ce taux est déterminé par pesée d'un extrait séché à 110 0C, sous la pression réduite de 200 mmHg. Un échantillon témoin est alors prélevé depuis le réacteur puis stoppé avec un excès de méthanol par rapport au lithium. La viscosité inhérente (viscosité " initiale "), laquelle est mesurée à 25 0C à 0,1 g/dl dans le toluène, est de 1.04 dl/g. La masse moléculaire Mn de ce témoin, déterminée par la technique SEC, est de 87000 g/mol, l'Ip est de 1,07. 170 mL d'une solution de 3-(N,N-dimethylaminopropyl)trimethoxysilane de numéro CAS [2530-86-1] à 0,10 mol.L"1 dans le méthylcyclohexane est ajoutée à la solution de polymère vivant. Après 30 min de réaction à 300C, la solution est antioxydée par addition de 0,8 parties pour cent parties d'élastomères (pce) de 4,4'-méthylène-bis-2,6- tert-butylphénol et de 0,2 parties pour cent parties d'élastomères (pce) de N-(1, 3- diméthylbutyl)-N'-phényl-p-phénylènediamine. On sépare le copolymère ainsi traité de sa solution par une opération de stripping à la vapeur d'eau, puis on le sèche sur outil à cylindres à 1000C pendant 15 minutes et enfin en étuve à 600C sous courant d'azote. La viscosité inhérente " finale " mesurée est de 1,61 dl/g. Le saut de viscosité, défini comme le rapport de ladite viscosité " finale " sur ladite viscosité " initiale ", est ici de 1,54. La viscosité ML du polymère ainsi couplé est de 57. La masse moléculaire Mn de ce polymère, déterminée par la technique SEC, est de 160 000 g/mol et l'Ip est de 1,16. Le pourcentage massique de chaînes linéaires non couplées est d'environ 10 %.
La microstructure de ce copolymère est déterminée par la méthode NIR : Le taux massique de motifs 1,4-trans est de 46 %, celui de motifs 1,4-cis est de 31 % et celui de motifs 1,2 est de 23 % (chacun de ces trois taux se rapporte aux unités butadiène). Le taux massique de styrène est de 30 %.
Préparation du polymère H : SBR fonctionnalisé amino-alcoxysilane en bout de chaîne - témoin
Dans un réacteur de 10 litres, maintenu sous une pression d'azote d'environ 2 bars, contenant 5.09 kilogrammes de méthylcyclohexane, sont injectés 291 grammes de styrène et 437 grammes de butadiène ainsi que 3.9 mL de tétrahydrofurane. Après neutralisation des impuretés dans la solution à polymériser par addition de s- butyllithium, sont ajoutés 3,00 mmol de S-BuLi. La polymérisation est conduite à 500C. Après 62 min, le taux de conversion des monomères atteint 76 %. Ce taux est déterminé par pesée d'un extrait séché à 110 0C, sous la pression réduite de 200 mmHg. Un échantillon témoin est alors prélevé depuis le réacteur puis stoppé avec un excès de méthanol par rapport au lithium. La viscosité inhérente (viscosité " initiale "), laquelle est mesurée à 25 0C à 0,1 g/dl dans le toluène, est de 1.7 dl/g. La masse moléculaire Mn de ce témoin, déterminée par la technique SEC, est de 142000 g/mol, l'Ip est de 1,11. 7.7 mL d'hexaméthylcyclotrisiloxane en solution à 0,13 mol.L 1 dans le méthylcyclohexane sont alors ajoutés. Après 30 min à 600C, sont injectés 13.9 mL d'une solution de 3-(N,N-dimethylaminopropyl)trimethoxysilane à 0.84 mol.L"1 dans le méthylcyclohexane. Après 30 min de réaction à 600C, 200 mL d'une solution de méthanol (3 équivalents par rapport au lithium) dans le toluène sont ajoutés. Le polymère est alors soumis à un traitement antioxydant par addition de 0,8 parties pour cent parties d'élastomères (pce) de 4,4'-méthylène-bis-2,6-tert-butylphénol et de 0,2 parties pour cent parties d'élastomères (pce) de N-(l,3-diméthylbutyl)-N'-phényl-p- phénylènediamine. On sépare le copolymère ainsi traité de sa solution par une opération de stripping à la vapeur d'eau, puis on le sèche sur outil à cylindres à 1000C pendant 15 minutes. La viscosité inhérente " finale " mesurée est de 1,82 dl/g. La viscosité ML du polymère est de 52.
La masse moléculaire Mn de ce copolymère, déterminée par la technique SEC, est de 157 000 g/mol et I1Ip est de 1,18. La décomposition mathématique du chromatogramme SEC en somme de gaussiennes (en faisant l'hypothèse que les coefficients de réponse du détecteur réfractométrique (dn/dc) des différentes populations sont identiques) indique la présence d'une population de chaînes linéaires couplées dans une proportion de 8% en masse.
La microstructure de ce copolymère est déterminée par la méthode NIR: Le taux massique de motifs 1,4-trans est de 48 %, celui de motifs 1,4-cis est de 28 % et celui de motifs 1,2 est de 24 % (chacun de ces trois taux se rapporte aux unités butadiène).
Le taux massique de styrène est de 29 %. Préparation du polymère I : SBR couplé amino-alcoxysilane selon l'invention
Et
Figure imgf000032_0001
3-(l,3-dimethylbutylidene)aminopropyltriethoxysilane de numéro CAS [198567-47-4]
Dans un réacteur de 10 litres, maintenu sous une pression d'azote d'environ 2 bars, contenant 5.24 kilogrammes de méthylcyclohexane, sont injectés 209 grammes de styrène et 539 grammes de butadiène ainsi que 0,39 grammes de tetrahydrofurfuryl éther. Après neutralisation des impuretés dans la solution à polymériser par addition de n-butyllithium, sont ajoutés 6.36 mmol de n-BuLi. La polymérisation est conduite à 400C.
Après 65 min, le taux de conversion des monomères atteint 90 %. Ce taux est déterminé par pesée d'un extrait séché à 110 0C, sous la pression réduite de 200 mmHg. Un échantillon témoin est alors prélevé depuis le réacteur puis stoppé avec un excès de méthanol par rapport au lithium. La viscosité inhérente (viscosité " initiale "), laquelle est mesurée à 25 0C à 0,1 g/dl dans le toluène, est de 0.98 dl/g. La masse moléculaire Mn de ce témoin, déterminée par la technique SEC, est de 83000 g/mol, l'Ip est de 1,07. 2.93 mmol de 3-(l,3-dimethylbutylidene)aminopropyltriethoxysilane de numéro CAS [198567-47-4] en solution dans 50 mL de méthylcyclohexane sont injectés. Après 4 heures de réaction à 400C, 63 mL d'une solution de méthanol dans le toluène à 0,3 mol.L"1 est alors ajoutée
Le polymère est alors soumis à un traitement antioxydant par addition de 0,2 parties pour cent parties d'élastomères (pce) de 4,4'-méthylène-bis-2,6-tert-butylphénol et de 0,2 parties pour cent parties d'élastomères (pce) de N-(l,3-diméthylbutyl)-N'-phényl-p- phénylènediamine. On sèche le copolymère ainsi préparé sous pression réduite à 6O0C. La viscosité inhérente " finale " mesurée est de 1,66 dl/g. La viscosité ML du polymère ainsi couplé est de 50. Le saut de viscosité, défini comme le rapport de ladite viscosité " finale " sur ladite viscosité " initiale ", est ici de 1,7. La masse moléculaire Mn de ce copolymère, déterminée par la technique SEC, est de 146000 g/mol et I1Ip est de 1,36.
La microstructure de ce copolymère est déterminée par la méthode NIR: Le taux massique de motifs 1,4-trans est de 21 %, celui de motifs 1,4-cis est de 20 % et celui de motifs 1,2 est de 59 % (chacun de ces trois taux se rapporte aux unités butadiène).
Le taux massique de styrène est de 28 %.
Préparation du polymère J : SBR couplé amino-alcoxysilane selon l'invention
Figure imgf000033_0001
N-n-butyl-aza-2,2-dimethoxysilacyclopentane de numéro CAS [618914-44-6]
Dans un réacteur de 10 litres, maintenu sous une pression d'azote d'environ 2 bars, contenant 5.24 kilogrammes de méthylcyclohexane, sont injectés 209 grammes de styrène et 539 grammes de butadiène ainsi que 0,36 grammes de tetrahydrofurfuryl éther. Après neutralisation des impuretés dans la solution à polymériser par addition de n-butyllithium, sont ajoutés 5.91 mmol de n-BuLi. La polymérisation est conduite à 400C.
Après 65 min, le taux de conversion des monomères atteint 93 %. Ce taux est déterminé par pesée d'un extrait séché à 110 0C, sous la pression réduite de 200 mmHg. Un échantillon témoin est alors prélevé depuis le réacteur puis stoppé avec un excès de méthanol par rapport au lithium. La viscosité inhérente (viscosité " initiale "), laquelle est mesurée à 25 0C à 0,1 g/dl dans le toluène, est de 1.11 dl/g. La masse moléculaire Mn de ce témoin, déterminée par la technique SEC, est de 89000 g/mol, l'Ip est de 1,08. 2.72 mmol de N-n-butyl-aza-2,2-dimethoxysilacyclopentane de numéro CAS [618914-44-6] en solution dans 50 mL de méthylcyclohexane sont injectés. Après 2 heures de réaction à 400C, 60 mL d'une solution de méthanol dans le toluène à 0,3 mol.L"1 est alors ajoutée
Le polymère est alors soumis à un traitement antioxydant par addition de 0,2 parties pour cent parties d'élastomères (pce) de 4,4'-méthylène-bis-2,6-tert-butylphénol et de 0,2 parties pour cent parties d'élastomères (pce) de N-(l,3-diméthylbutyl)-N'-phényl-p- phénylènediamine. On sèche le copolymère ainsi préparé sous pression réduite à 600C. La viscosité inhérente " finale " mesurée est de 1,66 dl/g. La viscosité ML du polymère ainsi couplé est de 50. Le saut de viscosité, défini comme le rapport de ladite viscosité " finale " sur ladite viscosité " initiale ", est ici de 1,5.
La masse moléculaire Mn de ce copolymère, déterminée par la technique SEC, est de 151 000 g/mol et l'Ip est de 1,18.
La microstructure de ce copolymère est déterminée par la méthode NIR: Le taux massique de motifs 1,4-trans est de 21 %, celui de motifs 1,4-cis est de 20 % et celui de motifs 1,2 est de 59 % (chacun de ces trois taux se rapporte aux unités butadiène). Le taux massique de styrène est de 28 %.
Préparation du polymère K : SBR couplé amino-alcoxysilane selon l'invention
Figure imgf000034_0001
2-(4-pyridylethyl)triethoxysilane
Dans un réacteur de 10 litres, maintenu sous une pression d'azote d'environ 2 bars, contenant 5.24 kilogrammes de méthylcyclohexane, sont injectés 209 grammes de styrène et 539 grammes de butadiène ainsi que 0,36 grammes de tetrahydrofurfuryl éther. Après neutralisation des impuretés dans la solution à polymériser par addition de s-butyllithium, sont ajoutés 5.91 mmol de S-BuLi. La polymérisation est conduite à 400C. Après 63 min, le taux de conversion des monomères atteint 93 %. Ce taux est déterminé par pesée d'un extrait séché à 110 0C, sous la pression réduite de 200 mmHg. Un échantillon témoin est alors prélevé depuis le réacteur puis stoppé avec un excès de méthanol par rapport au lithium. La viscosité inhérente (viscosité " initiale "), laquelle est mesurée à 25 0C à 0,1 g/dl dans le toluène, est de 0.99 dl/g. La masse moléculaire Mn de ce témoin, déterminée par la technique SEC, est de 85000 g/mol, l'Ip est de 1,07. 0,79 g de 2-(4-pyridylethyl)triethoxysilane en solution dans 50 mL de méthylcyclohexane sont injectés. Après 2 heures de réaction à 400C, 60 mL d'une solution de méthanol dans le toluène à 0,3 mol.L"1 est alors ajoutée Le polymère est alors soumis à un traitement antioxydant par addition de 0,32 parties pour cent parties d'élastomères (pce) de 4,4'-méthylène-bis-2,6-tert-butylphénol et de 0,08 parties pour cent parties d'élastomères (pce) de N-(l,3-diméthylbutyl)-N'-phényl- p-phénylènediamine. On sèche le copolymère ainsi préparé sous pression réduite à 600C. La viscosité inhérente " finale " mesurée est de 1,64 dl/g. La viscosité ML du polymère ainsi couplé est de 52. Le saut de viscosité, défini comme le rapport de ladite viscosité " finale " sur ladite viscosité " initiale ", est ici de 1,7.
La masse moléculaire Mn de ce copolymère, déterminée par la technique SEC, est de 153000 g/mol et I1Ip est de 1,14. Le pourcentage massique de chaînes linéaires non couplées d'environ 10%. La microstructure de ce copolymère est déterminée par la méthode NIR:
Le taux massique de motifs 1,4-trans est de 21 %, celui de motifs 1,4-cis est de 19 % et celui de motifs 1,2 est de 60 % (chacun de ces trois taux se rapporte aux unités butadiène).
Le taux massique de styrène est de 25 %.
Préparation du polymère L : SBR couplé amino-alcoxysilane selon l'invention
Figure imgf000035_0001
2-(trimethoxysilyl)pyridine de numéro CAS [27326-65-4]
Dans un réacteur de 10 litres, maintenu sous une pression d'azote d'environ 2 bars, contenant 5.54 kilogrammes de méthylcyclohexane, sont injectés 129 grammes de styrène et 333 grammes de butadiène ainsi que 0,36 grammes de tetrahydrofurfuryl éther. Après neutralisation des impuretés dans la solution à polymériser par addition de s-butyllithium, sont ajoutés 3.65 mmol de S-BuLi. La polymérisation est conduite à 400C.
Après 71 min, le taux de conversion des monomères atteint 91 %. Ce taux est déterminé par pesée d'un extrait séché à 110 0C, sous la pression réduite de 200 mmHg. Un échantillon témoin est alors prélevé depuis le réacteur puis stoppé avec un excès de méthanol par rapport au lithium. La viscosité inhérente (viscosité " initiale "), laquelle est mesurée à 25 0C à 0,1 g/dl dans le toluène, est de 1.01 dl/g. La masse moléculaire Mn de ce témoin, déterminée par la technique SEC, est de 88000 g/mol, l'Ip est de 1,08. 0,38 g de 2-(trimethoxysilyl)pyridine de numéro CAS [27326-65-4] en solution dans 50 mL de méthylcyclohexane sont injectés. Après 2 heures de réaction à 400C, 60 mL d'une solution de méthanol dans le toluène à 0,18 mol.L"1 est alors ajoutée Le polymère est alors soumis à un traitement antioxydant par addition de 0,32 parties pour cent parties d'élastomères (pce) de 4,4'-méthylène-bis-2,6-tert-butylphénol et de 0,08 parties pour cent parties d'élastomères (pce) de N-(l,3-diméthylbutyl)-N'-phényl- p-phénylènediamine. On sèche le copolymère ainsi préparé sous pression réduite à 600C.
La viscosité inhérente " finale " mesurée est de 1,65 dl/g. La viscosité ML du polymère ainsi couplé est de 56. Le saut de viscosité, défini comme le rapport de ladite viscosité " finale " sur ladite viscosité " initiale ", est ici de 1,6. La masse moléculaire Mn de ce copolymère, déterminée par la technique SEC, est de 150000 g/mol et I1Ip est de 1,24. Le pourcentage massique de chaînes linéaires non couplées d'environ 20%.
La microstructure de ce copolymère est déterminée par la méthode NIR: Le taux massique de motifs 1,4-trans est de 21 %, celui de motifs 1,4-cis est de 19 % et celui de motifs 1,2 est de 60 % (chacun de ces trois taux se rapporte aux unités butadiène). Le taux massique de styrène est de 25 %. Exemples comparatifs de compositions de caoutchouc
A) Mesures et tests utilisés a) la viscosité Mooney ML (large) et MS (small) (1+4) à 100° C: mesurée selon la norme ASTM: D- 1646, intitulée " Mooney " dans les tableaux,
(b) la dureté SHORE A: mesures effectuées selon la norme DIN 53505,
(c) les modules d'allongement à 300 % (MA 300), à 100 % (MA 100) et à 10 % (MA 10): mesures effectuées selon la norme ISO 37, (d) l'indice de cassage Scott à 23°C: on détermine la contrainte à la rupture (FR) en MPa et l'allongement à la rupture (AR) en %. Toutes ces mesures de traction sont effectuées dans les conditions normales de température et d'hygrométrie selon la norme ISO 37.
(e) la perte à 600C : une perte d'énergie à 60 0C par rebond à énergie imposée mesurée au sixième choc. La valeur, exprimée en %, est la différence entre l'énergie fournie et l'énergie restituée, rapportée à l'énergie fournie.
(f) Les propriétés dynamiques ΔG* et tan(δ)max sont mesurées sur un viscoanalyseur (Metravib VA4000), selon la norme ASTM D 5992-96. On enregistre la réponse d'un échantillon de composition vulcanisée (éprouvette cylindrique de 2 mm d'épaisseur et de 79 mm2 de section), soumis à une sollicitation sinusoïdale en cisaillement simple alterné, à la fréquence de 10 Hz, dans les conditions normales de température (23°C) selon la norme ASTM D 1349-99. On effectue un balayage en amplitude de déformation crête-crête de 0,1% à 50% (cycle aller), puis de 50% à 0,1% (cycle retour). Les résultats exploités sont le module complexe de cisaillement dynamique (G*) et le facteur de perte tan δ. Pour le cycle retour, on indique la valeur maximale de tan δ observée (tan(δ)max), ainsi que l'écart de module complexe (ΔG*) entre les valeurs à 0,1% et 50% de déformation (effet Payne). B) Les exemples
Exemple 1 :
Compositions comprenant soit un élastomère possédant une fonction aminé alcoxysilane en milieu de chaîne selon l'invention, soit un élastomère non conforme à l'invention
(Tg = -250C)
Dans cet exemple, les trois élastomères SBR A, SBR C et SBR D ont été utilisés pour la préparation de compositions de caoutchouc A, C et D, comprenant chacune du noir de carbone à titre de charge renforçante.
Chacune de ces compositions A, C, et D présente la formulation suivante (exprimée en pce : parties pour cent parties d' élastomère) :
Figure imgf000038_0001
(1) = N-(1 ,3-diméthylbutyl)-N'-phényl-p-phénylènediamine,
(2) = N-cyclohexyl-2-benzothiazylsulfénamide,
Chacune des compositions suivantes est réalisée, dans un premier temps, par un travail thermo-mécanique, puis, dans un second temps de finition, par un travail mécanique.
On introduit successivement, dans un mélangeur interne de laboratoire de type "Banbury', dont la capacité est de 400 cm , qui est rempli à 70% et dont la température initiale est d'environ 700C, l'élastomère, la charge renforçante, l'antioxydant, l'acide stéarique et le monoxyde de zinc. On conduit l'étape de travail thermo -mécanique pendant 4 à 5 minutes, jusqu'à une température maximale de tombée de 1700C environ.
Le premier temps précité de travail thermo -mécanique est ainsi réalisé, étant précisé que la vitesse moyenne des palettes lors de ce premier temps est de 60 t/min. On récupère le mélange ainsi obtenu, on le refroidit puis, dans un mélangeur externe (homo-fmisseur), on ajoute le soufre et la sulfénamide à 300C, en mélangeant encore le tout pendant une durée de 3 à 4 minutes (second temps précité de travail mécanique). Les compositions ainsi obtenues sont ensuite calandrées, soit sous forme de plaques (d'une épaisseur allant de 2 à 3 mm) ou fines feuilles de caoutchouc, pour la mesure de leurs propriétés physiques ou mécaniques, soit sous la forme de profilés directement utilisables, après découpage et/ou assemblage aux dimensions souhaitées, par exemple comme produits semi-finis pour pneumatiques, en particulier pour des bandes de roulement. La réticulation est effectuée à 1500C pendant 40 min. Les résultats sont consignés dans le tableau 1 ci-après.
Tableau 1 :
Composition A C D Elastomère SBR A SBR C SBR D ML 1+4 à 1000C 53 53 54 (elastomère)
Propriétés à l'état non réticulé : MS 1+4 à 1000C 72 61 76
(" Mooney mélange ")
Propriétés à l'état réticulé :
Shore A 73 70 71
MAlO 7.63 6.37 6.92 MA100 2.61 2.18 2.54
MA300 2.92 2.59 3.10
MA300/MA100 1.12 1.19 1.22
Indice de cassage Scott à 23°C
Fr (MPa) 20 19 21 Ar (%) 401 430 410
Pertes 600C (%) 40 42 37
Propriétés dynamiques en fonction de la déformation
Delta G* (MPa) à 23°C 5.66 3.60 5.32
Tan (δ) max à 23°C 0.382 0.344 0.367
On notera que la composition C selon l'invention présente une valeur de Mooney " mélange " inférieure à celle de la composition A à base d'un elastomère non fonctionnel et très nettement inférieure à celle de la composition D à base d'un elastomère qui comprend une fonction aminé alcoxysilane en bout de chaîne. L 'elastomère C qui comprend une fonction aminé alcoxysilane en milieu de chaîne selon l'invention permet d'améliorer très nettement la mise en œuvre à l'état non réticulé par rapport à l'élastomère fonctionnel aminé alcoxysilane en bout de chaîne d'une part et permet d' améliorer la mise en œuvre à l'état non réticulé par rapport à l'élastomère non fonctionnel d'autre part.
Concernant les propriétés à l'état réticulé, on notera que le rapport MA300/MA100 de la composition C selon l'invention est supérieur à celui de la composition A à base d'un élastomère non fonctionnel. L'élastomère C comprenant une fonction aminé alcoxysilane en milieu de chaîne selon l'invention permet d'améliorer le renforcement par rapport à l'élastomère non fonctionnel.
Concernant les propriétés dynamiques, on notera que les valeurs de Delta G* et de tanδmax de la composition C selon l'invention sont inférieures à celles de la composition D à base d'un élastomère comprenant une fonction aminé alcoxysilane en bout de chaîne. L'élastomère C portant une fonction aminé alcoxysilane en milieu de chaîne selon l'invention permet d'améliorer les propriétés hystérétiques par rapport à l'élastomère D qui comprend une fonction aminé alcoxysilane en bout de chaîne. Concernant les propriétés dynamiques, on notera que les valeurs de Delta G* et de tanδmax de la composition C selon l'invention sont très nettement inférieures à celles de la composition A à base d'un élastomère non fonctionnel. L'élastomère C comprenant une fonction aminé alcoxysilane en milieu de chaîne selon l'invention permet d'améliorer très nettement les propriétés hystérétiques par rapport à l'élastomère non fonctionnel. En d'autres termes, la composition C selon l'invention à base d' élastomère portant une fonction aminé alcoxysilane en milieu de chaîne présente des propriétés de caoutchouterie à l'état non réticulé et à l'état réticulé qui sont améliorées par rapport à celles de la composition D à base d'un élastomère qui comprend une fonction aminé alcoxysilane en bout de chaîne du fait d'une aptitude à la mise en œuvre nettement améliorée et d'une hystérèse réduite.
En d'autres termes, la composition C selon l'invention à base d'élastomère comprenant une fonction aminé alcoxysilane en milieu de chaîne présente des propriétés de caoutchouterie à l'état non réticulé et à l'état réticulé qui sont améliorées par rapport à celles de la composition A à base d'un élastomère non fonctionnel du fait d'une hystérèse nettement réduite et d'une aptitude à la mise en œuvre améliorée. Exemple 2 :
Compositions comprenant soit un élastomère possédant une fonction aminé alcoxysilane en milieu de chaîne selon l'invention, soit un élastomère non conforme à l'invention
(Tg = -480C)
Dans cet exemple, les trois élastomères SBR E, SBR G et SBR H ont été utilisés pour la préparation de compositions de caoutchouc E, G et H, comprenant chacune du noir de carbone à titre de charge renforçante.
Chacune de ces compositions E, G, et H présente la formulation suivante (exprimée en pce : parties pour cent parties d' élastomère) :
Figure imgf000041_0001
(1) = N-(1 ,3-diméthylbutyl)-N'-phényl-p-phénylènediamine,
(2) = N-cyclohexyl-2-benzothiazylsulfénamide,
Chacune des compositions suivantes est réalisée, dans un premier temps, par un travail thermo-mécanique, puis, dans un second temps de finition, par un travail mécanique.
On introduit successivement, dans un mélangeur interne de laboratoire de type
"Banbury', dont la capacité est de 400 cm , qui est rempli à 70% et dont la température initiale est d'environ 700C, l'élastomère, la charge renforçante, l'antioxydant, l'acide stéarique et le monoxyde de zinc.
On conduit l'étape de travail thermo -mécanique pendant 4 à 5 minutes, jusqu'à une température maximale de tombée de 1700C environ.
Le premier temps précité de travail thermo -mécanique est ainsi réalisé, étant précisé que la vitesse moyenne des palettes lors de ce premier temps est de 60 t/min.
On récupère le mélange ainsi obtenu, on le refroidit puis, dans un mélangeur externe
(homo-fmisseur), on ajoute le soufre et la sulfénamide à 300C, en mélangeant encore le tout pendant une durée de 3 à 4 minutes (second temps précité de travail mécanique). Les compositions ainsi obtenues sont ensuite calandrées, soit sous forme de plaques (d'une épaisseur allant de 2 à 3 mm) ou fines feuilles de caoutchouc, pour la mesure de leurs propriétés physiques ou mécaniques, soit sous la forme de profilés directement utilisables, après découpage et/ou assemblage aux dimensions souhaitées, par exemple comme produits semi-finis pour pneumatiques, en particulier pour des bandes de roulement.
La réticulation est effectuée à 1500C pendant 40 min. Les résultats sont consignés dans le tableau 2 ci-après. Tableau 2:
Composition E G H Elastomère SBR E SBR G SBR H ML 1+4 à 1000C 57 57 52 (elastomère)
Propriétés à l'état non réticulé :
MS 1+4 à 1000C 83 73 82
(" Mooney mélange ")
Propriétés à l'état réticulé : Shore A 72 67 71
MAlO 7.20 5.98 6.67
MA100 2.60 2.18 2.53
MA300 3.13 2.82 3.23
MA300/MA100 1.20 1.29 1.28 Indice de cassage Scott à 23°C
Fr (MPa) 27 25 27
Ar (%) 509 507 475
Pertes 600C (%) 33 33 31
Propriétés dynamiques en fonction de la déformation Delta G* (MPa) à 23°C 5.77 2.71 4.76
Tan (δ) max à 23°C 0.280 0.232 0.272
On notera que la composition G selon l'invention présente une valeur de Mooney " mélange " nettement inférieure à celle de la composition E à base d'un elastomère non fonctionnel et nettement inférieure à celle de la composition H à base d'un elastomère qui comprend une fonction aminé alcoxysilane en bout de chaîne. L'élastomère G qui comprend une fonction aminé alcoxysilane en milieu de chaîne selon l'invention permet d'améliorer très nettement la mise en œuvre à l'état non réticulé par rapport à l'élastomère fonctionnel aminé alcoxysilane en bout de chaîne d'une part et par rapport à l'élastomère non fonctionnel d'autre part.
Concernant les propriétés à l'état réticulé, on notera que le rapport MA300/MA100 de la composition G selon l'invention est supérieur à celui de la composition E à base d'un elastomère non fonctionnel. L'élastomère G comprenant une fonction aminé alcoxysilane en milieu de chaîne selon l'invention permet d'améliorer le renforcement par rapport à Pélastomère non fonctionnel.
Concernant les propriétés dynamiques, on notera que les valeurs de Delta G* et de tanδmax de la composition G selon l'invention sont inférieures à celles de la composition H à base d'un élastomère comprenant une fonction aminé alcoxysilane en bout de chaîne. L'élastomère G portant une fonction aminé alcoxysilane en milieu de chaîne selon l'invention permet d'améliorer les propriétés hystérétiques par rapport à l'élastomère H qui comprend une fonction aminé alcoxysilane en bout de chaîne. Concernant les propriétés dynamiques, on notera que les valeurs de Delta G* et de tanδmax de la composition G selon l'invention sont très nettement inférieures à celles de la composition E à base d'un élastomère non fonctionnel. L'élastomère G comprenant une fonction aminé alcoxysilane en milieu de chaîne selon l'invention permet d'améliorer très nettement les propriétés hystérétiques par rapport à l'élastomère non fonctionnel. En d'autres termes, la composition G selon l'invention à base d'élastomère portant une fonction aminé alcoxysilane en milieu de chaîne présente des propriétés de caoutchouterie à l'état non réticulé et à l'état réticulé qui sont améliorées par rapport à celles de la composition H à base d'un élastomère qui comprend une fonction aminé alcoxysilane en bout de chaîne du fait d'une aptitude à la mise en œuvre nettement améliorée et d'une hystérèse réduite.
En d'autres termes, la composition G selon l'invention à base d'élastomère comprenant une fonction aminé alcoxysilane en milieu de chaîne présente des propriétés de caoutchouterie à l'état non réticulé et à l'état réticulé qui sont améliorées par rapport à celles de la composition E à base d'un élastomère non fonctionnel du fait d'une hystérèse nettement réduite et d'une aptitude à la mise en œuvre améliorée.
Exemple 3 :
Compositions comprenant soit un élastomère possédant une fonction aminé alcoxysilane en milieu de chaîne selon l'invention, soit un élastomère non conforme à l'invention
(Tg = -250C)
Dans cet exemple, les trois élastomères SBR A, SBR B et SBR C ont été utilisés pour la préparation de compositions de caoutchouc A, B et C, comprenant chacune du noir de carbone et de la silice à titre de charge renforçante.
Chacune de ces compositions A, B et C présente la formulation suivante (exprimée en pce : parties pour cent parties d' élastomère) :
(1) = Silice " Zeosil 1165 MP " de la société Rhodia,
(2) = Huile Tufflo 2000
(3) = Société Degussa
(4) = N-(l,3-diméthylbutyl)-N'-phényl-p-phénylènediamine, (5)= N-cyclohexyl-2-benzothiazylsulfénamide,
Chacune des compositions suivantes est réalisée, dans un premier temps, par un travail thermo-mécanique, puis, dans un second temps de finition, par un travail mécanique. On introduit successivement, dans un mélangeur interne de laboratoire de type "Banbury', dont la capacité est de 400 cm3, qui est rempli à 75% et dont la température initiale est d'environ 700C, l'élastomère, la silice, l'huile, la diphénylguanidine, le silane sur noir, l'antioxydant, l'acide stéarique et la cire puis, environ 40 secondes plus tard, le noir de carbone, puis, environ trois minutes plus tard ou à 1500C le monoxyde de zinc.
On conduit l'étape de travail thermo-mécanique pendant 5 à 6 minutes, jusqu'à une température maximale de tombée de 1600C environ. Le premier temps précité de travail thermo -mécanique est ainsi réalisé, étant précisé que la vitesse moyenne des palettes lors de ce premier temps est de 70 t/min. On récupère le mélange ainsi obtenu, on le refroidit puis, dans un mélangeur externe (homo-finisseur), on ajoute le soufre et la sulfénamide à 300C, en mélangeant encore le tout pendant une durée de 3 à 4 minutes (second temps précité de travail mécanique). Les compositions ainsi obtenues sont ensuite calandrées, soit sous forme de plaques (d'une épaisseur allant de 2 à 3 mm) ou fines feuilles de caoutchouc, pour la mesure de leurs propriétés physiques ou mécaniques, soit sous la forme de profilés directement utilisables, après découpage et/ou assemblage aux dimensions souhaitées, par exemple comme produits semi-finis pour pneumatiques, en particulier pour des bandes de roulement.
La réticulation est effectuée à 1500C pendant 70 min. Les résultats sont consignés dans le tableau 3 ci-après.
Tableau 3 :
Composition A B C Elastomère SBR A SBR B SBR C ML 1+4 à 1000C 53 55 53 (elastomère) Propriétés à l'état non réticulé :
MS 1+4 à 1000C 42 55 42
(" Mooney mélange ")
Propriétés à l'état réticulé :
Shore A 70.6 65.5 64.9 MAlO 6.30 4.80 5.28
MA100 2.40 2.27 2.47
MA300 2.59 2.83 2.84
MA300/MA100 1.08 1.25 1.15
Indice de cassage Scott à 23°C Fr (MPa) 17 19 18
Ar (%) 420 421 401
Pertes 600C (%) 38 29 33
Propriétés dynamiques en fonction de la déformation Delta G* (MPa) à 23°C 7.50 3.82 2.91 Tan (δ) max à 23°C 0.421 0.358 0.334
On notera que la composition C selon l'invention présente une valeur de Mooney " mélange " équivalente à celle de la composition A à base d'un elastomère non fonctionnel et très nettement inférieure à celle de la composition B à base d'un élastomère qui comprend une fonction SiOH en bout de chaîne. L'élastomère C qui comprend une fonction aminé alcoxysilane en milieu de chaîne selon l'invention permet d'améliorer très nettement la mise en œuvre à l'état non réticulé par rapport à l'élastomère fonctionnel SiOH en bout de chaîne d'une part et présente une mise en œuvre équivalente à l'état non réticulé par rapport à l'élastomère non fonctionnel d'autre part.
Concernant les propriétés à l'état réticulé, on notera que le rapport MA300/MA100 de la composition C selon l'invention est supérieur à celui de la composition A à base d'un élastomère non fonctionnel. L'élastomère C comprenant une fonction aminé alcoxysilane en milieu de chaîne selon l'invention permet d'améliorer le renforcement par rapport à l'élastomère non fonctionnel.
Concernant les propriétés dynamiques, on notera que les valeurs de Delta G* et de tanδmax de la composition C selon l'invention sont inférieures à celles de la composition B à base d'un élastomère comprenant une fonction SiOH en bout de chaîne. L'élastomère C portant une fonction aminé alcoxysilane en milieu de chaîne selon l'invention permet d'améliorer les propriétés hystérétiques par rapport à l'élastomère B qui comprend une fonction SiOH en bout de chaîne. Concernant les propriétés dynamiques, on notera que les valeurs de Delta G* et de tanδmax de la composition C selon l'invention sont très nettement inférieures à celles de la composition A à base d'un élastomère non fonctionnel. L'élastomère C comprenant une fonction aminé alcoxysilane en milieu de chaîne selon l'invention permet d'améliorer très nettement les propriétés hystérétiques par rapport à l'élastomère non fonctionnel. En d'autres termes, la composition C selon l'invention à base d' élastomère portant une fonction aminé alcoxysilane en milieu de chaîne présente des propriétés de caoutchouterie à l'état non réticulé et à l'état réticulé qui sont améliorées par rapport à celles de la composition B à base d'un élastomère qui comprend une fonction SiOH en bout de chaîne du fait d'une aptitude à la mise en œuvre nettement améliorée et d'une hystérèse réduite.
En d'autres termes, la composition C selon l'invention à base d'élastomère comprenant une fonction aminé alcoxysilane en milieu de chaîne présente des propriétés de caoutchouterie à l'état non réticulé et à l'état réticulé qui sont améliorées par rapport à celles de la composition A à base d'un élastomère non fonctionnel du fait d'une hystérèse nettement réduite à mise en œuvre équivalente. Exemple 4 :
Compositions comprenant soit un élastomère possédant une fonction aminé alcoxysilane en milieu de chaîne selon l'invention, soit un élastomère non conforme à l'invention
(Tg = -480C)
Dans cet exemple, les trois élastomères SBR E, SBR F et SBR G ont été utilisés pour la préparation de compositions de caoutchouc E, F et G, comprenant chacune du noir de carbone et de la silice à titre de charge renforçante.
Chacune de ces compositions E, F, et G présente la formulation suivante (exprimée en pce : parties pour cent parties d' élastomère) :
Figure imgf000047_0001
(1) = Silice " Zeosil 1165 MP " de la société Rhodia,
(2) = Huile Tufflo 2000
(3) = Société Degussa
(4) = N-(l,3-diméthylbutyl)-N'-phényl-p-phénylènediamine, (5)= N-cyclohexyl-2-benzothiazylsulfénamide,
Chacune des compositions suivantes est réalisée, dans un premier temps, par un travail thermo-mécanique, puis, dans un second temps de finition, par un travail mécanique. On introduit successivement, dans un mélangeur interne de laboratoire de type "Banbury', dont la capacité est de 400 cm3, qui est rempli à 75% et dont la température initiale est d'environ 700C, l'élastomère, la silice, l'huile, la diphénylguanidine, le silane sur noir, l' antioxydant, l'acide stéarique et la cire puis, environ 40 secondes plus tard, le noir, puis, environ trois minutes plus tard ou à 1500C le monoxyde de zinc. On conduit l'étape de travail thermo -mécanique pendant 5 à 6 minutes, jusqu'à une température maximale de tombée de 1600C environ.
Le premier temps précité de travail thermo -mécanique est ainsi réalisé, étant précisé que la vitesse moyenne des palettes lors de ce premier temps est de 70 t/min. On récupère le mélange ainsi obtenu, on le refroidit puis, dans un mélangeur externe (homo-fmisseur), on ajoute le soufre et la sulfénamide à 300C, en mélangeant encore le tout pendant une durée de 3 à 4 minutes (second temps précité de travail mécanique). Les compositions ainsi obtenues sont ensuite calandrées, soit sous forme de plaques (d'une épaisseur allant de 2 à 3 mm) ou fines feuilles de caoutchouc, pour la mesure de leurs propriétés physiques ou mécaniques, soit sous la forme de profilés directement utilisables, après découpage et/ou assemblage aux dimensions souhaitées, par exemple comme produits semi-finis pour pneumatiques, en particulier pour des bandes de roulement. La réticulation est effectuée à 1500C pendant 50 min. Les résultats sont consignés dans le tableau 4 ci-après.
Tableau 4:
Composition E F G Elastomère SBR E SBR F SBR G
ML 1+4 à 1000C 57 57 57
(elastomère)
Propriétés à l'état non réticulé :
MS 1+4 à 1000C 49 74 54 (" Mooney mélange ")
Propriétés à l'état réticulé :
Shore A 69.2 63.9 63.9
MAlO 6.87 5.06 5.15
MA100 2.15 2.11 2.17 MA300 2.17 2.55 2.45
MA300/MA100 1.01 1.21 1.13
Indice de cassage Scott à 23°C
Fr (MPa) 21.6 22.3 20.4
Ar (%) 589 504 491 Pertes 600C (%) 35.9 25.4 31.1
Propriétés dynamiques en fonction de la déformation
Delta G* (MPa) à 23°C 7.33 3.21 2.54
Tan (δ) max à 23°C 0.339 0.261 0.249
On notera que la composition G selon l'invention présente une valeur de Mooney " mélange " très nettement inférieure à celle de la composition F à base d'un elastomère qui comprend une fonction SiOH en bout de chaîne. Concernant les propriétés à l'état réticulé, on notera que le rapport MA300/MA100 de la composition G selon l'invention est supérieur à celui de la composition E à base d'un élastomère non fonctionnel. L'élastomère G comprenant une fonction aminé alcoxysilane en milieu de chaîne selon l'invention permet d'améliorer le renforcement par rapport à l'élastomère non fonctionnel.
Concernant les propriétés dynamiques, on notera que les valeurs de Delta G* et de tanδmax de la composition G selon l'invention sont inférieures à celles de la composition F à base d'un élastomère comprenant une fonction SiOH en bout de chaîne. L'élastomère G portant une fonction aminé alcoxysilane en milieu de chaîne selon l'invention permet d'améliorer les propriétés hystérétiques par rapport à l'élastomère F qui comprend une fonction SiOH en bout de chaîne.
Concernant les propriétés dynamiques, on notera que les valeurs de Delta G* et de tanδmax de la composition G selon l'invention sont très nettement inférieures à celles de la composition E à base d'un élastomère non fonctionnel. L'élastomère G comprenant une fonction aminé alcoxysilane en milieu de chaîne selon l'invention permet d'améliorer très nettement les propriétés hystérétiques par rapport à l'élastomère non fonctionnel.
En d'autres termes, la composition G selon l'invention à base d'élastomère portant une fonction aminé alcoxysilane en milieu de chaîne présente des propriétés de caoutchouterie à l'état non réticulé et à l'état réticulé qui sont améliorées par rapport à celles de la composition F à base d'un élastomère qui comprend une fonction SiOH en bout de chaîne du fait d'une aptitude à la mise en œuvre nettement améliorée et d'une hystérèse réduite. En d'autres termes, la composition G selon l'invention à base d'élastomère comprenant une fonction aminé alcoxysilane en milieu de chaîne présente des propriétés de caoutchouterie à l'état réticulé qui sont améliorées par rapport à celles de la composition E à base d'un élastomère non fonctionnel du fait d'une hystérèse nettement réduite.
Exemple 5 :
Compositions comprenant soit un élastomère possédant une fonction amine- alcoxysilane en milieu de chaîne selon l'invention, soit un élastomère non conforme à l'invention (Tg = -250C)
Dans cette série d'exemples, les élastomères SBR A, SBR B, SBR C, SBR D, SBR I SBR J, SBR K et SBR L ont été utilisés pour la préparation de compositions de caoutchouc A, B, C, D, I, J, K et L de type bande de roulement, comprenant chacune de la silice à titre de charge renforçante. Chacune de ces compositions A, B, C, D, I, J, K et L présente la formulation suivante (exprimée en pce : parties pour cent parties d'élastomère) :
Elastomère 100
Silice (1) 80
N234 1 Huile MES (5) 15
Résine (6) 15
Agent de liaison (2) 6.4
ZnO 2.5
Acide stéarique 2 Antioxydant (3) 1.9
Cire anti-ozone " C32ST " (7) 1.5
Diphénylguanidine 1.5
Soufre 1.2
Sulfénamide (4) 2 Avec :
(1) = Silice " Zeosil 1165 MP " de la société Rhodia,
(2) = Agent de liaison " Si69 " de la société Degussa,
(3) = N-(l,3-diméthylbutyl)-N'-phényl-p-phénylènediamine, (4) = N-cyclohexyl-2-benzothiazylsulfénamide,
(5) = "Catenex® SNR" de la société Shell,
(6) = Résine "Dercolyte L120" de la société DRT ou "Sylvagum TR7125C" de la société Arizona,
(7) = Cire anti-ozone de la Société Repsol
Chacune des compositions suivantes est réalisée, dans un premier temps, par un travail thermo-mécanique, puis, dans un second temps de finition, par un travail mécanique.
On introduit successivement, dans un mélangeur interne de laboratoire de type "Banbury', dont la capacité est de 400 cm , qui est rempli à 70% et dont la température initiale est d'environ 900C, l'élastomère, les deux tiers de la charge renforçante, l'agent de couplage et la diphénylguanidine, puis, environ une minute plus tard, le reste de la charge renforçante, l'huile MES, la résine, l'antioxydant, l'acide stéarique et la cire antiozone " C32ST '\ puis, environ deux minutes plus tard le monoxyde de zinc. On conduit l'étape de travail thermo -mécanique pendant 4 à 5 minutes, jusqu'à une température maximale de tombée de 1600C environ.
Le premier temps précité de travail thermo-mécanique est ainsi réalisé, étant précisé que la vitesse moyenne des palettes lors de ce premier temps est de 45 t/min.
On récupère le mélange ainsi obtenu, on le refroidit puis, dans un mélangeur externe (homo-fmisseur), on ajoute le soufre et la sulfénamide à 300C, en mélangeant encore le tout pendant une durée de 3 à 4 minutes (second temps précité de travail mécanique). Les compositions ainsi obtenues sont ensuite calandrées, soit sous forme de plaques (d'une épaisseur allant de 2 à 3 mm) ou fines feuilles de caoutchouc, pour la mesure de leurs propriétés physiques ou mécaniques, soit sous la forme de profilés directement utilisables, après découpage et/ou assemblage aux dimensions souhaitées, par exemple comme produits semi-finis pour pneumatiques, en particulier pour des bandes de roulement.
La réticulation est effectuée à 1500C pendant 40 min. Les résultats sont consignés dans le tableau 5 ci-après.
Figure imgf000053_0001
On notera que les compositions C, I, J, K et L selon l'invention présentent des valeurs de Mooney " mélange " qui sont inférieures à celle de la composition A à base d'un élastomère non fonctionnel. Les compositions C, I, J, K et L selon l'invention présentent des valeurs de Mooney " mélange " qui sont très nettement inférieures à celle de la composition B à base d'un élastomère qui comprend une fonction SiOH en bout de chaîne et à celle de la composition D à base d'un élastomère qui comprend une fonction amine-alcoxysilane en bout de chaîne. Les élastomères C, I, J, K et L qui comprennent une fonction amine-alcoxysilane en milieu de chaîne selon l'invention permettent d'améliorer très nettement la mise en œuvre à l'état non réticulé par rapport à l' élastomère fonctionnel SiOH en bout de chaîne et à l' élastomère fonctionnel amine- alcoxysilane en bout de chaîne d'une part et permet d'améliorer nettement la mise en œuvre à l'état non réticulé par rapport à l'élastomère non fonctionnel d'autre part.
Concernant les propriétés à l'état réticulé, on notera que le rapport MA300/MA100 des compositions C, I, J, K et L selon l'invention sont nettement supérieurs à celui de la composition A à base d'un élastomère non fonctionnel. Les élastomères C, I, J, K et L qui comprennent une fonction amine-alcoxysilane en milieu de chaîne selon l'invention permettent d'améliorer le renforcement par rapport à l'élastomère non fonctionnel.
Le rapport MA300/MA100 des compositions C, I, J et L selon l'invention sont équivalents, voire supérieur pour la composition K, à celui des compositions B et D à base respectivement d'un élastomère fonctionnel SiOH en bout de chaîne et d'un élastomère fonctionnel amine-alcoxysilane en bout de chaîne. Les élastomères C, I, J, K et L qui comprennent une fonction amine-alcoxysilane en milieu de chaîne selon l'invention permettent au moins de conserver un niveau de renforcement équivalent à ceux des élastomères fonctionnels SiOH en bout de chaîne et amine-alcoxysilane en bout de chaîne, voire même de l'améliorer.
Concernant les propriétés dynamiques, on notera que les valeurs de Delta G* et de tanδmax des compositions C, I, J, K et L selon l'invention sont très nettement inférieures à celles de la composition A à base d'un élastomère non fonctionnel. Les élastomères C, I, J, K et L qui comprennent une fonction amine-alcoxysilane en milieu de chaîne selon l'invention permettent d'améliorer les propriétés hystérétiques par rapport à l'élastomère non fonctionnel A.
Concernant les propriétés dynamiques, on notera que les valeurs de Delta G* et de tanδmax des compositions C, I, J, K et L selon l'invention sont inférieures à celles des compositions B et D à base respectivement d'un élastomère fonctionnel SiOH en bout de chaîne et d'un élastomère fonctionnel amine-alcoxysilane en bout de chaîne. Les élastomères C, I, J, K et L qui comprennent une fonction amine-alcoxysilane en milieu de chaîne selon l'invention permettent d'améliorer les propriétés hystérétiques par rapport à l'élastomère B qui comprend une fonction SiOH en bout de chaîne d'une part et par rapport à l'élastomère D qui comprend une fonction amine-alcoxysilane en bout de chaîne d'autre part.
En d'autres termes, les compositions C, I, J, K et L selon l'invention à base d'élastomères qui comprennent une fonction amine-alcoxysilane en milieu de chaîne présentent des propriétés de caoutchouterie à l'état non réticulé et à l'état réticulé qui sont améliorées par rapport à celles de la composition A à base d'un élastomère non fonctionnel du fait d'une hystérèse nettement réduite et d'une aptitude à la mise en œuvre améliorée.
En d'autres termes, les compositions C, I, J, K et L selon l'invention à base d'élastomères qui comprennent une fonction amine-alcoxysilane en milieu de chaîne présente des propriétés de caoutchouterie à l'état non réticulé et à l'état réticulé qui sont améliorées par rapport à celles des compositions B et D à base respectivement d'un élastomère fonctionnel SiOH en bout de chaîne et d'un élastomère fonctionnel amine- alcoxysilane en bout de chaîne du fait d'une aptitude à la mise en œuvre très nettement améliorée et d'une hystérèse nettement réduite. Exemple 6 :
Compositions comprenant soit un élastomère possédant une fonction amine- alcoxysilane (diméthylaminopropyltriméthoxysilane) en milieu de chaîne selon l'invention, soit un élastomère non conforme à l'invention (Tg = -480C) Dans cet exemple, les quatre élastomères SBR E, SBR F, SBR G et SBR H ont été utilisés pour la préparation de compositions de caoutchouc E, F, G et H de type bande de roulement, comprenant chacune de la silice à titre de charge renforçante.
Chacune de ces compositions E, F, G et H présente la formulation suivante (exprimée en pce : parties pour cent parties d' élastomère) :
Elastomère 100
Silice (1) 50
N234 1
Agent de liaison (2) 4
ZnO 3 Acide stéarique 1.9
Antioxydant (3) 1.9
Diphénylguanidine 1
Soufre 1.5
Sulfénamide (4) 1.8 Avec :
(1) = Silice " Zeosil 1165 MP " de la société Rhodia,
(2) = Agent de liaison " Si69 " de la société Degussa,
(3) = N-(l,3-diméthylbutyl)-N'-phényl-p-phénylènediamine,
(4) = N-cyclohexyl-2-benzothiazylsulfénamide,
Chacune des compositions suivantes est réalisée, dans un premier temps, par un travail thermo-mécanique, puis, dans un second temps de finition, par un travail mécanique.
On introduit successivement, dans un mélangeur interne de laboratoire de type
"Banbury', dont la capacité est de 400 cm , qui est rempli à 70% et dont la température initiale est d'environ 900C, l'élastomère, la charge renforçante, l'agent de couplage et la diphénylguanidine, puis, environ une minute plus tard, l'antioxydant, l'acide stéarique et le monoxyde de zinc.
On conduit l'étape de travail thermo -mécanique pendant 4 à 5 minutes, jusqu'à une température maximale de tombée de 1600C environ. Le premier temps précité de travail thermo-mécanique est ainsi réalisé, étant précisé que la vitesse moyenne des palettes lors de ce premier temps est de 45 t/min.
On récupère le mélange ainsi obtenu, on le refroidit puis, dans un mélangeur externe (homo-fmisseur), on ajoute le soufre et la sulfénamide à 300C, en mélangeant encore le tout pendant une durée de 3 à 4 minutes (second temps précité de travail mécanique).
Les compositions ainsi obtenues sont ensuite calandrées, soit sous forme de plaques (d'une épaisseur allant de 2 à 3 mm) ou fines feuilles de caoutchouc, pour la mesure de leurs propriétés physiques ou mécaniques, soit sous la forme de profilés directement utilisables, après découpage et/ou assemblage aux dimensions souhaitées, par exemple comme produits semi-finis pour pneumatiques, en particulier pour des bandes de roulement.
La réticulation est effectuée à 1500C pendant 40 min. Les résultats sont consignés dans le tableau 6 ci-après. Tableau 6
Composition E F G H
Elastomère SBR E SBR F SBR G SBR H
ML (1+4) à 1000C 57 57 57 52
(elastomère)
Propriétés à l'état non réticulé
MS (1+4) à 1000C 66 96 67 87
(" Mooney mélange ")
Propriétés à l'état réticulé
Shore A 74.5 67.3 65.3 69.0
MAlO 8.32 5.84 5.25 6.35
MA100 3.00 2.63 2.63 2.90
MA300 2.73 3.72 3.58 3.84
MA300/MA100 0.91 1.41 1.36 1.32
Indice de cassage Scott à 23°C
Fr (MPa) 14.7 17.8 17.3 21.5
Ar (%) 304 322 318 358
Pertes 600C (%) 23.0 13.2 14.5 13.1
Propriétés dynamiques en fonction de la déformation
Delta G* (MPa) à 23°C 4.15 1.01 0.36 0.97
Tan (δ) max à 23°C 0.210 0.124 0.106 0.122
On notera que la composition G selon l'invention présente une valeur de Mooney
" mélange " qui est équivalente à celle de la composition E à base d'un elastomère non fonctionnel. La composition G selon l'invention présente une valeur de Mooney " mélange " qui est très nettement inférieure à celle de la composition F à base d'un elastomère qui comprend une fonction SiOH en bout de chaîne et à celle de la composition H à base d'un elastomère qui comprend une fonction amine-alcoxysilane en bout de chaîne. L'élastomère G qui comprend une fonction amine-alcoxysilane en milieu de chaîne selon l'invention permet d'améliorer très nettement la mise en œuvre à l'état non réticulé par rapport à l'élastomère fonctionnel SiOH en bout de chaîne et à l'élastomère fonctionnel amine-alcoxysilane en bout de chaîne. Concernant les propriétés à l'état réticulé, on notera que le rapport MA300/MA100 de la composition G selon l'invention est nettement supérieur à celui de la composition E à base d'un élastomère non fonctionnel. L'élastomère G qui comprend une fonction amine-alcoxysilane en milieu de chaîne selon l'invention permet d'améliorer le renforcement par rapport à l'élastomère non fonctionnel.
Le rapport MA300/MA100 de la composition G selon l'invention est équivalent à celui des compositions F et H à base respectivement d'un élastomère fonctionnel SiOH en bout de chaîne et d'un élastomère fonctionnel amine-alcoxysilane en bout de chaîne. L'élastomère G qui comprend une fonction amine-alcoxysilane en milieu de chaîne selon l'invention permet de conserver un niveau de renforcement équivalent à ceux des élastomères fonctionnels SiOH en bout de chaîne et amine-alcoxysilane en bout de chaîne.
Concernant les propriétés dynamiques, on notera que les valeurs de Delta G* et de tanδmax de la composition G selon l'invention sont très nettement inférieures à celles de la composition E à base d'un élastomère non fonctionnel. L'élastomère G qui comprend une fonction amine-alcoxysilane en milieu de chaîne selon l'invention permet d'améliorer les propriétés hystérétiques par rapport à l'élastomère non fonctionnel E.
Concernant les propriétés dynamiques, on notera que les valeurs de Delta G* et de tanδmax de la composition G selon l'invention sont inférieures à celles des compositions F et H à base respectivement d'un élastomère fonctionnel SiOH en bout de chaîne et d'un élastomère fonctionnel amine-alcoxysilane en bout de chaîne. L'élastomère G qui comprend une fonction amine-alcoxysilane en milieu de chaîne selon l'invention permet d'améliorer les propriétés hystérétiques par rapport à l'élastomère F qui comprend une fonction SiOH en bout de chaîne d'une part et par rapport à l'élastomère H qui comprend une fonction amine-alcoxysilane en bout de chaîne d'autre part.
En d'autres termes, la composition G selon l'invention à base d'élastomère qui comprend une fonction amine-alcoxysilane en milieu de chaîne présente des propriétés de caoutchouterie à l'état non réticulé et à l'état réticulé qui sont améliorées par rapport à celles de la composition E à base d'un élastomère non fonctionnel du fait d'une hystérèse nettement réduite et d'une aptitude à la mise en œuvre conservée. En d'autres termes, la composition G selon l'invention à base de l'élastomère qui comprend une fonction amine-alcoxysilane en milieu de chaîne présente des propriétés de caoutchouterie à l'état non réticulé et à l'état réticulé qui sont améliorées par rapport à celles des compositions F et H à base respectivement d'un élastomère fonctionnel SiOH en bout de chaîne et d'un élastomère fonctionnel amine-alcoxysilane en bout de chaîne du fait d'une aptitude à la mise en œuvre très nettement améliorée et d'une hystérèse réduite.

Claims

REVENDICATIONS
1) Mélange élastomérique issu de la modification d'un élastomère diénique par un agent de couplage introduisant dans la chaîne élastomérique un groupe alcoxysilane portant un tertiaire ou secondaire aminé tertiaire ou secondaire, caractérisé en ce que le mélange élastomérique comprend majoritairement l'élastomère diénique couplé par le groupe alcoxysilane portant une fonction aminé tertiaire ou secondaire qui est lié à l'élastomère diénique par l'intermédiaire de l'atome de silicium.
2) Mélange élastomérique selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élastomère diénique couplé par le groupe alcoxysilane portant une fonction aminé tertiaire ou secondaire, lié à l'élastomère diénique par l'intermédiaire de l'atome de silicium répond à l'une des formules (I) à (III) suivantes:
Figure imgf000061_0001
Formule (I) Formule (II) Formule (III)
dans lesquelles ,
Le symbole E désigne un élastomère diénique, - Ri désigne un radical alkyle, linéaire ou ramifié, en Ci - Cio, cycloalkyle en
C5-C18, aryle en C6 - C18 ou aralkyle en C7 - C18
R2 est un dérivé hydrocarboné divalent, linéaire ou ramifié, d'alkyle en Ci -
Cio, d'aryle en C6 - C18 ou d'aralkyle en C7 - C18, dans la formule (I), R3 et R4 , identiques ou différents, représentent un atome d'hydrogène ou un radical alkyl en Ci- Cio, sous réserve que lorsque l'un de R3 et R4 représente un atome d'hydrogène l'autre soit différent, ou alors R3 et R4 forment avec N auquel ils sont liés un hétérocycle contenant un atome d'azote et au moins un atome de carbone, dans la formule (II), R5 représente un radical alkylidène, linéaire ou ramifié,
dans la formule (III), les symboles A désignent, indépendamment les uns des autres, un atome d'azote ou un atome de carbone, sous réserve que l'un au moins des symboles A désigne un atome d'azote.
3) Mélange élastomérique selon la revendication 2, caractérisé en ce que dans les formules (I), (II) et (III), Rl représente un radical méthyle ou éthyle.
4) Mélange élastomérique selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que dans les formules (I), (II) et (III), R2 représente le radical propane- 1,3-diyl.
5) Mélange élastomérique selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que l'élastomère diénique couplé par le groupe alcoxysilane portant une fonction aminé tertiaire ou secondaire, lié à l'élastomère diénique par l'atome de silicium répond à la formule (I) dans laquelle R3 et R4 , identiques ou différents, représentent un radical méthyle ou éthyle
6) Mélange élastomérique selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que l'élastomère diénique couplé par le groupe alcoxysilane portant une fonction aminé tertiaire ou secondaire, lié à l'élastomère diénique par l'atome de silicium répond à la formule (II) dans laquelle R5 représente un radical alkylidène, linéaire ou ramifié, en
C4-C6.
7) Mélange élastomérique selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'élastomère diénique couplé par le groupe alcoxysilane portant une fonction aminé tertiaire ou secondaire, lié à l'élastomère diénique par l'atome de silicium répond à la formule
(II) dans laquelle R5 représente le radical 3-(l,3-dimethylbutylidène). 8) Mélange élastomérique selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que l'élastomère diénique couplé par le groupe alcoxysilane portant une fonction aminé tertiaire ou secondaire, lié à l'élastomère diénique par l'atome de silicium répond à la formule (III) dans laquelle un seul A désigne un atome d'azote et est situé en position meta ou para du cycle.
9) Mélange élastomérique selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'élastomère diénique modifié est issu d'un copolymère butadiène/ vinylaromatique préparé en solution.
10) Mélange élastomérique selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend au moins 75% en masse d'élastomère diénique couplé par le groupe amino-alcoxysilane, par rapport à la masse totale du mélange.
11) Procédé de préparation d'un mélange élastomérique tel que défini dans l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend :
(i) la préparation d'un mélange élastomérique tel que défini dans l'une quelconque des revendications 1 à 10 qui consiste dans une première étape, à faire réagir le(s) monomère(s), éventuellement en présence ou non d'un solvant hydrocarboné inerte, avec un initiateur de polymérisation, et
(ii) à faire réagir, dans une seconde étape, le polymère diénique vivant obtenu avec un agent de couplage introduisant dans la chaîne élastomérique un groupe alcoxysilane portant une fonction aminé tertiaire ou secondaire,, avec un rapport molaire (agent de couplage / initiateur) allant de 0,3 à 0,8.
12) Composition de caoutchouc renforcée à base d'au moins une charge renforçante et une matrice élastomère comprenant au moins un mélange élastomérique tel que défini dans l'une quelconque des revendications 1 à 10. 13) Composition de caoutchouc selon la revendication 12, caractérisée en ce que la matrice élastomère comprend à titre majoritaire le mélange élastomérique tel que défini dans l'une quelconque des revendications 1 à 10.
14) Composition de caoutchouc selon la revendication 13, caractérisée en ce que la matrice élastomère est constituée du mélange élastomérique tel que défini dans l'une quelconque des revendications 1 à 10.
15) Composition de caoutchouc selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que ladite charge renforçante comprend une charge organique renforçante selon une fraction massique allant de 50 % à 100 %.
16) Composition de caoutchouc selon la revendication 15, caractérisée en ce que la charge organique renforçante est le noir de carbone.
17) Composition de caoutchouc selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisée en ce que ladite charge renforçante comprend une charge inorganique renforçante selon une fraction massique supérieure à 50 % et allant jusqu'à 100 %.
18) Composition de caoutchouc selon la revendication 17, caractérisée en ce que la charge inorganique renforçante est de la silice.
19) Procédé de préparation d'une composition selon l'une quelconque des revendications 12 à 18, caractérisé en ce qu'il comprend :
(iii) la préparation d'un mélange élastomérique tel que défini dans l'une quelconque des revendications 1 à 10 qui consiste dans une première étape, à faire réagir le(s) monomère(s), éventuellement en présence ou non d'un solvant hydrocarboné inerte, avec un initiateur de polymérisation, et à faire réagir, dans une seconde étape, le polymère diénique vivant obtenu avec un agent de couplage avec un rapport molaire (agent de couplage / initiateur) allant de 0,4 à 0,6, de manière à obtenir majoritairement un élastomère diénique couplé par un groupe alcoxysilane portant une fonction aminé tertiaire ou secondaire lié à l'élastomère diénique par l'atome de silicium,
(iv) la réalisation, à une température maximale comprise entre 130 0C et 200 0C, d'un premier temps de travail thermo -mécanique des constituants de la composition comprenant l'élastomère diénique couplé possédant un groupe alcoxysilane portant une fonction aminé tertiaire ou secondaire en milieu de chaîne et une charge renforçante, à l'exception d'un système de réticulation, puis
(v) la réalisation, à une température inférieure à ladite température maximale dudit premier temps, d'un second temps de travail mécanique au cours duquel est incorporé ledit système de réticulation.
20) Bande de roulement de pneumatique, caractérisée en ce qu'elle comprend une composition de caoutchouc réticulable ou réticulée selon l'une quelconque des revendications 12 à 18.
21) Bande de roulement de pneumatique selon la revendication 20, caractérisée en ce qu'elle est constituée de ladite composition de caoutchouc réticulable ou réticulée.
22) Pneumatique, caractérisé en ce qu'il comporte une bande de roulement selon la revendication 20 ou 21.
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