WO2012085135A1 - Procédé de préparation d'un mélange-maître en phase liquide - Google Patents

Procédé de préparation d'un mélange-maître en phase liquide Download PDF

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WO2012085135A1
WO2012085135A1 PCT/EP2011/073662 EP2011073662W WO2012085135A1 WO 2012085135 A1 WO2012085135 A1 WO 2012085135A1 EP 2011073662 W EP2011073662 W EP 2011073662W WO 2012085135 A1 WO2012085135 A1 WO 2012085135A1
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aqueous dispersion
filler
latex
diene elastomer
masterbatch
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PCT/EP2011/073662
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Inventor
Jérôme Bibette
Fernando MARTINEZ PEDRERO
Benoît DE GAUDEMARIS
Julien Berriot
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Compagnie Generale Des Etablissements Michelin
Michelin Recherche Et Technique S.A.
Jérôme Bibette
Fernando MARTINEZ PEDRERO
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Definitions

  • the invention relates to a process for preparing a liquid phase masterbatch of one or more diene elastomers, in particular a natural rubber latex, and one or more fillers.
  • masterbatch (commonly referred to by its English name as “masterbatch”) means an elastomer-based composite in which one or more fillers and possibly other additives have been introduced.
  • the liquid phase masterbatch preparation process comprises a coagulation step, which is generally initiated by the addition of a coagulation agent to the medium.
  • U.S. Patent No. 5,763,388 teaches a liquid phase preparation process of a masterbatch of a polymer latex and silica as a filler comprising incorporating a modified silica into the latex. This silica has previously reacted with a coupling agent, this modification of the silica to uniformly disperse the modified silica within the polymer latex.
  • the coagulation step is done in the presence of a coagulation agent.
  • the charge can also be carbon black.
  • BE 541816 a process for preparing a masterbatch of rubber and carbon black in the liquid phase. This process is continuous and uses hydraulic shocks or violent mechanical agitation to achieve the dispersion of carbon black within the elastomeric matrix.
  • WO97 / 36724 discloses a process for preparing a masterbatch and specific equipment for improving the dispersibility of carbon black in a natural rubber latex.
  • This technology has two objectives: the realization of the coagulation step in the absence of coagulating agent and the obtaining of a masterbatch, the distribution of the charge is uniform.
  • this technology has a number of disadvantages.
  • the equipment used is very complex and the method described relies on very specific characteristics related to this equipment, such as a geometry of the defined coagulation zone or a defined flow rate difference.
  • the method according to the invention does not require the use of coagulating agent.
  • the invention thus relates to a method for preparing a masterbatch in the liquid phase based on one or more diene elastomer latexes and one or more fillers, comprising the following successive steps:
  • diene elastomer latexes A
  • B stable aqueous dispersions
  • the invention also relates to a masterbatch of diene elastomer and filler prepared according to the method described above.
  • the subject of the invention is also a rubber composition based on at least one masterbatch of diene elastomer and filler prepared according to the method described above, a finished or semi-finished article comprising a composition as defined above and a tire tread comprising a composition as defined above.
  • the invention finally relates to a tire or semi-finished product comprising at least one rubber composition as defined above.
  • the concentration of filler and / or latex elastomer in a given volume is identical to the concentration of filler and / or latex in the total volume of the masterbatch or dispersion.
  • the aim is to avoid the formation of charge dispersion pockets within the masterbatch, commonly known as agglomerates.
  • composition based on 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, at least in part, during the various phases of manufacture of the composition, in particular during its chemical crosslinking.
  • 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), tandi s that any range of values designated by the expression “from a to b” means the range of values from aj to b (that is, including the strict limits a and b).
  • the unit of quantity "phr” means parts by weight per hundred parts of el astomer.
  • the first step of the process according to the invention consists in producing a stable and homogeneous aqueous dispersion (C) from one or more elastomer latexes (A) with one or more aqueous dispersions of fillers (B).
  • stable aqueous dispersion means a dispersion in which the constituents of this dispersion do not coagulate, flocculate, contain no agglomerate, and do not sediment, at least at the macroscopic level. that is to say that its state does not evolve in a determined time at ambient temperature under atmospheric pressure.
  • the stable dispersion does not evolve macroscopically over time with respect to spontaneous coagulation resulting from the mixing of carbon black and a natural rubber latex.
  • elastomer in the form of latex is meant in the sense of the present invention an elastomer in the form of elastomer particles dispersed in water.
  • the invention relates to diene elastomer latices, the diene elastomers being defined as follows:
  • elastomer or “diene” rubber should be understood in known manner an elastomer derived at least in part (i.e., a homopolymer or a copolymer) of monomers dienes (monomers bearing two carbon-carbon double bonds, conjugated or not).
  • diene elastomers can be classified into two categories: “essentially unsaturated” or “essentially saturated”.
  • the term “essentially unsaturated” is generally understood to mean a diene elastomer derived at least in part from conjugated diene monomers, having a level of units or units of diene origin (conjugated dienes) which is greater than 15% (mol%); for example, diene elastomers such as butyl rubbers or copolymers of dienes and alpha-olefins such as EPDM do not enter in the above definition and may be particularly described as "essentially saturated” diene elastomers (low or very low diene origin, always less than 15%).
  • the term “highly unsaturated” diene elastomer is particularly understood to mean a diene elastomer having a content of units of diene origin (conjugated dienes) which is greater than 50%.
  • diene elastomers there are also natural rubber and synthetic elastomers.
  • NR natural rubber
  • this natural rubber exists in different forms as detailed in Chapter 3 "Latex concentrates: properties and composition", K.F. Gaseley, A.D.T. Gordon and T. D. Pendle in “Natural Rubber Science and Technology", A. D. Roberts, Oxford University Press - 1988.
  • the latex can be used directly or be previously diluted in water to facilitate its implementation.
  • diene elastomers which can be used in accordance with the invention, the term diene elastomer is more particularly understood to mean:
  • conjugated dienes 1,3-butadiene, 2-methyl-1,3-butadiene, 2,3-di (C 1 -C 5) alkyl-1,3-butadienes, such as, for example, 2,3-dimethyl-1,3-butadiene, 2,3-diethyl-1,3-butadiene, 2-methyl-3-ethyl-1,3-butadiene, 2-methyl-3-isopropyl-1 3-butadiene, aryl-1,3-butadiene, 1,3-pentadiene, 2,4-hexadiene.
  • Suitable vinylaromatic compounds are, for example, styrene, ortho-, meta-, para-methylstyrene, the "vinyl-toluene" commercial mixture, para-tertiarybutylstyrene, methoxystyrenes, chlorostyrenes, vinylmesitylene, divinylbenzene, vinylnaphthalene.
  • the copolymers may contain between 99% and 20% by weight of diene units and between 1% and 80% by weight of vinylaromatic units.
  • the elastomers may have any microstructure which is a function of the polymerization conditions used, in particular the presence or absence of a modifying and / or randomizing agent and the amounts of modifying and / or randomizing agent used.
  • the elastomers may be for example block, statistical, sequenced, microsequenced, and be prepared in dispersion or in solution; they may be coupled and / or starred or functionalized with a coupling agent and / or starring or functionalization.
  • alkoxysilane groups as described for example in FR 2,765,882 or US 5,977,238), carboxylic groups (as described for example in WO 01/92402 or US 6,815,473, WO 2004/096865 or US 2006/0089445).
  • polyether groups as described for example in EP 1 127909 or US 6503973, WO 2009/000750 and WO 2009/000752.
  • functionalized elastomers mention may also be made of elastomers (such as SBR, BR, NR or IR) of the epoxidized type.
  • Tg glass transition temperature
  • styrene content of between 5% and 60% by weight and more particularly between 20% and 50%
  • a content (%> molar) in -1,2 bonds of the butadiene part of between 4%> and 75%>
  • a content (%> molar) of trans-1,4 bonds of between 10% and 80%
  • butadiene-isoprene copolymers and in particular those having an isoprene content of between 5% and 90% by weight.
  • the isoprene-styrene copolymers and in particular those having a styrene content of between 5% and 50% by weight and a Tg between - 5 C and - 50 ° C.
  • butadiene-styrene-isoprene copolymers 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%> by weight and more particularly between 20% and 50%, a butadiene content of between 5% and 50% by weight and more particularly between 20% and 40%, a content (mol%) in units -1, 2 of the butadiene part of between 4% and 85%, a content (mol%) in trans-1,4 units of the butadiene part of between 6% and 80%), a content (mol%) in units -1 , 2 plus -3,4 of the isoprenic part of between 5% and 70% and a content (mol%) in trans units -1,4 of the isoprene part of between 10% and 50%, and more generally any butadiene copolymer isyrene-isoprene having a Tg between -5 ° C and -70 ° C.
  • the synthetic diene elastomer (s) according to the invention are preferably chosen from the group of highly unsaturated diene elastomers consisting of polybutadienes (abbreviated as "BR"), synthetic polyisoprenes (IR), butadiene copolymers, copolymers of isoprene and mixtures of these elastomers.
  • BR polybutadienes
  • IR synthetic polyisoprenes
  • butadiene copolymers copolymers of isoprene and mixtures of these elastomers.
  • Such copolymers are more preferably selected from the group consisting of butadiene-styrene copolymers (SBR), isoprene-butadiene copolymers (BIR), isoprene-styrene copolymers (SIR) and isoprene-copolymers.
  • SBIR butadiene-styrene
  • the latex may in particular consist of a synthetic diene elastomer already available in the form of an emulsion (for example a copolymer of butadiene and styrene, SBR, prepared in emulsion), or a diene elastomer synthetic solution initially in solution (for example a SBR prepared in solution) which is emulsified in a mixture of organic solvent and water, generally by means of a surfactant.
  • a synthetic diene elastomer already available in the form of an emulsion for example a copolymer of butadiene and styrene, SBR, prepared in emulsion
  • SBR styrene
  • SBR latex especially an emulsion-prepared SBR ("ESBR”) or a prepared SBR. in solution (“SSBR”), and more particularly an SBR prepared in emulsion.
  • ESBR emulsion-prepared SBR
  • SSBR prepared SBR. in solution
  • an SBR elastomer In the case of an SBR elastomer (ESBR or SSBR), an SBR having an average styrene content, for example between 20% and 35% by weight, or a high styrene content, for example 35 to 35% by weight, is used in particular. 45%, a vinyl ring content of the butadiene part of between 15% and 70%, a content (mol%) of trans-1,4 bonds of between 15% and 75% and a Tg of between -10 ° C. and - 55 ° C; such an SBR can be advantageously used in admixture with a BR preferably having more than 90% (mol%) of cis-1,4 bonds.
  • the process uses an aqueous dispersion of natural rubber, and more particularly a concentrated latex of natural rubber, and in particular a concentrated natural rubber latex of quality called "HA". (high ammonia) and quality called “LA”. More particularly, the concentrated natural rubber latex of quality called “HA” (high ammonia) is used.
  • HA concentrated natural rubber latex of quality
  • the concentration of natural rubber in the aqueous dispersion (A) ranges from 10 to 65% by weight, preferably from 30 to 65% by weight, and in particular from 40 to 65% by weight relative to the total weight of the dispersion.
  • Stable aqueous dispersion of one or more fillers B
  • a dispersion is expected in which the constituents of this dispersion are present. That is to say, the charges do not coagulate, flocculate, do not contain agglomerate, and do not sediment, at least macroscopically, that is to say that its state does not evolve in a determined time at room temperature under atmospheric pressure.
  • feedstock is intended to mean the chemical species which will be present in the dispersion (B) and added to the aqueous dispersion of diene elastomer latex (A) to form the di spersion. (VS) .
  • this term may denote an unmodified chemical species, such as carbon black or a modified chemical species, such as hydrophobized silica.
  • the fillers according to the invention coagulate spontaneously with the diene elastomer.
  • the preferred fillers according to the invention coagulate spontaneously with the elastomer diene have surface properties comparable to unmodified carbon black, ie surface energy comparable to that of carbon black.
  • These fillers can be chosen from a reinforcing organic filler, such as carbon black, a chemically modified reinforcing inorganic filler, such as hydrophobized silica, a chemically modified reinforcing organic filler, a hybrid organic / inorganic filler, a filler based on polymer and mixtures thereof, these fillers all spontaneously coagulate with the diene elastomer latex.
  • the fillers are selected from carbon black, organically modified carbon black, silica-treated carbon black, and organically modified silica.
  • the filler is an organic filler.
  • the organic filler used in the aqueous dispersion (B) according to the invention is preferably carbon black.
  • Suitable carbon blacks are all known carbon blacks, especially blacks of the HAF, ISAF, SAF type conventionally used in tires (so-called pneumatic grade blacks).
  • the reinforcing carbon blacks of the 100, 200 or 300 series for example blacks N 15, N 134, N 234, N 326, N330, N 339, N 347, N375, will be mentioned more particularly.
  • blacks of higher series FF, FEF, GPF, SRF for example blacks N660, N683, N772.
  • organic fillers other than carbon blacks are functional organic polyvinylaromatic fillers as described in US Pat. applications WO-A-2006/069792 and WO-A-2006/069793, such as, for example, hydrophobic polyvinylaromatic fillers.
  • the filler is a modified inorganic filler.
  • any inorganic or mineral filler (whatever its color and its origin (natural or synthetic)), also called “white” filler , charge “clear” or “charge non noir” (“non-black filler”) as opposed to carbon black, capable of reinforcing on its own, with no other means than an intermediate coupling agent, a rubber composition intended 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 characterized by its hydrophilic nature, that is to say generally, in a known manner, by the presence of hydroxyl groups (-OH) on its surface.
  • the physical state in 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 siliceous and / or aluminous fillers as described below.
  • silica may be mentioned precipitated, pyrogenic or colloidal silica.
  • inorganic filler mention may be made of: silica (SiO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ); alumina monohydrate (Al 2 O 3 H 2 O); aluminum hydroxide [Al (OH) 3]; aluminum carbonate [A1 2 (CO 3 ) 3 ]; magnesium hydroxide [Mg (OH) 2 ], magnesium oxide (MgO), magnesium carbonate (MgCO 3 ), talc ( 3 MgO 4 SiO 2 H 2 O), attapulgite (5MgO 8 SiO 2 9H 2 0), titanium dioxide (Ti0 2), titanium black (Ti0 2 n -i), calcium oxide (CaO), calcium hydroxide [Ca (OH) 2], the oxide aluminum and magnesium (MgO A1 2 0 3 ), clay (A1 2 0 3 2Si0 2 ), kaolin (A1 2 0 3
  • Suitable inorganic reinforcing 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.
  • precipitated silicas are Ultrasil 7000 and Ultrasil 7005 silicas from Degussa, Zeospil 1165MP, 1135MP and 1115MP from Rhodia, Hi-Sil EZ150G silica from PPG, Zeopol 8715 silicas. , 8745 and 8755 of the Huber Company, high surface area silicas as described in WO 03/16837.
  • the unmodified reinforcing inorganic filler does not coagulate spontaneously with natural rubber.
  • the silica aggregates are typically hydrophilic and have more affinity with water than with the elastomer particles themselves.
  • hydrophobic agents of the following formula (I) are grafted onto the particle:
  • n is an integer equal to 1 or 2
  • -E represents a functional group which is capable of binding physically and / or chemically to the filler and comprising in its structure at least one alkyl or alkylene chain comprising from 1 to 18 carbon atoms conferring on the group E hydrophobic properties;
  • -F represents a group that can bind or not physically and / or chemically to the diene elastomer.
  • hydrophobic agent is of formula (II) below:
  • F denotes the group K defined below, and m varies from 0 to 2
  • F denotes an amino group, a polysulfide group (Sx), an epoxy group, and m varies from 0 to 2,
  • the groups G are chosen, independently of each other, from a hydrogen atom, a Ci-Cs hydrocarbon group chosen from linear, branched or cyclic alkyl groups, aralkyl groups, alkylaryl groups and aryl groups, such as a phenyl, a benzyl, a cyclopentyl, a cyclohexyl, an alkoxy group (RiO) -, in which R 1 represents a saturated C 1 -C 8 alkyl radical, such as, for example, methyl, ethyl or isopropyl groups, preferably at least one methyl and ethyl group, a halogen atom, such as fluorine, chlorine, bromine and iodine and a hydroxyl group,
  • a Ci-Cs hydrocarbon group chosen from linear, branched or cyclic alkyl groups, aralkyl groups, alkylaryl groups and aryl groups, such as a phenyl, a
  • At least one group G is chosen from an alkoxy group, a chlorine atom, or a hydroxyl group
  • L denotes a saturated or unsaturated alkylene radical, linear, branched or cyclic Ci-Ci 8, and preferably 1 to 8 carbon atoms, such as for example methylene, ethylene, isopropylene, n-butylene, octadecylene, phenylene, cyclopentylene and cyclohexylene, and optionally comprising an oxygen atom,
  • K denotes a hydrogen atom, a halogen atom, such as fluorine, chlorine, bromine and iodine, a functional group chosen from an amino group, a polyaminoalkyl group, a mercapto group and an epoxy group; , a hydroxy group, a vinyl group, an acryloxy group, a methacryloxy group, an -SCN group, a group R (CO) S- where R is alkyl Cl-Cl 8.
  • a halogen atom such as fluorine, chlorine, bromine and iodine
  • m 0.
  • the hydrophobic agent is of formula (III) below:
  • the hydrophobic agent is of formula (IV) below:
  • the hydrophobing agent is selected from chlorotrimethylsilane, chlorotriethylsilane, chlorotripropylsilane, bromotrimethylsilane, bromotriéthylsilane, bromotripropylsilane, fluorotriméthylsilane, methoxy trimethylsilane, formulathoxytriéthylsilane, formulathoxytripropylsilane, chlorotrimethylsilane, dichlorodimethylsilane, trichloromethylsilane, bromotrimethylsilane, dibromodiméthylsilane, tribromométhylsilane, methoxytrimethylsilane, diméthoxydiméthyl silane, trimethoxymethylsilane , tetramethoxysilane, trimethoxypropylsilane, trimethoxyoctylsilane, trimethoxy hexade
  • TESPT bis (3-triethoxysilylpropyl) tetrasulfide
  • Si69 in the form of a commercial mixture of polysulfides S x with a mean value for x which is close to 4.
  • the hydrophobic agent is chosen from ⁇ -octenyldimethylchlorosilane, bis-3-triethoxysilylpropyl tetrasulfide and their mixture.
  • one of the alkoxy groups, or the halogen atom carried by the silane will react with a silanol group present on the surface of the silica, when the unmodified filler according to the invention is silica.
  • the filler is hydrophobized silica.
  • the hydrophobing agent once attached to the reinforcing inorganic filler comprises at most 30 carbon atoms, and more particularly from 1 to 25 carbon atoms.
  • hydrophobic filler in the sense of the present invention a reinforcing inorganic filler which carries enough hydrophobic agents to allow the coagulation of the filler with the elastomer.
  • the hydrophobic filler is characterized by a degree of hydrophobation greater than or equal to 0.29 carbon atoms carried by the hydrophobic agent once fixed on the load per nm 2 of filler surface.
  • the degree of hydrophobation ranges from 0.29 to 0.73 carbon atoms / nm 2 of area.
  • the BET specific surface area of a charge is generally measured, and in a manner known per se according to the method of BRUNAU-EMMETT-TELLER described in "The Journal of the American Chemical Society", Vol. 60, p. 309, Feb. 1938, corresponding to the ISO 5794/1 standard.
  • the concentration of filler is preferably between 0.1 and 20% by weight, preferably between 1 and 15% by weight relative to the water present in the aqueous filler dispersion ( B).
  • hydrophobic fillers and in particular carbon black, spontaneously coagulate with natural rubber latices, that is to say that coagulation starts practically instantaneously at the macroscopic level at the time of the mid-contact of the carbon black and the latex, under a very weak yelling.
  • the presence of the surfactant in the aqueous dispersion (B) makes it possible to stabilize the aqueous dispersion (C), that is to say that which results from the mixing of the charge dispersion (B) and the diene elastomer latex (A) and thus to delay the coagulation phase of the mixture.
  • the duration of the homogenization phase of the dispersion (C) is a function of the amount of surfactant present within this di spersion.
  • This phenomenon has also been ob served for an aqueous dispersion (B) of hydrophobic reinforcing inorganic fillers, such that the hydrophobized silica comprising surfactant; and diene elastomer latex (A).
  • B aqueous dispersion of hydrophobic reinforcing inorganic fillers, such that the hydrophobized silica comprising surfactant; and diene elastomer latex
  • the presence of surfactant in the aqueous dispersion (B) delays the coagulation of the aqueous dispersion (C).
  • the diene elastomer latex (A) may also comprise one or more surfactants.
  • the aqueous dispersion of filler (B) comprises one or more surfactants, in particular so as to make it stable.
  • This surfactant may be anionic, nonionic, cationic or amphoteric.
  • Nonionic surfactants are well-known compounds per se (see in particular in this regard "Handbook of Surfactants” by R. Porter, Blacke & Son (Glasgow and London), 1 991, pp. 16-188).
  • the following may be chosen among (non-limiting) alcohol, alpha-diols and alkylphenols, these compounds being polyethoxylated and / or polypropoxylated and having a fatty chain comprising, for example, 8 to 18 carbon atoms. carbon atoms, the number of ethylene oxide or propylene oxide groups that may range from 2 to 50. Copolymers of ethylene oxide and of propylene oxide may also be mentioned.
  • polyethoxylated fatty amides preferably having from 2 to 30 moles of ethylene oxide, polyglycerolated fatty amides comprising on average 1 to 5 glycerol groups and in particular 1, 5 to 4; oxyethylenated sorbitan fatty acid esters having from 2 to 30 moles of ethylene oxide; polyethoxylated oils preferably having from 2 to 50 moles of ethylene oxide; sucrose fatty acid esters, polyethylene glycol fatty acid esters, alkylpolyglycosides, N-alkylglucosamine derivatives, amine oxides such as amine (C 10 -C 14 ) alkylamines or N-acylaminopropylmorpholine oxides, oxyethylenated and / or oxypropylenated polydimethyl siloxanes.
  • polyethoxylated fatty amides preferably having from 2 to 30 moles of ethylene oxide, polyglycerolated fatty amides comprising
  • amphoteric or zwitterionic surfactant (s), usable in the present invention may be in particular derivatives of secondary or tertiary aliphatic amines, optionally quaternized, in which the aliphatic group is a linear or branched chain comprising from 8 to 22 carbon atoms, said amine derivatives containing at least one anionic group such as, for example, a carboxylate, sulfonate, sulfate, phosphate or phosphonate group.
  • cocoamphodiacetate sold by the company RHODIA under the trade name MIRANOL® C2M concentrate.
  • amphoteric or zwitterionic surfactants mentioned above, it is utili preferably (C 8 -2o) alkylbetaines such as cocoylbetaine, the (C 8 -2o) amido (alkyl C3 -8) betaines such as cocoylamidopropylbetaine, and mixtures thereof. More preferably, the amphoteric or zwitterionic surfactant (s) are selected from cocoylamidopropylbetaine and cocoylbetaine.
  • anionic surfactant is understood to mean a surfactant comprising as ionic or ionizable groups only anionic groups. These anionic groups are preferably chosen from the groups C0 2 H, C0 2 SO 3 H, SO 3 " , OSO 3 H, OSO 3 " , ⁇ 2 ⁇ 3 , HPO 3 " , PO 3 2" , H 2 PO 2 , HP0 2 " , P0 2 2” POH, PO " .
  • anionic surfactants that can be used in the composition according to the invention, mention may be made of alkyl sulphates, alkyl ether sulphates, alkylamido ether sulphates, alkylaryl polyether sulphates, monoglyceride sulphates, alkyl sulphonates, alkyl amide sulphonates and alkyl aryl sulphonates.
  • agent or the anionic surfactants are in the salt form, they may be chosen from alkali metal salts such as the sodium or potassium salt and preferably sodium salt, ammonium salts, amine salts and in particular aminoalcohols or alkaline earth metal salts such as magnesium salt.
  • cationic surfactants examples include primary, secondary or tertiary fatty amine salts, quaternary ammonium salts, such as tetraalkylammonium chlorides or bromides, alkylamidoalkyl trialkylammonium chlorides, trialkylbenzylammonium chlorides, trialkylhydroxyalkylammonium or alkylpyridinium; imidazoline derivatives; or oxides of amines with a cationic character.
  • the surfactant used is chosen from anionic, nonionic and amphoteric surfactants and their mixture.
  • the anionic surfactants are used, and in particular the alkyl sulfates.
  • the most preferred surfactant is sodium dodecyl sulphate.
  • the concentration of surfactant is preferably strictly greater than 0.01% by weight relative to the total weight of the aqueous dispersion (B), more particularly strictly greater than 0.1%. more preferably between 0.1 and 20% by weight, and even more preferably between 0.1 and 2% by weight relative to the total weight of the aqueous dispersion (B).
  • the charge (s) according to the invention in particular the carbon black associated with at least one surfactant, are then dispersed in water, preferably so as to obtain a dispersion whose viscosity is sufficient to be easily handled.
  • the dispersion is sonified in order to make it possible to obtain stability of the aggregates in the water, which makes it possible to improve the dispersibility of the aqueous filler dispersion in the masterbatch subsequently produced.
  • the diene elastomer used is natural rubber and the filler used is hydrophobized silica.
  • the diene elastomer used is natural rubber and the organic filler used is carbon black. This embodiment is preferred.
  • the latex of the diene elastomer (A) and the stable dispersion of filler (B) are brought into contact.
  • the filler slurry is poured slowly into the elastomer latex, or vice versa, with stirring, preferably slow, so as to ensure good homogenization of the medium.
  • the mixture of dispersions (A) and (B) can also be carried out simultaneously in one another with a controlled flow rate is also possible.
  • the presence of the surfactant in the aqueous filler dispersion (B) is a variable parameter, which directs the kinetics of the coagulation of the medium, and this by keeping constant the supply of mechanical energy.
  • the method according to the invention thus makes it possible to control, or even to control, the coagulation of the medium.
  • Controlling the duration of the homogenization phase of the latex and slurry makes it possible to act directly on the homogeneity of the medium and of the final masterbatch.
  • Coagulation can be brought about by providing sufficient mechanical energy to the system. For example, a significant increase in shear rate can be applied to the medium. According to other embodiments, it is also possible to compress the system. This supply of mechanical energy will simultaneously destabilize the entire volume and cause the coagulation of the medium.
  • Another possibility is to leave the medium under a constant supply of mechanical energy, that is to say identical to the contribution made during the homogenization phase. For example, maintaining a constant shear rate for these two phases: homogenization and coagulation. Thus, once the surfactant no longer makes it possible to stabilize the dispersion (C), then it tends to coagulate.
  • static mixers or dynamic mixers such as paddle stirrers, may be used.
  • a static mixer such as those marketed by the companies Noritake Co., Limited, TAH in the USA, KOFLO USA, or TOKUSHU KIKA KOGYO Co., Ltd. or a high shear mixer such as mixers marketed by TOKUSHU KIKA KOGYO Co., Ltd., or by PUC in Germany, by CAVITRON in Germany or by SILVERSON in the UK.
  • an elastomer and filler coagulum is formed either as a single solid element in the solution or as a plurality of separate solid elements.
  • the aqueous dispersion volume of the filler (B) depends on the target filler content for the masterbatch to be produced, the volume of the diene elastomer latex (A) and their respective concentration.
  • the target charge rate for the masterbatch is between 10 and 150 phr, preferably between 10 and 100 phr and more preferably between 15 and 90 phr, more preferably between 15 and 70 phr.
  • the method according to the invention does not include the addition of coagulation agent. It is the contribution of mechanical energy to the system, which causes coagulation.
  • the amount of mechanical energy supplied to the system and the content of surfactant present in the aqueous dispersion (C) are two parameters for controlling the kinetics of the homogenization and coagulation phases.
  • the coagulation agent is not the factor responsible for triggering coagulation.
  • the solid (s) are recovered for example by filtration or by centrifugation.
  • the filtering operation which can be carried out using a filtration system, may be unsuitable when the coagulum is in the form of many small and solid elements. In such a case, a further centrifugation operation is preferably carried out.
  • the coagulum obtained is dried, for example in an oven.
  • the process according to the invention can be carried out continuously, as well as continuously.
  • the diene elastomer latex (A) and the aqueous filler dispersion (B) according to the invention may also comprise all or part of the usual additives normally used in elastomer compositions intended for the manufacture of tires, in particular treads, such as plasticizers or extension oils, whether these are of aromatic or non-aromatic nature, pigments, protective agents such as anti-ozone waxes, chemical antiozonants, anti-oxidants, anti-fatigue agents, reinforcing resins, acceptors (for example phenolic novolac resin) or methylene donors (for example HMT or H3M) 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 bi-smaleimides, vulcanization accelerators, vulcanization activators, but excluding tense activators based on zinc (or in compliance with the maximum 0, 5 phr of zinc in the composition, and preferably less than 0.3
  • these dispersions comprise, as preferred non-aromatic or very weakly aromatic plasticizing agent, at least one compound selected from the group consisting of naphthenic, paraffinic, MES, TDAE oils, esters (in particular trioleates). ) glycerol, the hydrocarbon plasticizing resins having a high Tg preferably greater than 30 ° C, and mixtures of such compounds.
  • the diene elastomer latex (A) and the aqueous charge dispersion (B) may also contain, coupling agents, coupling activators, reinforcing inorganic filler, or more generally surfactants.
  • coupling agents such as sodium bicarbonate
  • coupling activators such as sodium bicarbonate
  • reinforcing inorganic filler such as sodium bicarbonate
  • these agents being for example hydrolysable silanes such as alkylalkoxysilanes (especially alkyltriethoxysilanes), polyols, polyethers (for example polyethyleneglycol s), primary, secondary or tertiary amines (for example trialkanolamines), hydroxylated or hydrolyzable POs, for example ⁇ , ⁇ -dihydroxy-polyorganosiloxanes (in particular ⁇ , ⁇ -dihydroxy-polydimethylsiloxanes), fatty acids such as stearic acid.
  • hydrolysable silanes such as alkylalkoxysilanes (especially alkyltriethoxysilanes), polyols, polyethers (for example polyethyleneglycol s), primary, secondary or tertiary amines (for example trialkanolamines), hydroxylated or hydrolyzable POs, for example ⁇ , ⁇ -dihydroxy-polyorganosilox
  • additives described above could also be incorporated into the masterbatch before the coagulation phase and / or after the formation of the coagulum.
  • the invention also relates to a masterbatch of diene elastomer and filler prepared according to the method described above.
  • the invention also relates to a rubber composition based on at least one masterbatch of diene elastomer and filler prepared according to the method described above.
  • the rubber compositions of the invention are manufactured in suitable mixers, using two successive preparation steps according to a general procedure well known to those skilled in the art: a first phase of work or thermo-mechanical mixing (qualified perfumes) at a high temperature, up to a maximum temperature of between 130 ° C and 200 ° C, preferably between 145 ° C and 1 85 ° C, followed by a second phase of work mechanical (so-called "productive" phase) at a lower temperature, typically less than 120 ° C, for example between 60 ° C and 100 ° C, finishing phase during which is incorporated the crosslinking system or vulcanization .
  • all the basic constituents of the compositions of the invention are intimately incorporated, by kneading, with the diene elastomer during the first so-called non-productive phase, that is to say that is introduced into the mixer and kneaded Thermomechanically, in one or more steps, at least these various basic constituents up to a maximum temperature of between 130 ° C and 200 ° C, preferably between 145 ° C and 185 ° C.
  • the first (non-productive) phase is carried out in a single thermomechanical step in the course of which all the necessary constituents, the possible agents, are introduced into a suitable mixer such as a conventional internal mixer. overlap or other complementary additives, with the exception of the vulcanization system.
  • the total mixing time in this non-productive phase is preferably between 1 and 15 minutes.
  • the vulcanization system is then incorporated at low temperature, generally in an external mixer such as a roll mill; the whole is then mixed (productive phase) for a few minutes, for example between 2 and 15 min.
  • the vulcanization system itself is preferably based on sulfur and a primary vulcanization accelerator, in particular a sulfenamide type accelerator.
  • vulcanization system may be added, incorporated during the first non-productive phase and / or during the productive phase, various known secondary accelerators or vulcanization activators, excluding zinc and any derivative zinc such as ZnO or by respecting a zinc content of the composition of less than 0.5 phr, and preferably less than 0.3 phr, such as, for example, fatty acids such as stearic acid, guanidine derivatives (in particular particular diphenylguanidine), etc.
  • the sulfur content is preferably between 0.5 and 3.0 phr, that of the primary accelerator is preferably between 0.5 and 5.0 phr.
  • the final composition thus obtained is then calendered, for example in the form of a sheet or a plate, in particular for a characterization in the laboratory, or else extruded in the form of a rubber profile that can be used, for example, as a tread. tire for passenger vehicle.
  • the invention also relates to the use of surfactant for delaying the coagulation phase of the aqueous dispersion (C).
  • the invention also relates to a finished or semi-finished article comprising a composition as defined above.
  • the invention also relates to a tire tread comprising a composition as defined above.
  • the invention finally relates to a tire or semi-finished product comprising at least one rubber composition as defined above.
  • Vibracell ultrasound generator model VCX500 (ref Fischer W75042) of 500 W power, used at 60% of its maximum power.
  • Masterbatch prepared The reagents used to prepare the masterbatch are shown in the following table. The contents of reagents are expressed in g%.
  • the masterbatch 1 is prepared according to a process according to the invention, and this in the following manner.
  • the natural rubber latex is weighed in a glass beaker. A magnetic bar is added. It is then diluted in distilled water to a concentration of 40% by weight of natural rubber.
  • the reagents After weighing the black, the water and the surfactant: the sodium dodecyl sulphate denoted SDS, the reagents are brought into contact in a glass beaker of 50 ml (low form).
  • the aqueous dispersion (B) is stirred slightly before mixing with the dispersion (A), in order to minimize any sedimentation effects of the charges.
  • a volume of the aqueous dispersion (B) is slowly poured into the same volume of aqueous dispersion (A) under manual stirring with a spatula, leading to the aqueous dispersion (C) 1 described in the table above.
  • the sample is placed in the rheometer, the cone then being placed on it gently and in manual mode so as not to induce shear forces before the measurement.
  • the characteristic time ⁇ is measured according to the following method.
  • the time course of the viscosity is measured for a sample at a given shear rate, for example in FIG. 1 at 500s -1 , during 10 second intervals, alternated with 80 second intervals, during which The dynamic properties were measured at a maximum strain rate of 0.2% and at a frequency of 1 Hz.
  • the viscosity of the sample increases very strongly under the shear effect reflecting the sudden destabilization of the aqueous dispersion (C).
  • small elastic solids appear between the rotor and the rheometer stator at the end of the measurement.
  • Figure 1 illustrates the evolution over time of the viscosity.
  • the characteristic time ⁇ is calculated by linear extrapolation of both the initial viscosity plateau and the rapid rise during coagulation.
  • the characteristic time ⁇ is determined at the intersection of these two extrapolated curves, as shown in FIG.
  • the aqueous dispersion (C) 1 is placed in the rheometer.
  • a series of measurements of the characteristic time ⁇ before coagulation is from dispersion 1 for several shear rates: 200, 300, 400 and 500 s -1
  • Figure 2 shows the values obtained taking into account an estimate of the standard deviation.
  • Figure 2 shows the characteristic time ⁇ as a function of the shear rate.
  • the reagents used to prepare the master batches are shown in the following table.
  • the contents of reagents are expressed in g%.
  • the masterbatch 2 to 4 are prepared according to a process according to the invention, and according to the protocol described above. Evaluation of the characteristic time ⁇
  • a cure speed of 100 sec -1 is applied for each of mixtures 2 to 4 and the characteristic time before coagulation is measured. The measurements are shown in the table below.
  • the beginning of the coagulation phase can also be controlled by an additional supply of mechanical energy.
  • the silica is ground into a fine powder using a mortar and pestle.
  • the hydrophobicity of the silica is adjusted by silanization of its surface with octenyldimethylchlorosilane (ODCS).
  • the hydrophobic silica is prepared by reacting 5 g of hydrophilic silica with 0.08 g of ODCS in the presence of 50 g of toluene, resulting in a hydrophobic silica, the hydrophobation rate of which is 0.29 carbon atoms / nm 2 of surface area. charge.
  • ODCS ODCS dissolved in toluene.
  • the medium is stirred with a magnetic stirrer.
  • the milled silica powder is added to the medium and the dispersion is stirred for two minutes.
  • the composition is placed in a petri dish (diameter 18.5 cm) and is placed at a temperature of 70 ° C for one hour to allow the evaporation of toluene.
  • the powder obtained is dispersed in distilled water after two minutes of sonication.
  • a masterbatch is prepared according to a process according to the invention and this in the following manner.
  • the reagents used to prepare the master batches are shown in the following table.
  • the contents of reagents are expressed in g.
  • the natural rubber latex is weighed in a glass beaker, a magnetic stir bar is added thereto, it is then diluted in distilled water to a concentration of 60% by weight of natural rubber.
  • hydrophobic silica as prepared above are dispersed in 20 ml of water. Then the whole is homogenized using an ultrasound probe for two minutes. The silica agglomerated on the probe at the end of the two minutes is incorporated into the mixture using a spatula.
  • aqueous dispersion (B) 3.3 g of aqueous dispersion (B) are introduced into a 15 ml beaker with a magnetic bar. The appropriate amount of Sodium Dodecyl Sulfate is added thereto. The medium is stirred with a magnetic bar for 30 seconds at 700 rpm, in order to homogenize the dispersion B. Then 3.3 g of the aqueous dispersion (A) are added to the medium. This operation is carried out for the different amounts of Sodium Dodecyl Sulfate of compositions 5 to 6. Evaluation of the characteristic time ⁇
  • a shear rate of 700rpm is applied for each of the mixtures 5 to 7 and the characteristic time before coagulation is measured. The measurements are shown in the table below.

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Abstract

L'invention porte sur un procédé de préparation d'un mélange-maître en phase liquide à base d'un ou plusieurs latex d'élastomères diéniques et d'une ou plusieurs charges comprenant les étapes successives suivantes: réalisation d'une dispersion aqueuse stable et homogène (C), par mélange, d'un ou plusieurs latex d'élastomère diénique (A) avec une ou plusieurs dispersions aqueuses stables (B) d'une ou plusieurs charges, lesdites charges; homogénéisation de la dispersion aqueuse (C), coagulation au sein de la dispersion aqueuse (C) du ou desdit latex d'élastomères diéniques avec la ou les charges par apport d'énergie mécanique, récupération du coagulum, séchage du coagulum récupéré pour obtenir le mélange maître.

Description

Procédé de préparation d' un mélange-maître en phase liquide
L ' invention concerne un procédé de préparation d'un mélange- maître en phase liquide d 'un ou plusieurs élastomères diéniques, en particulier un latex de caoutchouc naturel, et d' une ou plusieurs charges.
On entend par « mélange-maître » (couramment désigné par son nom anglai s « masterbatch ») : un composite à base d' élastomère dans lequel a été introduit une ou plusieurs charges et éventuellement d' autres additifs .
Pour obtenir l es propriétés de renforcement optimales conférées par une charge dans une bande de roulement de pneumatique et ainsi une haute rési stance à l'usure, on sait qu'il convient d'une manière générale que cette charge soit présente dans la matrice élastomérique sous une forme finale qui soit à la fois la plus finement divi sée possible et répartie de la façon la plus homogène possible. Or, de telles conditions ne peuvent être réali sées que dans la mesure où cette charge présente une très bonne aptitude, d'une part à s'incorporer dans la matrice lors du mélange avec l'élastomère et à se désagglomérer, d'autre part à se di sperser de façon homogène dans cette matrice.
Or, afin d' améliorer la di spersibilité de la charge dans la matrice élastomérique, il est connu de recourir à un mélange d' élastomère et de charge en phase « liquide » . Pour ce faire, il est fait appel à un élastomère sous forme de latex, et à une di spersion aqueuse de la charge, couramment appelée « slurry » .
Le procédé de préparation de mélange-maître en phase liquide comporte une étape de coagulation, qui généralement est initiée par l ' aj out d'un agent de coagulation dans le milieu. Le brevet US 5 , 763 , 388 enseigne un procédé de préparation en phase liquide d' un mélange-maître d 'un latex de polymère et de silice en tant que charge, comprenant l ' incorporation au sein du latex d ' une silice modifiée. Cette silice a préalablement réagi avec un agent de couplage, cette modification de la silice permettant de disperser uniformément la silice modifiée au sein du latex de polymère. Selon ce document, l'étape de coagulation se fait en présence d'un agent de coagulation.
La charge peut également être du noir de carbone. Dans ce domaine, dès 1955, le problème de la dispersion uniforme des charges, et notamment du noir de carbone au sein du caoutchouc était déjà posé. Ainsi, il est connu du document BE 541816 un procédé de préparation d'un mélange-maître de caoutchouc et de noir de carbone en phase liquide. Ce procédé se fait en continu et utilise des chocs hydrauliques ou une violente agitation mécanique pour réaliser la dispersion du noir de carbone au sein de la matrice élastomérique.
Plus récemment, le document W097/36724 divulgue un procédé de préparation d'un mélange-maître et un appareillage spécifique permettant d'améliorer la dispersibilité du noir de carbone dans un latex de caoutchouc naturel. Cette technologie répond à deux objectifs : la réalisation de l'étape de coagulation en absence d'agent coagulant et l'obtention d'un mélange-maître, dont la répartition de la charge est uniforme. Toutefois, cette technologie présente un certain nombre d'inconvénients. L'appareillage mis en œuvre est très complexe et le procédé décrit s'appuie sur des caractéristiques très précises liées à cet appareillage, tel que une géométrie de la zone de coagulation définie ou encore une différence de vitesse de flux définie.
Ainsi, il est recherché un procédé de préparation d'un mélange- maître conduisant à un mélange-maître dont la répartition de la charge est uniforme dans tout le produit, dont le rendement massique et le ratio charge/élastomère sont satisfaisants, ce procédé devant être facile à mettre en œuvre à partir d'équipements simples.
De plus, il serait intéressant de pouvoir mieux contrôler, voir de commander les phases d'homogénéisation et de coagulation de manière à pouvoir agir sur la répartition de la charge au sein du coagulum.
Or, les demanderesses ont découvert qu'il était possible de contrôler l'homogénéisation du mélange de l'élastomère et de la charge avant la phase de coagulation permettant ainsi d'améliorer la répartition des charges dans la matrice élastomérique, et de faire participer l'ensemble des charges présentes dans la matrice conduisant ainsi à un très bon rendement massique en respectant le taux de charge préalablement introduit.
Avantageusement, le procédé selon l'invention ne nécessite pas l'utilisation d'agent coagulant.
L'invention porte ainsi sur un procédé de préparation d'un mélange-maître en phase liquide à base d'un ou plusieurs latex d'élastomères diéniques et d'une ou plusieurs charges, comprenant les étapes successives suivantes :
-réalisation d'une dispersion aqueuse stable et homogène (C), par mélange
d'un ou plusieurs latex d'élastomère diénique (A) avec une ou plusieurs dispersions aqueuses stables (B) d'une ou plusieurs charges,
- homogénéisation de la dispersion aqueuse (C),
- coagulation au sein de la dispersion aqueuse (C) du ou desdits latex d'élastomère diénique avec les charges par apport d'énergie mécanique,
- récupération du coagulum, puis
-séchage du coagulum récupéré pour obtenir le mélange-maître. L'invention porte également sur un mélange-maître d'élastomère diénique et de charge préparé selon le procédé décrit ci- dessus.
L'invention a aussi pour objet une composition de caoutchouc à base d'au moins un mélange-maître d'élastomère diénique et de charge préparé selon le procédé décrit ci-dessus, un article fini ou semi-fini comportant une composition telle que définie ci-dessus et une bande de roulement de pneumatique comportant une composition telle que définie ci-dessus.
L'invention a enfin pour objet un pneumatique ou produit semi-fini comportant au moins une composition de caoutchouc telle que définie ci-dessus. D ' autres obj ets, caractéri stiques, aspects et avantages de l ' invention apparaîtront encore plus clairement à la lecture de la description et des exemples qui suivent.
Par homogène, on entend au sens de la présente invention et de façon classique pour un homme du métier, que la concentration en charges et/ou en latex d' élastomère dans un volume donné soit identique à la concentration en charges et/ou en latex dans le volume total du mélange-maître ou de la di spersion.
L' homme du métier saura vérifier l ' homogénéité de la di spersion, si besoin par des mesures de concentration de la charge et/ou du latex d ' élastomère à partir de plusieurs prélèvements effectués à différents endroits du volume (par exemple en surface ou plus en profondeur dans la cuve) de la di spersion.
Le but recherché est d' éviter la formation de poches de di spersion de charges au sein du mélange-maître, communément appelées agglomérats.
Par l ' expression : composition « à base de », il faut entendre une composition comportant le mélange et/ou le produit de réaction des différents constituants utili sés, 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 chimique.
Dans la présente description, sauf indication expresse différente, tous les pourcentages (%) sont des pourcentages 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), tandi s que tout intervalle de valeurs désigné par l'expression " de a à b " signifie le domaine de valeurs allant de a j usqu'à b (c' est-à-dire incluant les bornes strictes a et b) .
L ' unité de quantité « pce » signifie parties en poids pour cent parties d' él astomère.
Réalisation de la dispersion aqueuse (C) La première étape du procédé selon l'invention consiste à réaliser une dispersion aqueuse stable et homogène (C) à partir d'un ou plusieurs latex d'élastomère (A) avec une ou plusieurs dispersions aqueuses de charges (B).
Par dispersion aqueuse stable, on entend au sens de la présente invention une dispersion dans laquelle les constituants de cette dispersion ne coagulent pas, ne floculent pas, ne comportent pas d'agglomérat, et ne sédimentent pas, du moins au niveau macroscopique, c'est-à-dire que son état n'évolue pas dans un temps déterminé à température ambiante sous une pression atmosphérique.
Plus particulièrement, la dispersion stable n'évolue pas au niveau macroscopique dans le temps par rapport à la coagulation spontanée résultant du mélange du noir de carbone et d'un latex de caoutchouc naturel.
Latex d'élastomère diénique (A)
Par élastomère sous forme de latex, on entend au sens de la présente invention un élastomère se présentant sous forme de particules d'élastomère dispersées dans l'eau.
L'invention concerne les latex d'élastomères diéniques, les élastomères diéniques étant définis comme suit :
Par élastomère ou caoutchouc "diénique", doit être compris de manière connue un élastomère issu au moins en partie (i.e., un homopolymère ou un copolymère) de monomères diènes (monomères porteurs de deux doubles liaisons carbone-carbone, conjuguées ou non).
Ces élastomères diéniques peuvent être classés dans deux catégories : "essentiellement insaturés" ou "essentiellement saturés". On entend en général par "essentiellement insaturé", un élastomère diénique issu au moins en partie de monomères diènes conjugués, ayant un taux de motifs ou unités d'origine diénique (diènes conjugués) qui est supérieur à 15% (% en moles) ; c'est ainsi que des élastomères diéniques tels que les caoutchoucs butyle ou les copolymères de diènes et d'alpha-oléfines type EPDM n'entrent pas dans la définition précédente et peuvent être notamment qualifiés d'élastomères diéniques "essentiellement saturés" (taux de motifs d'origine diénique faible ou très faible, toujours inférieur à 15%). Dans la catégorie des élastomères diéniques "essentiellement insaturés", on entend en particulier par élastomère diénique "fortement insaturé" un élastomère diénique ayant un taux de motifs d'origine diénique (diènes conjugués) qui est supérieur à 50%.
Parmi ces élastomères diéniques, on distingue par ailleurs le caoutchouc naturel et les élastomères synthétiques.
Pour le caoutchouc naturel (NR) qui convient particulièrement à l'invention, ce caoutchouc naturel existe sous différentes formes comme le détail le chapitre 3 « Latex concentrâtes : properties and composition », de K.F. Gaseley, A.D.T. Gordon et T.D. Pendle dans « Naturel Rubber Science and Technology », A.D. Roberts, Oxford University Press - 1988.
En particulier plusieurs formes de latex de caoutchouc naturel sont commercialisés : les latex de caoutchouc naturel dits « de champ » (« latex field »), les latex de caoutchouc naturel dits « concentrés » (« concentrated natural rubber latex »), les latex epoxydés (« ENR »), les latex déprotéinisés, les latex ayant subi une étape de clivage de liaison amide ou encore les latex prévulcanisés. Le latex de caoutchouc naturel de champ est un latex dans lequel de l'ammoniac a été ajouté pour éviter une coagulation précoce et le latex de caoutchouc naturel concentré correspond à un latex de champ qui a subi un traitement correspondant à un lavage suivi d'une concentration. Les différentes catégories de latex de caoutchouc naturel concentrés sont répertoriées notamment selon la norme ASTM D 1076-06. Parmi ces latex de caoutchouc naturel concentrés, on distingue notamment des latex de caoutchouc naturel concentrés de qualité dite : « HA » (high ammonia) et de qualité dite « LA » ; on utilisera avantageusement pour l'invention des latex de caoutchouc naturel concentrés de qualité HA.
Le latex peut être utilisé directement ou être préalablement dilué dans de l'eau pour faciliter sa mise en œuvre. Par élastomères diéniques synthétiques susceptible d'être utilisé conformément à l'invention, on entend plus particulièrement par élastomère diénique :
(a) - tout homopolymère obtenu par polymérisation d'un monomère diène conjugué ayant de 4 à 12 atomes de carbone;
(b) - tout copolymère obtenu par copolymérisation d'un ou plusieurs diènes conjugués entre eux ou avec un ou plusieurs composés vinyle aromatique ayant de 8 à 20 atomes de carbone;
(c) - un copolymère ternaire obtenu par copolymérisation d'éthylène, d'une α-oléfine ayant 3 à 6 atomes de carbone avec un monomère diène non conjugué ayant de 6 à 12 atomes de carbone, comme par exemple les élastomères obtenus à partir d'éthylène, de propylène avec un monomère diène non conjugué du type précité tel que notamment l'hexadiène- 1 ,4, l'éthylidène norbornène, le dicyclopentadiène;
(d) - un copolymère d'isobutène et d'isoprène (caoutchouc butyle), ainsi que les versions halogénées, en particulier chlorées ou bromées, de ce type de copolymère.
A titre de diènes conjugués conviennent notamment le butadiène-1,3, le 2-méthyl-l,3-butadiène, les 2,3-di(alkyle en C1-C5)- 1,3-butadiènes tels que par exemple le 2,3-diméthyl-l,3-butadiène, le 2,3-diéthyl-l,3-butadiène, le 2-méthyl-3-éthyl-l,3-butadiène, le 2- méthyl-3-isopropyl-l,3-butadiène, un aryl-l,3-butadiène, le 1,3- pentadiène, le 2,4-hexadiène. A titre de composés vinylaromatiques conviennent par exemple le styrène, l'ortho-, méta-, para- méthylstyrène, le mélange commercial "vinyle-toluène", le para- tertiobutylstyrène, les méthoxystyrènes, les chlorostyrènes, le vinylmésitylène, le divinylbenzène, le vinylnaphtalène.
Les copolymères peuvent contenir entre 99% et 20% en poids d'unités diéniques et entre 1% et 80% en poids d'unités vinylaromatiques. Les élastomères peuvent avoir toute microstructure qui est fonction des conditions de polymérisation utilisées, notamment de la présence ou non d'un agent modifiant et/ou randomisant et des quantités d'agent modifiant et/ou randomisant employées. Les élastomères peuvent être par exemple à blocs, statistiques, séquencés, microséquencés, et être préparés en dispersion ou en solution ; ils peuvent être couplés et/ou étoilés ou encore fonctionnalisés avec un agent de couplage et/ou d'étoilage ou de fonctionnalisation. Pour un couplage à du noir de carbone, on peut citer par exemple des groupes fonctionnels comprenant une liaison C-Sn ou des groupes fonctionnels aminés tels que aminobenzophénone par exemple ; pour un couplage à une charge inorganique renforçante telle que silice, on peut citer par exemple des groupes fonctionnels silanol ou polysiloxane ayant une extrémité silanol (tels que décrits par exemple dans FR 2 740 778 ou US 6 013718, et WO 2008/141702), des groupes alkoxysilane (tels que décrits par exemple dans FR 2 765 882 ou US 5 977 238), des groupes carboxyliques (tels que décrits par exemple dans WO 01/92402 ou US 6 815 473, WO 2004/096865 ou US 2006/0089445) ou encore des groupes polyéthers (tels que décrits par exemple dans EP 1 127909 ou US 6503973, WO 2009/000750 et WO 2009/000752). Comme autres exemples d'élastomères fonctionnalisés, on peut citer également des élastomères (tels que SBR, BR, NR ou IR) du type époxydés.
Conviennent les polybutadiènes et en particulier ceux ayant une teneur (% molaire) en unités -1,2 comprise entre 4% et 80% ou ceux ayant une teneur (% molaire) en cis-1,4 supérieure à 80%, les polyisoprènes, les copolymères de butadiène-styrène et en particulier ceux ayant une Tg (température de transition vitreuse (Tg, mesurée selon ASTM D3418) comprise entre 0°C et - 70°C et plus particulièrement entre - 10°C et - 60°C, une teneur en styrène comprise entre 5% et 60% en poids et plus particulièrement entre 20% et 50%), une teneur (%> molaire) en liaisons -1,2 de la partie butadiénique comprise entre 4%> et 75%>, une teneur (%> molaire) en liaisons trans-1,4 comprise entre 10%> et 80%>, les copolymères de butadiène-isoprène et notamment ceux ayant une teneur en isoprène comprise entre 5%> et 90%> en poids et une Tg de - 40°C à - 80°C, les copolymères isoprène-styrène et notamment ceux ayant une teneur en styrène comprise entre 5%> et 50%> en poids et une Tg comprise entre - 5 C et - 50°C. Dans le cas des copolymères de butadiène-styrène- isoprène conviennent notamment ceux ayant une teneur en styrène comprise entre 5% et 50% en poids et plus particulièrement comprise entre 10%> et 40%, une teneur en isoprène comprise entre 15%> et 60%> en poids et plus particulièrement entre 20% et 50%, une teneur en butadiène comprise entre 5% et 50% en poids et plus particulièrement comprise entre 20% et 40%, une teneur (% molaire) en unités -1,2 de la partie butadiénique comprise entre 4% et 85%, une teneur (% molaire) en unités trans -1,4 de la partie butadiénique comprise entre 6%> et 80%), une teneur (% molaire) en unités -1,2 plus -3,4 de la partie isoprénique comprise entre 5% et 70% et une teneur (% molaire) en unités trans -1,4 de la partie isoprénique comprise entre 10% et 50%, et plus généralement tout copolymère butadiène-styrène-isoprène ayant une Tg comprise entre - 5°C et - 70°C.
En résumé, le ou les élastomères diéniques synthétiques selon l'invention sont choisis préférentiellement dans le groupe des élastomères diéniques fortement insaturés constitué par les polybutadiènes (en abrégé "BR"), les polyisoprènes (IR) de synthèse, les copolymères de butadiène, les copolymères d'isoprène et les mélanges de ces élastomères. De tels copolymères sont plus préférentiellement choisis dans le groupe constitué par les copolymères de butadiène-styrène (SBR), les copolymères d'isoprène- butadiène (BIR), les copolymères d'isoprène-styrène (SIR) et les copolymères d'isoprène-butadiène-styrène (SBIR).
Ainsi à titre de latex d'élastomère synthétique, le latex peut notamment consister en un élastomère diénique synthétique déjà disponible sous forme d'émulsion (par exemple un copolymère de butadiène et de styrène, SBR, préparé en émulsion), ou en un élastomère diénique synthétique initialement en solution (par exemple un SBR préparé en solution) qui est émulsifié dans un mélange de solvant organique et d'eau, généralement au moyen d'un agent tensio- actif.
Convient particulièrement à l'invention un latex de SBR, notamment un SBR préparé en émulsion ("ESBR") ou un SBR préparé en solution ("SSBR"), et plus particulièrement un SBR préparé en émulsion.
Il existe deux grands types de procédés de copolymérisation en émulsion du styrène et de butadiène, l'un d'entre eux, ou procédé à chaud (mis en oeuvre à une température proche de 50° C), étant adapté pour la préparation de SBR très ramifiés alors que l'autre, ou procédé à froid (mis en oeuvre à une température pouvant aller de 15° C à 40° C), permet d'obtenir des SBR plus linéaires.
Pour une description détaillée de l'efficacité de plusieurs émulsifiants utilisables dans ledit procédé à chaud (en fonction des taux desdits émulsifiants), on pourra par exemple se reporter aux deux articles de C. W. Carr, 1. M. Kolthoff, E. J. Meehan, University of Minesota, Minneapolis, Minesota qui ont paru dans Journal of Polymer Science de 1950, Vol. V, n°2, pp. 201-206, et de 1951, Vol. VI, n° 1, pp.73-81.
Concernant des exemples comparatifs de mise en oeuvre dudit procédé à froid, on pourra par exemple se reporter à l'article ½ Industrial and Engineering Chemistry, 1948, Vol. 40, n° 5, pp. 932- 937, E. J. Vandenberg, G. E. Hulse, Hercules Powder Company, Wilmington, Delaware + et a l'article ½ Industrial and Engineering Chemistry, 1954, Vol. 46, n° 5, pp. 1065-1073, J. R. Miller, H. E. Diem, B. F. Goodrich Chemical Co. , Akron, Ohio +.
Dans le cas d'un élastomère SBR (ESBR ou SSBR), on utilise notamment un SBR ayant une teneur en styrène moyenne, par exemple comprise entre 20% et 35% en poids, ou une teneur en styrène élevée, par exemple de 35 à 45%, une teneur en liaisons vinyliques de la partie butadiénique comprise entre 15% et 70%, une teneur (% molaire) en liaisons trans-1,4 comprise entre 15% et 75% et une Tg comprise entre - 10°C et - 55°C ; un tel SBR peut être avantageusement utilisé en mélange avec un BR possédant de préférence plus de 90% (% molaire) de liaisons cis-1,4.
On notera que l'on peut envisager d'utiliser un ou plusieurs latex de caoutchouc naturel en coupage, un ou plusieurs latex de caoutchouc synthétique en coupage ou un coupage un ou plusieurs latex de caoutchouc naturel avec un ou plusieurs latex de caoutchouc synthétique.
Selon un mode de réali sation préféré de l'invention, le procédé met en œuvre une di spersion aqueuse de caoutchouc naturel, et plus particulièrement un latex concentré de caoutchouc naturel, et notamment un latex de caoutchouc naturel concentré de qualité dite : « HA » (high ammonia) et de qualité dite « LA » . Plus particulièrement, le latex de caoutchouc naturel concentré de qualité dite : « HA » (high ammonia) est utili sé.
La concentration en caoutchouc naturel dans la di spersion aqueuse (A) va de 10 à 65% en poids, de préférence de 30 à 65% en poids, et notamment de 40 à 65% en poids par rapport au poids total de la dispersion.
Dispersion aqueuse stable d 'une ou plusieurs charges (B) Par di spersion aqueuse stable, comme définit ci-dessus pour la di spersion aqueuse (C), on attend une di spersion dans laquell e les constituants de cette di spersion, c' est-à-dire les charges ne coagulent pas, ne floculent pas, ne comportent pas d ' agglomérat, et ne sédimentent pas, du moins au niveau macroscopique, c' est-à-dire que son état n' évolue pas dans un temps déterminé à température ambiante sous une pression atmosphérique.
Par charge, au sens de la présente invention, on entend l ' espèce chimique, qui sera présente dans la di spersion (B) et aj outée à la di spersion aqueuse de latex d' élastomère diénique (A), pour former la di spersion (C) . Ainsi, ce terme pourra désigner une espèce chimique non modifiée, telle que le noir de carbone ou bien une espèce chimique modifiée, telle que la silice hydrophobée.
On peut utili ser tout type de charge renforçante connue pour ses capacités à renforcer une compositi on de caoutchouc utili sabl e pour la fabrication de pneumatiques.
De préférence, les charges selon l ' invention coagulent spontanément avec l ' élastomère diénique.
Quelque soit la nature chimique de la charge, les charges préférées selon l ' invention coagulant spontanément avec l ' élastomère diénique possèdent des propriétés de surface comparables à celles du noir de carbone non modifi é, c' est-à-dire une énergie de surface comparable à celle du noir de carbone . Ces charges peuvent être choisies parmi une charge organique renforçante, telle que du noir de carb one, une charge inorganique renforçante modifiée chimiquement, telle que la silice hydrophobée, une charge organique renforçante modifiée chimiquement, une charge hybride organique/inorganique, une charge à base de polymère et leur mélanges, ces charges coagulant toutes spontanément avec le latex d ' élastomère diénique.
De préférence, les charges sont choi sies parmi le noir de carbone, le noir de carbone modifié par des fonctions organi ques, du noir de carbone traité par de la silice et de la silice modifiée par des fonctions organiques.
Par exemple, il est possible d' utili ser un coupage de deux types de charges différentes, notamment un coupage de noir de carb one et de charge inorganique modifiée.
Selon un premier mode de réali sation, la charge est une charge organique.
Charges organiques
La charge organique utili sable dans la di spersion aqueuse (B) selon l ' invention est de préférence, le noir de carbone.
Comme noirs de carbone conviennent tous les noirs de carbone connus, notamment les noirs du type HAF, ISAF, SAF conventionnellement utili sés dans les 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 N I 1 5 , N 134, N234, N326, N330, N339, N347, N375.
On peut aussi utiliser, selon les applications visées, des noirs de séries plus élevées FF, FEF, GPF, SRF, par exemple les noirs N660, N683 , N772. Comme exemples de charges organiques autres que des noirs de carbone, on peut citer les charges organiques de polyvinylaromatique fonctionnali sé telles que décrites dans les demandes WO-A-2006/069792 et WO-A-2006/069793, comme par exemple des charges de polyvinylaromatique hydrophobes.
Selon un second mode de réalisation, la charge est une charge inorganique modifiée.
Charges inorganiques non modifiée
Par "charge inorganique renforçante" selon l'invention, 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 filler") 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. Dans le cadre de la présente invention, une telle charge se caractérise par son caractère hydrophile, c'est-à-dire 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 densifiée 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 telles que décrites ci-après.
En tant que silice peut être mentionnée la silice précipitée, pyrogénée ou colloïdale. En tant que charge inorganique, peuvent être citées: la silice (Si02), l'alumine (A1203) ; l'alumine monohydrate (A1203 H20) ; l'hydroxyde d'aluminium [Al(OH)3] ; le carbonate d'aluminium [A12(C03)3] ; l'hydroxyde de magnésium [Mg(OH)2], l'oxyde de magnésium (MgO), le carbonate de magnésium (MgC03), le talc (3MgO 4Si02 H20), Pattapulgite (5MgO 8Si02 9H20), le dioxyde de titane (Ti02), le noir de titane (Ti02n-i), l'oxyde de calcium (CaO), l'hydroxyde de calcium [Ca(OH)2], l'oxyde d'aluminium et de magnésium (MgO A1203), l'argile (A1203 2Si02), le kaolin (A1203
2Si02 2H20), la pyrophyllite (A1203 4Si02 H20), la bentonite (A1203
4Si02 2H20), le silicate d'aluminium (Al2Si05, Al43Si04 5H20), le silicate de magnésium (Mg2Si04, MgSi03), le silicate de calcium (Ca2Si04), le silicate d'aluminium et de calcium (A1203 CaO 2Si02), le silicate de magnésium et de calcium (CaMgSi04), le carbonate de calcium (CaC03), l'oxyde de zirconium (Zr02), l'hydroxyde de zirconium [ZrO(OH)2 nH20], le carbonate de zirconium [Zr(C03)2], et les aluminosilicates cristallins contenant des atomes d'hydrogène compensant des charges, des métaux alcalins, des métaux alcalino- terreux , tel que les zéolithes, et leur mélange.
Comme charges inorganiques renforçantes conviennent notamment des charges minérales du type silicieuse, en particulier de la silice (S1O2), 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, 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-Sil EZ150G de la société PPG, les silices Zeopol 8715, 8745 et 8755 de la Société Huber, les silices à haute surface spécifique telles que décrites dans la demande WO 03/16837.
Contrairement au noir de carbone, la charge inorganique renforçante non modifiée ne coagule pas spontanément avec le caoutchouc naturel. Dans le cas particulier de la silice, les agrégats de silice sont typiquement hydrophiles et ont davantage d'affinité avec l'eau qu'avec les particules d'élastomère elles-mêmes.
Différentes solutions ont été proposées pour permettre néanmoins d'obtenir la coagulation et une bonne dispersion de cette charge inorganique renforçante dans la matrice élastomérique en phase liquide. Ainsi, il est nécessaire de modifier en surface la charge inorganique renforçante, afin de créer l ' affinité nécessaire entre les particules de charge et les particules d' élastomère. La capacité de l a charge à coaguler avec l ' élastomère provient de ses propriétés de surface.
Or, il a été ob servé de manière surprenante que la présence d' une charge inorganique renforçante hydrophobée au sein de la di spersion aqueuse (B) permet la coagulation de la di spersion aqueuse (C) .
Modification de la charge inorganique renforçante
Pour rendre la charge inorganique renforçante non modifiée selon l ' invention hydrophobe, il est greffé sur la particule un ou plusieurs agents hydrophob ants de formule (I) suivante :
E„-F
(Formule I) dans laquelle
- n est un entier égal à 1 ou 2,
-lorsque n vaut 1 , alors F est un groupe monovalent,
-lorsque n vaut 2, alors F est un groupe divalent,
-E représente un groupe fonctionnel qui est capable de se lier physiquement et/ou chimiquement à la charge et comportant dans sa structure au moins une chaîne alkyle ou alkylène comportant de 1 à 1 8 atomes de carbone conférant au groupe E des propriétés hydrophobantes ;
-F représente un groupe pouvant se lier ou non physiquement et/ou chimiquement à l' élastomère diéni que.
Avantageusement, l ' agent hydrophobant est de formule (II) suivante :
[G( 3 -m)(L-K)mSi-L-]„-F (II) avec
lorsque n vaut 1 , alors F désigne le groupe K défini ci-dessous, et m varie de 0 à 2, et
lorsque n vaut 2, alors F désigne un groupe amino, un groupe polysulfure (Sx), un groupe époxy, et m varie de 0 à 2,
et pour laquelle
les groupements G sont choisis, indépendamment les uns des autres, parmi un atome d'hydrogène, un groupe hydrocarboné en Ci- Cis choisi parmi les groupes alkyles linéaires, ramifiés ou cycliques, les groupes aralkyles, les groupes alkylaryles et les groupes aryles, tel qu'un phényle, un benzyle, un cyclopentyle, un cyclohexyle, un groupe alkoxy (RiO)-, dans lequel Ri représente un radical alkyle saturé en Ci-C8, tel que par exemple les groupes méthyle, éthyle, isopropyle, de préférence au moins un groupe méthyle et éthyle, un atome d'halogène, tel que le fluor, le chlore, le brome et l'iode et un groupement hydroxy,
à la condition qu'au moins un groupement G soit choisi parmi un groupement alkoxy, un atome de chlore, ou un groupement hydroxy,
L désigne un radical alkylène saturé ou insaturé, linéaire, ramifiée ou cyclique en Ci-Ci8, et de préférence 1 à 8 atomes de carbone, tel que par exemple les groupes méthylène, éthylène, isopropylène, n-butylène, octadécylène, phénylène, cyclopentylène et cyclohexylène, et comportant éventuellement un atome d'oxygène,
K désigne un atome d'hydrogène, un atome d'halogène, tel que le fluor, le chlore, le brome et l'iode, un groupe fonctionnel choisi parmi un groupe amino, un groupe polyamino alkyle, un groupe mercapto, un groupe époxy, un groupe hydroxy, un groupe vinyle, un groupe acryloxy, un groupe méthacryloxy, un groupe -SCN, un groupe R(CO)S- avec R étant un groupe alkyle en Ci-Ci8.
De préférence, m=0.
Ainsi, selon un premier mode de réalisation particulier de l'invention, l'agent hydrophobant est de formule (III) suivante :
G3Si-L-K (III)
avec G, L et K étant tels que définis ci-dessus. Selon un deuxième mode de réalisation particulier de l'invention, l'agent hydrophobant est de formule (IV) suivante :
[G3Si-L-]2-F (IV)
avec G, L et F étant tels que définis ci-dessus.
De préférence, l'agent hydrophobant est choisi parmi le chlorotriméthylsilane, chlorotriéthylsilane, chlorotripropylsilane, bromotriméthylsilane, bromotriéthylsilane, bromotripropylsilane, fluorotriméthylsilane, méthoxy triméthylsilane, méthoxytriéthylsilane, méthoxytripropylsilane, chlorotriméthylsilane, dichlorodiméthylsilane, trichlorométhylsilane, bromotriméthylsilane, dibromodiméthylsilane, tribromométhylsilane, méthoxytriméthylsilane, diméthoxydiméthyl silane, triméthoxyméthylsilane, tétraméthoxysilane, triméthoxypropylsilane, triméthoxyoctylsilane, triméthoxy hexadécyl silane, diméthoxydipropyl silane, triéthoxyméthyl silane, triéthoxypropylsilane, triéthoxyoctylsilane, le diéthoxydiméthylsilane, l'octényldiméthylchlorosilane, (gamma-aminopropyl)-triméthoxy silane, (gamma-aminopropyl)-triéthoxy silane, (gamma-hydroxypropyl) tripropoxy silane, (gamma-mercaptopropyl)-triéthoxy silane, (gamma- aminopropyl)-diméthyléthoxy silane, (gamma-aminopropyl)-dihydroxy méthoxy silane, (gly ci dylpropyl)-triméthoxy silane, [(N-aminoéthyl) gamma-aminopropyl]triéthoxy silane, (gamma-méthacryloxy-propyl) triéthoxy silane, (gamma-méthacryloxy-propyl)triméthoxy silane, (béta- mercaptoéthyl)-triéthoxy silane, [gamma-(N-aminoéthyl)propyl] triméthoxysilane, N-méthylaminopropyltriméthoxy silane, (gamma- thiocyanatopropyl)-triéthoxy silane, bis-(3-triéthoxythiopropyl) silane tétrasulfure, vinyltriéthoxysilane, vinylphénylméthylsilane, vinyl diméthylméthoxysilane, divinyldiméthoxysilane, divinyléthyl diméthoxysilane, diméthylvinylchlorosilane et leur mélange.
Parmi les composés alkoxysilane-polysulfure connus, doit être particulièrement cité le tétrasulfure de bis 3-triéthoxysilylpropyle (en abrégé "TESPT"), de formule [(C2H50)3Si(CH2)3S2]2, commercialisé notamment par la société Degussa sous la dénomination "Si69", sous la forme d'un mélange commercial de polysulfures Sx avec une valeur moyenne pour x qui est proche de 4. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, l'agent hydrophobant est choisi parmi Γ octényldiméthylchlorosilane, le tétrasulfure de bis 3-triéthoxysilylpropyle et leur mélange.
Selon l'invention, l'un des groupes alkoxy, ou l'atome d'halogène porté par le silane réagira avec un groupe silanol présent à la surface de la silice, lorsque la charge non modifiée selon l'invention est de la silice.
Avantageusement, la charge est de la silice hydrophobée. De préférence, l'agent hydrophobant une fois fixé sur la charge inorganique renforçante comporte au plus 30 atomes de carbone, et plus particulièrement de 1 à 25 atomes de carbone.
Par charge hydrophobée, on entend au sens de la présente invention une charge inorganique renforçante qui porte suffisamment d'agents hydrophobants pour permettre la coagulation de la charge avec l'élastomère.
De préférence, la charge hydrophobée se caractérise par un taux d'hydrophobation supérieur ou égale à 0,29 atome de carbone portés par l'agent hydrophobant une fois fixé sur la charge par nm2 de surface de charge.
Préférentiellement, le taux d'hydrophobation va de 0,29 à 0,73 atome de carbone/nm2 de surface.
La surface spécifique BET d'une charge est généralement mesurée, et de manière connue en soi selon la méthode de BRUNAU- EMMETT-TELLER décrite dans « The Journal of the American Chemical Society », Vol. 60, page 309, Fev. 1938, correspondant à la norme ISO 5794/1.
Dans la dispersion aqueuse (B) comprenant les charges, la concentration en charges est préférentiellement comprise entre 0,1 à 20% en poids, préférentiellement entre 1 à 15% en poids par rapport à l'eau présente dans la dispersion aqueuse de charge (B).
Il est connu que les charges hydrophobes, et notamment le noir de carbone coagule spontanément avec des latex de caoutchouc naturel, c'est-à-dire que la coagulation démarre quasiment instantanément au niveau macroscopique au moment de la mi se en contact du noir de carbone et du latex, sous un très faible ci saillement.
Or, il a été ob servé de manière surprenante que la présence du tensioactif au sein de la di spersion aqueuse (B) permet de stabili ser la di spersion aqueuse (C), c' est-à-dire celle qui résulte du mélange de l a di spersion de charge (B) et du latex d ' élastomère diénique (A) et ainsi de retarder la phase de coagulation du mélange. De plus, il a été ob servé, à apport d' énergie mécanique constant apportée au milieu, que la durée de la phase d ' homogénéi sation de la di spersion (C) est fonction de la quantité de tensioactif présent au sein de cette di spersion.
Ce phénomène a également été ob servé pour une di spersion aqueuse (B) de charges inorganiques renforçantes hydrophobées, telle que la silice hydrophobée comportant du tensio-actif ; et du latex d' élastomère diénique (A) . La présence de tensio-actif au sein de la di spersion aqueuse (B) retarde la coagulation de la di spersion aqueuse (C) .
Le latex d' élastomère diénique (A) peut également comprendre un ou plusieurs tensio-actifs .
Tensioactifs
Ainsi, la dispersion aqueuse de charge (B) comporte un ou plusieurs tensio-actifs, notamment de manière à la rendre stable.
Ce tensioactif peut être anionique, non-ionique, cationique ou amphotérique.
Les agents tensioactifs non-ioniques sont des composés bien connus en soi (voir notamment à cet égard « Handbook of Surfactants » par M.R. Porter, éditions Bl ackie & Son (Glasgow and London), 1 991 , pp 1 16- 178) . Ainsi, il s peuvent être notamment choi si s parmi (li ste non limitative) les alcool s, les alpha-diols, les alkylphénols, ces composés étant polyéthoxylés et/ou polypropoxyl és et ayant une chaîne grasse comportant par exemple 8 à 1 8 atomes de carbone, le nombre de groupements oxyde d'éthylène ou oxyde de propylène pouvant aller notamment de 2 à 50. On peut également citer les copolymères d'oxyde d'éthylène et de propylène, les condensais d'oxyde d'éthyl ène et de propylène sur des alcools gras ; les amides gras polyéthoxylés ayant de préférence de 2 à 30 moles d'oxyde d'éthylène, les amides gras polyglycérolés comportant en moyenne 1 à 5 groupements glycérol et en particulier 1 , 5 à 4 ; les esters d'acides gras du sorbitan oxyéthylénés ayant de 2 à 30 moles d'oxyde d'éthylène ; les huiles polyéthoxyl és ayant de préférence de 2 à 50 moles d'oxyde d'éthylène ; les esters d'acides gras du sucrose, les esters d'acides gras du polyéthylèneglycol, les alkylpolyglycosides, les dérivés de N-alkyl glucamine, les oxydes d'amines tel s que les oxydes d'alkyl (C 10-C 14) aminés ou les oxydes de N- acylaminopropylmorpholine, les polydiméthyl siloxanes oxyéthylénés et/ou oxypropylénés.
Le ou les agents tensioactifs amphotères ou zwittérioniques, utili sables dans la présente invention, peuvent être notamment des dérivés d'amines aliphatiques secondaires ou tertiaires, éventuellement quaterni sées, dans lesquel s le groupe aliphatique est une chaîne linéaire ou ramifiée comportant de 8 à 22 atomes de carbone, lesdits dérivés d' amines contenant au moins un groupe anionique tel que, par exemple, un groupe carboxylate, sulfonate, sulfate, phosphate ou phosphonate. On peut citer en particulier les alkyl(C8 -2o)bétaïnes, les sulfobétaïnes, les (alkyl en C 8 -2o)amido(alkyl en C3 -8)bétaïnes ou les (alkyl en C 8-2o)amido(alkyl en C6 -8)sulfobétaïnes.
A titre d'exemple, on peut citer l e cocoamphodiacétate commerciali sé par la société RHODIA sous la dénomination commerciale MIRANOL® C2M concentré.
Parmi les agents tensioactifs amphotères ou zwittérioniques cités ci-dessus, on utili se de préférence les (alkyl en C8 -2o)bétaïnes tel que la cocoylbétaïne, les (alkyl en C8 -2o)amido(alkyl en C3 -8)bétaïnes tel que la cocoylamidopropylbétaïne, et leurs mélanges . Plus préférentiellement, le ou les agents tensioactifs amphotères ou zwittérioniques sont choi si s parmi la cocoylamidopropylbétaïne et la cocoylbétaïne.
On entend par « agent tensioactif ani onique », un tensioactif ne comportant à titre de groupements ioni ques ou ioni sables que des groupements anioniques. Ces groupements anioniques sont choisis de préférence parmi les groupements C02H, C02\ SO3H, SO3 ", OSO3H, OSO3", Η2Ρ03, HPO3", P03 2", H2P02, HP02 ", P02 2"POH, PO".
A titre d'exemples d'agents tensioactifs anioniques utilisables dans la composition selon l'invention, on peut citer les alkyl sulfates, les alkyl éther sulfates, les alkylamidoéthersulfates, les alkylarylpolyéthersulfates, les monoglycéride-sulfates, des alkylsulfonates, les alkylamidesulfonates, les alkylarylsulfonates, les alpha-oléfine-sulfonates, les paraffine-sulfonates, les alkylsulfosuccinates, les alkyléthersulfosuccinates, les alkylamide- sulfosuccinates, les alkylsulfo-acétates, les acylsarcosinates, les acylglutamates, les alkylsulfosuccinamates, les acyliséthionates et les N-acyltaurates, les sels de monoesters d'alkyle et d'acides polyglycoside-polycarboxyliques, les acyllactylates, les sels d'acides D-galactoside-uroniques, les sels d'acides alkyl éther-carboxyliques, les sels d'acides alkyl aryl éther-carboxyliques, les sels d'acides alkyl amidoéther-carboxyliques ; et les formes non salifiées correspondantes de tous ces composés ; les groupes alkyle et acyle de tous ces composés comportant de 6 à 24 atomes de carbone et le groupe aryle désignant un groupe phényle.
Lorsque l'agent ou les agents tensioactifs anioniques sont sous forme de sel, il(s) peu(ven)t être choisi(s) parmi les sels de métaux alcalins tels que le sel de sodium ou de potassium et de préférence de sodium, les sels d'ammonium, les sels d'amines et en particulier d'aminoalcools ou les sels de métaux alcalino-terreux tel que le sel de magnésium.
A titre d'exemples de tensioactif cationique, on peut notamment citer les sels d'amines grasses primaires, secondaires ou tertiaires, les sels d'ammonium quaternaire tels que les chlorures ou les bromures de tétraalkylammonium, d'alkylamidoalkyl trialkylammonium, de trialkylbenzylammonium, de trialkylhydroxy alkylammonium ou d'alkylpyridinium ; les dérivés d'imidazoline ; ou les oxydes d'amines à caractère cationique. De préférence, le tensioactif utilisé est choisi parmi les tensio- actifs anioniques, non-ioniques, amphotériques et leur mélange.
De préférence, les tensio-actifs anioniques sont utilisés, et en particulier les alkyl sulfates. Le tensio-actif particulièrement préféré est le dodécylsulfate de sodium.
Dans la dispersion aqueuse (B) comprenant les charges, la concentration en tensio-actif est préférentiellement strictement supérieure à 0,01% en poids par rapport au poids total de la dispersion aqueuse (B), plus particulièrement strictement supérieure à 0,1%, plus préférentiellement entre 0,1 et 20% en poids, et encore plus préférentiellement entre 0,1 et 2% en poids par rapport au poids total de la dispersion aqueuse (B).
Préparation de la dispersion aqueuse de charge (B)
La ou les charges selon l'invention, notamment le noir de carbone associé à au moins un tensioactif sont ensuite dispersées dans de l'eau, de préférence de sorte à obtenir une dispersion dont la viscosité est suffisante pour être aisément manipulable.
Avantageusement, la dispersion est sonifiée afin de permettre l'obtention d'une stabilité des agrégats dans l'eau, ce qui permet d'améliorer la dispersibilité de la dispersion aqueuse de charge dans le mélange-maître ensuite réalisé.
Selon un troisième mode de réalisation de l'invention, l'élastomère diénique mis en œuvre est du caoutchouc naturel et la charge utilisée est de la silice hydrophobée.
Selon un quatrième mode de réalisation de l'invention, l'élastomère diénique mis en œuvre est du caoutchouc naturel et la charge organique utilisée est du noir de carbone. Ce mode de réalisation est préféré.
Mise en contact des deux dispersions et phase d 'homogénéisation Le latex de l'élastomère diénique (A) et la dispersion stable de charge (B) sont mis en contact. Le slurry de charge est versé lentement dans le latex d'élastomère, ou inversement, sous une agitation de préférence lente de manière à assurer une bonne homogénéisation du milieu. Le mélange des dispersions (A) et (B) peut également s'effectuer de manière simultanée l'une dans l'autre avec un débit contrôlé est également envisageable.
Comme exposé ci-dessus, la présence du tensioactif dans la dispersion aqueuse de charge (B) constitue un paramètre variable, qui oriente la cinétique de la coagulation du milieu, et ce en gardant constant l'apport d'énergie mécanique.
Le procédé selon l'invention permet ainsi de contrôler, voir de commander la coagulation du milieu. Le contrôle de la durée de la phase d'homogénéisation du latex et du slurry permet d'agir directement sur l'homogénéité du milieu, et du mélange-maître final.
Plus la phase d'homogénéisation sera efficace, plus la répartition des charges dans le coagulum sera homogène.
Phase de coagulation
Une fois l'homogénéisation effectuée, vient la phase de coagulation.
La coagulation peut être provoquée en apportant au système un apport d'énergie mécanique suffisant. Par exemple, une importante augmentation de la vitesse de cisaillement peut être appliquée au milieu. Selon d'autres modes de réalisation, il est également possible de comprimer le système. Cet apport d'énergie mécanique va déstabiliser de manière simultanée tout le volume et provoquer la coagulation du milieu.
Une autre possibilité est de laisser le milieu sous un apport d'énergie mécanique constant, c'est-à-dire identique à l'apport effectué lors de la phase d'homogénéisation. Par exemple, en conservant un taux de cisaillement constant pour ces deux phases : homogénéisation et coagulation. Ainsi, une fois que le tensioactif ne permet plus de stabiliser la dispersion (C), alors celle-ci tend à coaguler.
Lorsque l'énergie mécanique apportée au système s'applique sous la forme d'action du cisaillement, des mélangeurs statiques ou bien des mélangeurs dynamiques, tels que des agitateurs à pale peuvent être utilisés.
Il est possible d'utiliser tout type d'appareil permettant un mélange « efficace » de deux produits en phase liquide, ainsi on pourra utiliser un mélangeur statique tel que ceux commercialisés par les sociétés Noritake Co., Limited, TAH aux USA, KOFLO aux USA, ou TOKUSHU KIKA KOGYO Co., Ltd. ou un mélangeur réalisant un haut cisaillement tel que des mélangeurs commercialisés par TOKUSHU KIKA KOGYO Co., Ltd., ou par la société PUC en Allemagne, par la société CAVITRON en Allemagne ou par la société SILVERSON au Royaume Uni.
Lors de la phase de coagulation de ces deux dispersions, un coagulum d'élastomère et de charge se forme soit sous forme d'un seul élément solide dans la solution, soit sous forme de plusieurs éléments solides séparés.
Le volume de dispersion aqueuse de la charge (B) dépend du taux de charge visé pour le mélange-maître à réaliser, du volume du latex d'élastomère diénique (A) et de leur concentration respective.
Ainsi le volume sera adapté en conséquence. Avantageusement, le taux de charge visé pour le mélange-maître est compris entre 10 et 150 pce, de préférence entre 10 à 100 pce et plus préférentiellement entre 15 et 90 pce, encore plus préférentiellement entre 15 et 70 pce.
De préférence, le procédé selon l'invention ne comporte pas l'ajout d'agent de coagulation. C'est l'apport de l'énergie mécanique au système, qui provoque la coagulation.
Ainsi, la quantité d'énergie mécanique apportée au système et la teneur en tensioactif présent dans la dispersion aqueuse (C) sont deux paramètres permettant le contrôle de la cinétique des phases d'homogénéisation et de coagulation. Selon un autre mode de réali sation, il est possible d' aj outer à la di spersion (C) un ou plusieurs agents de coagulation de manière à améliorer le rendement de l ' étape de coagulation. Dans cette éventualité, l ' agent de coagulation n' est pas le facteur responsable du déclenchement de la coagulation.
Récupération du solide formé
Le ou les solides sont récupérés par exemple par filtration ou par centrifugation. En effet, l ' opération de filtrage qui peut être réali sée à l ' aide d' un tami s de filtration, peut s' avérer inadaptée lorsque le coagulum se présente sous forme de nombreux et petits éléments solides. Dans un tel cas, on réali se de préférence une opération de centrifugation supplémentaire.
A l ' i ssue de cette étape de filtrage ou de centrifugation, le coagulum obtenu est séché, par exemple à l ' étuve.
Le procédé selon l ' invention peut s ' effectuer de manière continue, aussi bien que de manière di scontinue.
Additifs
Le latex d' élastomère diénique (A) et la dispersion aqueuse de charge (B) conformes à l'invention peuvent comporter également tout ou partie des additifs usuel s habituellement utili sés dans les compositions d'élastomères destinées à la fabrication de pneumatiques, en particulier de bandes de roulement, comme par exemple des plastifiants ou des huiles d'extension, que ces derniers soient de nature aromatique ou non-aromatique, des pigments, des agents de protection tel s que cires anti-ozone, anti-ozonants chimiques, anti-oxydants, des agents anti-fatigue, des résines renforçantes, des accepteurs (par exemple résine phénolique novolaque) ou des donneurs de méthylène (par exemple HMT ou H3 M) tel s 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 bi smaléimides, des accélérateurs de vulcani sation, des activateurs de vulcani sation exclusion faite bien entendu des activateurs à base de zinc (ou dans le respect des 0, 5 pce maximum de zinc dans la composition, et de préférence moins de 0, 3 pce) .
De préférence, ces dispersions comportent, à titre d ' agent plastifiant préférentiel non aromatique ou très faiblement aromatique, au moins un composé choi si dans le groupe constitué par les huiles naphténiques, paraffiniques, huiles MES, huiles TDAE, les esters (en particulier trioléates) de glycérol, les résines plastifiantes hydrocarb onées présentant une haute Tg de préférence supérieure à 30°C, et les mélanges de tel s composés.
Le latex d' élastomère diénique (A) et la di spersion aqueuse de charge (B) peuvent également contenir, des agents de couplage, des activateurs de couplage, des agents de recouvrement de la charge inorganique renforçante ou plus généralement des agents d'ai de à la mi se en œuvre susceptibles de manière connue, grâce à une amélioration de la di spersion de la charge inorganique ou organique dans la matrice de caoutchouc et à un abai ssement de la vi scosité des compositions, d'améliorer leur faculté de mi se en œuvre à l' état cru, ces agents étant par exemple des silanes hydrolysables tel s que des alkylalkoxysilanes (notamment des alkyltriéthoxysilanes), des polyols, des polyéthers (par exemple des polyéthylèneglycol s), des aminés primaires, secondaires ou tertiaires (par exemple des trialcanol- amines), des PO S hydroxylés ou hydrolysables, par exemple des α, ω- dihydroxy-polyorganosiloxanes (notamment des α, ω-dihydroxy- polydiméthyl siloxanes), des acides gras comme par exemple l'acide stéarique.
Les additifs décrits précédemment pourraient également être incorporés au mélange maître avant la phase de coagulation et/ou après la formation du coagulum .
L ' invention porte également sur un mélange-maître d' élastomère diénique et de charge préparé selon le procédé décrit ci- dessus .
L ' invention a aussi pour obj et une composition de caoutchouc à base d'au moins un mélange-maître d' élastomère diénique et de charge préparé selon le procédé décrit ci-dessus . Les compositions de caoutchouc de l'invention sont fabriquées dans des mélangeurs appropriés, en utili sant deux phases de préparation successives selon une procédure générale bien connue de l'homme du métier : une première phase de travail ou malaxage thermo-mécanique (parfoi s qualifiée de phase "non-productive" ) à haute température, j usqu'à une température maximale compri se entre 130° C et 200°C, de préférence entre 145 °C et 1 85 ° C, suivie d'une seconde phase de travail mécanique (parfoi s qualifiée de phase " productive" ) à plus basse température, typiquement inférieure à 120° C, par exemple entre 60° C et 100°C, phase de finition au cours de laquelle est incorporé le système de réticulation ou vulcani sation.
Selon un mode de réali sation préférentiel l'invention, de tous les constituants de base des compositions de l'invention, à l'exception du système de vulcani sation, à savoir le mélange-maître, et des éventuel s additifs du mélange-maître le cas échéant, sont incorporés de manière intime, par malaxage, à l'élastomère diénique au cours de la première phase dite non-productive, c'est-à-dire que l'on introduit dans le mélangeur et que l'on malaxe thermomécaniquement, en une ou plusieurs étapes, au moins ces différents constituants de base j usqu' à atteindre la température maximal e compri se entre 130°C et 200°C, de préférence compri se entre 145 °C et 1 85 °C .
A titre d'exemple, la première phase (non-productive) est conduite en une seule étape thermomécanique au cours de laquelle on introduit, dans un mélangeur approprié tel qu'un mélangeur interne usuel, tous les constituants nécessaires, les éventuel s agents de recouvrement ou de mi se en œuvre complémentaires et autres additifs divers, à l'exception du système de vulcani sation. La durée totale du malaxage, dans cette phase non-productive, est de préférence compri se entre 1 et 1 5 min. Après refroidissement du mélange ainsi obtenu au cours de la première phase non-productive, on incorpore alors le système de vulcani sation à basse température, généralement dans un mélangeur externe tel qu'un mélangeur à cylindres; le tout est alors mélangé (phase productive) pendant quelques minutes, par exemple entre 2 et 1 5 min. Le système de vulcanisation proprement dit est préférentiellement à base de soufre et d'un accélérateur primaire de vulcanisation, en particulier d'un accélérateur du type sulfénamide. A ce système de vulcanisation peuvent venir s'ajouter, incorporés au cours de la première phase non-productive et/ou au cours de la phase productive, divers accélérateurs secondaires ou activateurs de vulcanisation connus, à l'exclusion du zinc et de tout dérivé de zinc tel que ZnO ou en respectant une teneur en zinc de la composition inférieure à 0,5 pce, et de préférence inférieure à 0,3 pce, tels que par exemple des acides gras comme l'acide stéarique, des dérivés guanidiques (en particulier diphénylguanidine), etc. Le taux de soufre est de préférence compris entre 0,5 et 3,0 pce, celui de l'accélérateur primaire est de préférence compris entre 0,5 et 5,0 pce.
La composition finale ainsi obtenue est ensuite calandrée par exemple sous la forme d'une feuille ou d'une plaque, notamment pour une caractérisation au laboratoire, ou encore extrudée sous la forme d'un profilé de caoutchouc utilisable par exemple comme une bande de roulement de pneumatique pour véhicule tourisme.
L'invention porte également sur l'utilisation de tensio-actif pour retarder la phase de coagulation de la dispersion aqueuse (C).
L'invention concerne également un article fini ou semi-fini comportant une composition telle que définie ci-dessus.
L'invention concerne encore une bande de roulement de pneumatique comportant une composition telle que définie ci-dessus.
L'invention a enfin pour objet un pneumatique ou produit semi-fini comportant au moins une composition de caoutchouc telle que définie ci-dessus.
Les exemples suivants servent à illustrer l'invention sans toutefois présenter un caractère limitatif.
EXEMPLES DE REALISATION DE L'INVENTION Matériel utilisé
-générateur d'ultrasons Vibracell de modèle VCX500 (réf. Fischer W75042) de puissance 500 W, utilisé à 60% de sa puissance maximale.
-sonde de sonication standard ayant un diamètre de 13 mm, adaptée pour la sonication de volumes compris entre 10 et 250 ml. (réf. Fischer W75482).
-Rhéomètre à vitesse de cisaillement contrôlée (Rheometrix RFSII) de géométrie cône/plan et de diamètre 50 mm (le plateau étant en acier inoxydable RFSII-ES-SP50, Cône RFSII-TC50.04), une distance entre le rotor et le stator de 45 μιη, et un volume d'échantillon d'environ 3 ml. La température est maintenue entre 23±2°C pendant les mesures, dans un bain d'eau à température constante. Un joint de solvant est utilisé pour minimiser l'évaporation de l'eau (huile de vaseline VWR24679.921).
- 1 agitateur magnétique + 1 barreau aimanté
- verrerie : béchers de taille 15 ml (réf. VWRN 15 ml 213- 3916) ; 50 ml (réf. VWR 50 ml 212-9301).
Réactifs :
Latex de caoutchouc naturel concentré High Ammonia à 60% en poids de caoutchouc naturel provenant de Trang Latex CO, LTD, Thaïlande,
Poudre de noir de carbone N234
Poudre de silice broyée avec un mortier, silice Zeosil (Z 1165MP de la société Rhodia), de surface spécifique BET : 160 m2/g Eau distillée
Sulfate de dodécyl de sodium (SDS) provenant de Aldrich
1. Evaluation de la valeur du temps caractéristique τ en fonction de la vitesse de cisaillement
Mélange-maître préparé Les réactifs utilisés pour préparer le mélange-maître figurent dans le tableau suivant. Les teneurs en réactifs sont exprimées en g%.
Figure imgf000032_0001
Le mélange-maître 1 est préparé selon un procédé conforme à l'invention, et ce de manière suivante.
Préparation du latex de caoutchouc naturel : latex (A)
Le latex de caoutchouc naturel est pesé dans un bêcher en verre. Un barreau aimanté y est ajouté. Il est ensuite dilué dans de l'eau distillée jusqu'à une concentration de 40% en poids de caoutchouc naturel.
Préparation des slurries de noir de carbone : dispersions aqueuses de charge (B)
Après avoir pesé le noir, l'eau et le tensioactif : le dodécylsulfate de sodium noté SDS, les réactifs sont mis en contact dans un bêcher en verre de 50mL (forme basse).
Puis l'ensemble est homogénéisé à l'aide d'une sonde ultrason à deux reprises, pendant 2 minutes. Le noir de carbone aggloméré sur la sonde à la fin des deux minutes est incorporé au mélange à l'aide d'une spatule. Préparation des mélange-maîtres
La dispersion aqueuse (B) est légèrement agitée avant le mélange avec la dispersion (A), afin de minimiser d'éventuels effets de sédimentation des charges. Un volume du dispersion aqueuse (B) est versé lentement dans un même volume de dispersion aqueuse (A) sous une agitation manuelle à la spatule, conduisant à la dispersion aqueuse (C) 1 décrite dans le tableau ci-dessus.
L'échantillon est placé dans le rhéomètre, le cône étant ensuite placé dessus délicatement et en mode manuel de manière à ne pas induire des forces de cisaillement avant la mesure.
Evaluation du temps caractéristique τ
Le temps caractéristique τ est mesuré selon la méthode suivante. L'évolution dans le temps de la viscosité est mesurée pour un échantillon à une vitesse de cisaillement donnée, par exemple dans la figure 1 à 500s"1, pendant des intervalles de 10 secondes, alternés avec des intervalles de 80 secondes, pendant lesquelles ont été mesurées les propriétés en dynamique à un taux de déformation maximum de 0,2% et à une fréquence de 1Hz.
La viscosité de l'échantillon augmente très fortement sous l'effet du cisaillement reflétant la déstabilisation soudaine de la dispersion aqueuse (C). D'autre part, de petits solides élastiques apparaissent entre le rotor et le stator du rhéomètre à la fin de la mesure.
La figure 1 illustre l'évolution dans le temps de la viscosité.
Le temps caractéristique τ est calculé par extrapolation linéaire à la fois du plateau initial de viscosité et de la montée rapide lors de la coagulation. Le temps caractéristique τ est déterminé à l'intersection de ces deux courbes extrapolées, comme le montre la figure 1.
Mesure du temps caractéristique τ à différentes vitesses de cisaillement
La dispersion aqueuse (C) 1 est placée dans le rhéomètre. Une série de mesures du temps caractéristique τ avant coagulation est effectuée à partir de la dispersion 1 pour plusieurs vitesses de cisaillement : 200, 300, 400 et 500 s"1. La figure 2 reprend les valeurs obtenues en tenant compte d'une estimation de l'écart-type.
La figure 2 montre le temps caractéristique τ en fonction de la vitesse de cisaillement. Afin d'éviter de possibles réarrangements d'agrégats de noir de carbone et de caoutchouc naturel, qui pourraient influencer le milieu, et ainsi les résultats, toutes les mesures ont été effectuées quelques secondes après le mélange. Conclusion
Ces résultats montrent que plus la vitesse de cisaillement appliquée à la dispersion (C) est élevée, plus la valeur du temps caractéristique τ diminue.
Ainsi, ces tests montent que l'apport d'énergie mécanique influence directement la durée de la phase d'homogénéisation précédant la phase de coagulation.
2. Evaluation de la valeur du temps caractéristique τ en fonction de la concentration en tensioactif avec du noir de carbone en tant que charge
Mélange-maîtres préparés
Les réactifs utilisés pour préparer les mélange-maîtres figurent dans le tableau suivant. Les teneurs en réactifs sont exprimées en g%.
Dispersions 2 3 4
aqueuses
(C)
caoutchouc 20 20 20
naturel
Noir de 5,15 5,14 5,13
carbone SDS 0,50 0,55 0,61
Eau qsp qsp qsp
distillée
Les mélange-maîtres 2 à 4 sont préparés selon un procédé conforme à l ' invention, et selon le protocole décrit ci-dessus . Evaluation du temps caractéristique τ
Une vitesse de ci saillement de 100 s" 1 est appliquée pour chacun des mélanges 2 à 4 et le temps caractéri stique avant coagulation est mesuré . Les mesures figurent dans le tableau ci- dessous.
Figure imgf000035_0001
Conclusion :
Ces résultats montrent que plus l a quantité en tensio-actif présent dans la di spersion aqueuse (C) est importante, plus la valeur du temps caractéri stique τ est élevée, condui sant ainsi à un retard de la coagulation du milieu.
Ainsi, ces exemples montrent que la durée de la phase d' homogénéi sation précédant la phase de coagulation peut être contrôlée par la quantité de tensio-actif présent dans la di spersion aqueuse (C) et par l ' énergie mécanique apportée à la di spersion aqueuse (C) .
Le début de la phase de coagulation peut être également contrôl ée par un apport d' énergie mécanique supplémentaire. 3. Evaluation de la valeur du temps caractéristique τ en fonction de la concentration en tensioactif avec de la silice hydrophobée en tant que charge Préparation de la silice hydrophobée
La silice est broyée en une poudre fine à l'aide d'un mortier et d'un pilon. L'hydrophobicité de la silice est ajustée par silanisation de sa surface avec de l'octényldiméthylchlorosilane(ODCS).
La silice hydrophobée est préparée en faisant réagir 5g de silice hydrophile avec 0,08g de ODCS en présence de 50g de toluène, conduisant à une silice hydrophobée, dont le taux d'hydrophobation est de 0,29 atome de carbone/nm2 de surface de charge.
Les 0,08g de ODCS sont dissouts dans du toluène. Le milieu est placé sous agitation à l'aide d'un agitateur magnétique. La poudre de silice broyée est ajoutée au milieu et la dispersion est laissée sous agitation pendant deux minutes. La composition est placée dans une boîte Pétri (de diamètre 18,5cm) et est placée à une température de 70°C pendant une heure de manière à permettre l'évaporation du toluène. La poudre obtenue est dispersée dans de l'eau distillée après deux minutes de sonication.
Mélange-maîtres préparés :
Un mélange-maître est préparé selon un procédé conforme à l'invention et ce de manière suivante.
Les réactifs utilisés pour préparer les mélange-maîtres figurent dans le tableau suivant. Les teneurs en réactifs sont exprimées en g.
Dispersions 5 6 7
aqueuses (C)
Latex de
caoutchouc 3,3 3,3 3,3 naturel à 60% Silice 3,3 3,3 3,3 hydrophobée
SDS 0,008 0,010 0,012
Eau distillée qsp qsp qsp
Préparation de la dispersion aqueuse A de latex de caoutchouc naturel
Le latex de caoutchouc naturel est pesé dans un bêcher en verre, un barreau aimanté y est ajouté, il est ensuite dilué dans de l'eau distillée jusqu'à une concentration de 60 % en poids de caoutchouc naturel.
Préparation de la dispersion aqueuse de charge B
2,32g de silice hydrophobée telle que préparée ci-dessus sont dispersés dans 20ml d'eau. Puis l'ensemble est homogénéisé à l'aide d'une sonde ultrason pendant deux minutes. La silice agglomérée sur la sonde à la fin des deux minutes est incorporée au mélange à l'aide d'une spatule.
Préparation du mélange-maître
3,3g de dispersion aqueuse (B) sont introduits dans un bêcher de 15 ml avec un barreau aimanté. La quantité de Sodium Dodécyl Sulfate appropriée y est ajoutée. Le milieu est agité à l'aide d'un barreau aimanté pendant 30 secondes à 700rpm, afin d'homogénéiser la dispersion B. Puis 3,3g de la dispersion aqueuse (A) sont ajoutés au milieu. Cette opération est réalisée pour les différentes quantités de Sodium Dodécyl Sulfate des compositions 5 à 6. Evaluation du temps caractéristique τ
Une vitesse de cisaillement de 700rpm est appliquée pour chacun des mélanges 5 à 7 et le temps caractéristique avant coagulation est mesuré . Les mesures figurent dans le tableau ci- dessous.
Figure imgf000038_0001
Conclusion :
Ces résultats montrent que plus l a quantité en tensio-actif présent dans la di spersion aqueuse (C) est importante, plus la valeur du temps caractéri stique τ est élevée, condui sant ainsi à un retard de la coagulation du milieu.
Ainsi, ces exemples montrent que la durée de la phase d' homogénéi sation précédant la phase de coagulation peut être contrôlée par la quantité de tensio-actif présent dans la di spersion aqueuse (C) et par l ' énergie mécanique apportée à la di spersion aqueuse (C) .

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de préparation d'un mélange-maître en phase liquide à base d'un ou plusieurs latex d'élastomères diéniques et d'une ou plusieurs charges comprenant les étapes successives suivantes :
-réalisation d'une dispersion aqueuse stable et homogène (C), par mélange,
d'un ou plusieurs latex d'élastomère diénique (A) avec une ou plusieurs dispersions aqueuses stables (B) d'une ou plusieurs charges,
-homogénéisation de la dispersion aqueuse (C),
- coagulation au sein de la dispersion aqueuse (C) du ou desdit latex d'élastomères diéniques avec la ou les charges par apport d'énergie mécanique,
- récupération du coagulum,
-séchage du coagulum récupéré pour obtenir le mélange maître.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la phase de récupération du coagulum est réalisée par une opération de filtrage.
3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la phase de récupération du coagulum est réalisée par une opération de centrifugation.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le latex d'élastomère diénique est un latex de caoutchouc naturel.
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le latex d'élastomère diénique est un latex concentré de caoutchouc naturel.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la charge coagule spontanément avec le ou lesdits latex d'élastomères diéniques.
7. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la charge est le noir de carbone.
8. Procédé selon la revendication 6, caractéri sé en ce que la charge est de la silice hydrophobée.
9. Procédé selon la revendication 6 à 8, caractéri sé en ce que la di spersion aqueuse (B) comporte un ou plusieurs tensioactifs .
10. Procédé selon la revendication 9, caractéri sé en ce que le tensioactif est un tensioactif anionique.
1 1 . Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que le tensioactif est du dodécyle sulfate de sodium.
12. Procédé selon l ' une quelconque des revendications 9 à 1 1 , caractéri sé en ce que la concentration en tensio-actif dans la di spersion aqueuse (B) est strictement supérieure à 0, 01 % en poids par rapport au poids total de la di spersion aqueuse (B) .
13 . Mélange-maître d' élastomère diénique et de charge préparé selon l ' une quelconque des revendications 1 à 12.
14. Composition de caoutchouc à base d'au moins un mélange- maître d' él astomère diénique et de charge préparé selon l 'une quelconque des revendications 1 à 12.
1 5. Article fini ou semi-fini comportant une composition selon la revendication 14.
16. B ande de roulement de pneumatique comportant une composition selon la revendication 14.
17. Pneumatique ou produit semi-fini comportant au moins une composition de caoutchouc selon la revendication 14.
PCT/EP2011/073662 2010-12-23 2011-12-21 Procédé de préparation d'un mélange-maître en phase liquide WO2012085135A1 (fr)

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