WO2021074507A1 - Method for preparing an epoxidised diene elastomer - Google Patents

Method for preparing an epoxidised diene elastomer Download PDF

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WO2021074507A1
WO2021074507A1 PCT/FR2020/051777 FR2020051777W WO2021074507A1 WO 2021074507 A1 WO2021074507 A1 WO 2021074507A1 FR 2020051777 W FR2020051777 W FR 2020051777W WO 2021074507 A1 WO2021074507 A1 WO 2021074507A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
epoxidizing agent
epoxidation
addition
equal
mol
Prior art date
Application number
PCT/FR2020/051777
Other languages
French (fr)
Inventor
Kevin Roos
Pedro MAXIMIANO-RAIMUNDO
Véronique BOUNOR-LEGARE
Noellie YLLA
Emmanuel BEYOU
Philippe Cassagnau
Original Assignee
Compagnie Generale Des Etablissements Michelin
Centre National De La Recherche Scientifique
Institut National Des Sciences Appliquees De Lyon
Universite Claude Bernard Lyon 1
Universite Jean Monnet Saint-Etienne
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Compagnie Generale Des Etablissements Michelin, Centre National De La Recherche Scientifique, Institut National Des Sciences Appliquees De Lyon, Universite Claude Bernard Lyon 1, Universite Jean Monnet Saint-Etienne filed Critical Compagnie Generale Des Etablissements Michelin
Publication of WO2021074507A1 publication Critical patent/WO2021074507A1/en

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Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08CTREATMENT OR CHEMICAL MODIFICATION OF RUBBERS
    • C08C19/00Chemical modification of rubber
    • C08C19/04Oxidation
    • C08C19/06Epoxidation
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F36/00Homopolymers and copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, at least one having two or more carbon-to-carbon double bonds
    • C08F36/02Homopolymers and copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, at least one having two or more carbon-to-carbon double bonds the radical having only two carbon-to-carbon double bonds
    • C08F36/04Homopolymers and copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, at least one having two or more carbon-to-carbon double bonds the radical having only two carbon-to-carbon double bonds conjugated
    • C08F36/06Butadiene

Definitions

  • the field of the present invention is that of the mass preparation of an epoxidized diene elastomer.
  • Elastomers based on conjugated diene monomers are widely described in the literature and used daily for their many applications, mainly for their elasticity property.
  • Epoxidized diene polymers have come to expand the offer of these diene polymers by proposing to widen the possible applications due to the presence of epoxy functional groups in the polymer chain.
  • the epoxidation of diene polymers makes it possible to envisage an alternative crosslinking to that usual by means of sulfur-based vulcanization systems.
  • the epoxy functions of the epoxidized polymers can also be used to graft these polymers with molecules bearing a reactive part with respect to these epoxy functions. It is thus possible, for example, to envisage functionalizing a polymer along its chain by grafting appropriate functions.
  • Epoxidized diene polymers and their methods of obtaining are well known to those skilled in the art.
  • epoxidation can be carried out using an epoxidizing agent such as a peracid or hydrogen peroxide in the presence of a carboxylic acid, with or without a catalyst.
  • the epoxidation processes of diene polymers described in the literature can be classified into 2 types, namely the “solution” processes when the diene polymer is redissolved in an organic solvent and the “bulk” processes when the diene polymer. remains in the solid state.
  • the epoxidation rate is the molar ratio of the number of epoxy functions in the polymer to the number of carbon-carbon double bonds in the polymer.
  • the epoxidation rates described in the literature depend on the type of epoxidation process used. With “solution” epoxidation processes, it is possible to achieve levels above 10%.
  • EP 2530094 A1 describes a solution process aimed at dissolving a diene polymer in an organic solvent and at epoxidizing it by reaction with metachloroperbenzoic acid (mCPBA) as part of the process. epoxidizing agent for about two hours at room temperature, in the presence of a catalyst. It is thus possible to achieve epoxidation rates of the order of 12% with yields greater than 90%.
  • mCPBA metachloroperbenzoic acid
  • Bulk processes also react diene polymers with a peracid which can be produced in-situ or ex-situ.
  • the “bulk” processes can be carried out in two different ways: the polymer, which always remains in the solid state, can react in bulk or reduced to the state of granules or powder. If the polymer is transformed into granules or powder, the epoxidation reaction is carried out in a stirred reactor to generate a suspension of the polymer in a solution of the peracid. The reaction can also be carried out in an extruder fed with granules. Otherwise, when the diene polymer is in bulk, the reaction can be carried out in a kneader or else an extruder.
  • EP 0810237 A1 describes a bulk epoxidation process according to which the diene polymer is in the form of powder or granules.
  • the polymer is suspended in an organic solvent which should not dissolve the polymer, for example ethyl acetate.
  • Peracetic acid or performic acid, formed in situ is used as an epoxidizing agent and reacts for several hours. An epoxidation rate of 0.2% to 4% is obtained.
  • EP 1403 287 A1 describes solid phase epoxidation with peracetic acid.
  • a diene polymer is suspended in water with talc and is heated above 30 ° C.
  • a solution of peracetic acid in ethyl acetate is gradually added and the reaction takes place over several hours. The examples show that epoxidation rates of 1.5% to 3.0% are achieved.
  • the process described in RU 2509780 C1 was developed for the epoxidation of polybutadiene fibers formed by electrospinning.
  • the fibers are suspended in a stirred reactor in a mixture of a carboxylic acid and hydrogen peroxide in the presence of a catalyst.
  • the various epoxidizing agents are formed in situ.
  • the epoxidation time varies from one to four hours and the temperature from 10 ° C to 30 ° C.
  • the fibers are washed with distilled water and dried under vacuum. Variable epoxidation rates are obtained depending on the reaction conditions and are between 1 and 8% with low yields of less than 30%.
  • Document CN 1113906 C which deals with the bulk epoxidation of 1,4-trans polyisoprene, describes epoxidation rates greater than 20% in a time reduced to one hour.
  • rate of epoxidation was measured indirectly by the consumption of the epoxidizing agent.
  • this consumption can be linked to side reactions and not only to epoxidation.
  • effective epoxidation rates given in this document are uncertain.
  • the documents JP5598365 B2 and JP5541125 B2 describe processes for the bulk epoxidation of diene polymers used in bulk without prior shaping.
  • the diene polymer is contacted first with stearic acid on heated rollers and, after a number of passes, with hydrogen peroxide.
  • Different epoxidation rates are obtained varying from 0.8% to less than 3% depending on the temperature used in the mixer set at 50 ° C or 60 ° C.
  • Document CN 1263902 A describes an epoxidation process according to which the diene polymer can be loaded in bulk into an internal mixer of the Banbury type or an extruder, in the absence of any solvent.
  • a solid peracid in the presence of a dispersion additive is also introduced into the mixer or the extruder.
  • polybutadienes are epoxidized in small internal laboratory mixers with solid phthalic monoperacid in the presence of talc for a period of 15 minutes at temperatures of 20 ° C, 25 ° C and 30 ° C.
  • the epoxidation rates measured are between 5 mol% and 8 mol%, however without specifying the measurement protocol.
  • the epoxidation yields are between 50% and 70%. It emerges from the study of the prior art that it is not easy, with a mass epoxidation process, to achieve epoxidation rates as high as those obtained during the “solution” process and this in times compatible with an implementation on an industrial scale. It also emerges from the study of the state of the art that when satisfactory epoxidation rates can be obtained in bulk, they are obtained with an insufficient yield for a productive, economically profitable process.
  • the problem which the invention proposes to solve is therefore to provide a process for the mass epoxidation of diene polymers making it possible to obtain epoxidation rates of the same order as those obtained “in solution” in an acceptable time for a setting. implemented on an industrial scale.
  • the object of the invention is also to provide a process for the mass epoxidation of diene polymers which is productive and compatible with an economically profitable industrial application exhibiting a satisfactory yield.
  • the object of the invention is also to provide an epoxidation process that is simple to implement.
  • the inventors have developed a process for the mass preparation of an epoxidized diene polymer of simple and productive production, compatible with deployment on an industrial scale which makes it possible to achieve epoxidation rates of the order of those obtained. “In solution” with a high yield, for example greater than 80%, and this in a short time.
  • a first object of the invention is a process for the mass preparation of an epoxidized diene polymer which comprises, in a tool for processing rubber, bringing a diene elastomer into contact with a diene agent.
  • the epoxidation reaction according to this process can take place at room temperature and for a short time, which in some cases can be less than one hour.
  • the process for the mass preparation of an epoxidized diene polymer according to the invention comprises
  • the diene polymer is a diene elastomer chosen from the group consisting of polybutadienes (BR), natural rubber (NR), synthetic polyisoprenes (IR), butadiene-styrene copolymers (SBR), butadiene-ethylene copolymers, butadiene-ethylene-styrene copolymers, isobutene-isoprene copolymers, isoprene-styrene copolymers (SIR), isoprene-butadiene copolymers (BIR) and isoprene-butadiene-styrene (SBIR) copolymers.
  • BR polybutadienes
  • NR natural rubber
  • IR synthetic polyisoprenes
  • SBR butadiene-styrene copolymers
  • SBR butadiene-ethylene copolymers
  • butadiene-ethylene-styrene copolymers butadiene-ethylene-
  • the tool for processing the rubber is a roller mixer.
  • the process comprises, after loading the diene polymer, a step of repeatedly passing the diene polymer over the rollers in order to uniformly cover said rolls with a continuous layer of polymer.
  • the mixer is equipped with a temperature regulation device.
  • the epoxidizing agent is solid in the form of powder, granules or any other similar form.
  • the epoxidizing agent is chosen from aromatic peracids, preferably from perbenzoic acid and its derivatives and monoperphthalic acid and its derivatives, more preferably from halogenated perbenzoic acids.
  • the epoxidizing agent is metachloroperbenzoic acid.
  • the total amount of epoxidizing agent added is at most 100 mol% and greater than 0 mol%, more preferably it is at least 5 mol%.
  • the amounts of epoxidizing agent introduced at each addition are less than or equal to a quantity Qm ⁇ 1 mol% of epoxidizing agent making it possible to achieve a stabilized epoxidation yield. at least 85%, preferably at least 90%, more preferably 100%, in a single addition.
  • the number of additions or stages of addition of the epoxidizing agent is greater than or equal to the whole part of the ratio of the total amount of epoxidizing agent to an amount Qm, Qm being an amount of epoxidizing agent making it possible to achieve a stabilized epoxidation yield of at least 85%, preferably at least 90%, more preferably 100%, in a single addition.
  • the mixing time after each addition of epoxidizing agent is at least equal to the time tm necessary to achieve the stabilized epoxidation yield of at least 85%, preferably at least 90%, more preferably 100%, for a given quantity Qm of epoxidizing agent added all at once, Qm being a quantity of epoxidizing agent making it possible to achieve a stabilized epoxidation yield of at least 85%, preferably at least 90%, more preferably 100%, in a single addition.
  • the quantity of epoxidizing agent introduced at each addition is less than or equal to a quantity denoted Qm ⁇ 1 mol% of epoxidizing agent
  • the number of addition steps of the epoxidizing agent is greater than or equal to the whole part of the ratio of the total amount of epoxidizing agent to the amount Qm
  • the mixing time after each addition of epoxidizing agent is preferably at least equal to the time tm
  • Qm being an amount of epoxidizing agent making it possible to achieve this stabilized epoxidation yield of at least 85%, preferably at least 90%, more preferably 100%, in a single addition and tm is the time required to achieve this stabilized epoxidation yield.
  • the amount of epoxidizing agent introduced at each addition is at least 1.5 mol% and less than 8 mol%.
  • the number of epoxidizing agent additions is greater than or equal to 2 and less than or equal to 10.
  • the mixing time after each addition of epoxidizing agent is less than or equal to 20 minutes
  • the diene polymer is a polymer of butadiene, preferably a polybutadiene
  • the tool for processing the rubber is a roller mixer
  • the epoxidizing agent is a perbenzoic acid or a derivative thereof, preferably metachloroperbenzoic acid
  • the amount of epoxidizing agent added to each addition step is less than or equal to a quantity Qm
  • Qm being a quantity of epoxidizing agent making it possible to achieve a stabilized epoxidation yield of at least 85%, preferably at least 90%, more preferably of 100%, in a single addition, preferably Qm being at least 1.5 mol% and less than 8 mol%, more preferably at most 5 mol%
  • the number of additions of epoxidizing agent is greater than or equal to the integer part of the the total amount of epoxidizing agent at the
  • Figure 1 is a graph illustrating the evolution of the yield as a function of time of an epoxidation reaction of a polybutadiene in a roller mixer by adding an epoxidizing agent all at once.
  • Figure 2 is a graph illustrating the evolution of the yield and the evolution of the epoxidation rate as a function of time of an epoxidation reaction of a polybutadiene in a roller mixer by successive addition of an epoxidizing agent according to the invention.
  • any interval of values designated by the expression “between a and b” represents the range of values greater than “a” and less than “b” (that is to say limits a and b excluded) while any range of values designated by the expression “from a to b” signifies the range of values going from “a” to "b” (that is to say including the strict limits a and b).
  • the diene polymers and other compounds mentioned in the description can be of fossil origin or biobased. In the latter case, they may be, partially or totally, derived from biomass or obtained from renewable raw materials derived from biomass.
  • the invention relates to a process for the bulk preparation of an epoxidized diene polymer which comprises
  • diene polymer is meant according to the invention, any type of polymer derived at least in part (i.e. a homopolymer or a copolymer) from diene monomers (monomers bearing two carbon-carbon double bonds, conjugated or not).
  • the diene polymer can be chosen from the group consisting of thermoplastic diene polymers, thermoplastic elastomers, diene elastomers and mixtures thereof.
  • the diene polymer is chosen from diene elastomers.
  • elastomers comprising units of a 1,3-diene monomer.
  • the term “1,3-diene monomer unit” is understood to mean a unit which results from the insertion of a 1,3-diene monomer into a growing polymer chain.
  • the units of a 1,3-diene monomer can result from a 1,2 or 1,4 insertion of the 1,3-diene monomer in the polymer chain. In the case of a 1,4 insertion, they can be in the cis or trans configuration.
  • 1,3-diene monomer of those having 4 to 8 carbon atoms, such as, for example, 1,3-butadiene, 2,3-dimethyl-1,3-butadiene, isoprene, piperylene. Also suitable are their halogenated derivatives, such as, for example, chloroprene.
  • the 1,3-diene monomer can also consist of a mixture of these monomers, in which the 1,3-diene monomer units consist of the monomer units of each of the monomers making up the mixture.
  • the 1,3-diene is 1,3-butadiene, isoprene or a mixture thereof.
  • the diene elastomer is advantageously a diene elastomer chosen from the group consisting of natural rubber (NR), synthetic polyisoprenes (IR), polybutadienes (BR), butadiene copolymers, isoprene copolymers and mixtures of these elastomers.
  • Such copolymers are more preferably chosen from the group consisting of butadiene-styrene (SBR) copolymers, ethylene-butadiene copolymers, ethylene-butadiene-styrene copolymers, isoprene-butadiene (BIR) copolymers.
  • SBR butadiene-styrene
  • BIR isoprene-butadiene copolymers
  • SBIR isoprene-butadiene-styrene copolymers and mixtures of such copolymers.
  • the above diene elastomers can be, for example, block, random, sequenced or microsequenced. They can be modified in particular by coupling or starring.
  • the term “rubber processing tool” is understood to mean a mixer suitable for mixing reaction media of high viscosity such as that of bulk diene elastomers of the type of those described above.
  • the mixer can be a roller mixer, an extruder, a mixer equipped with a stirring system such as those described in the book David B. Todd, Mixing of Highly Viscous Fluids, Polymers, and Pastes, in Handbook of Industrial Mixing: Science and Practice, EL Paul, VA Atiemo-Obeng, and SM Kresta, Editors. 2004, John Wiley and Sons. Page 998, Page 1021, more particularly a double Z-arm mixer, an internal mixer with meshing rotors, other internal mixers ....
  • roller mixer is understood in the sense known to those skilled in the art any type of external mixer having two horizontal parallel rollers, which can be cooled or heated, rotating in the opposite direction, usually at different speeds, their spacing being adjustable, and allowing chewing and mass mixing of a polymer or a polymer composition.
  • extruder in the context of the invention, is meant an extruder or co-extruder provided with at least two injection points along its mixing cavity in order to be able to add the epoxidizing agent in at least twice the amount. along the progressive path of the polymer in said cavity.
  • the extruder can also be fitted with a cooling system over all or part of the length of the mixing cavity and have a specific profile allowing self-heating to be minimized.
  • double Z-arm mixer in the context of the invention is meant, for example, Z or sigma paddle mixers equipped with a discharge screw such as "sigma blades mixer-discharge screw type” marketed by the company Battaggion SPA, “extrusion-kneader” marketed by the company Aachener Misch- und Knetmaschinenfabrik Peter Küpper GmbH & Co. KG, “double-z-kneader with extrusion screw” marketed by the company Hermann Linden Maschinenfabrik GmbH & Co. KG. , “Mixer extruders”, marketed by Aaron Process Equipment Company.
  • a discharge screw such as "sigma blades mixer-discharge screw type” marketed by the company Battaggion SPA, “extrusion-kneader” marketed by the company Aachener Misch- und Knetmaschinenfabrik Peter Küpper GmbH & Co. KG, “double-z-kneader with extrusion screw” marketed by the company Hermann Linden Maschinen
  • intermeshing rotors means for example a mixer as described in document US Pat. No. 4,775,240 and sold under the name “VIC” (Variable Intermeshing Clearance, that is to say internal mixer with intermeshing rotors and variable clearance).
  • Other internal mixers include, for example, instrumented laboratory mixers of the Measuring Mixer 350 type marketed by the company Brabender.
  • the tool for processing the rubber is a roller mixer.
  • the choice of such a mixer makes it possible to better control the heat of the reaction, the mixer being open.
  • the kneading step is carried out by repeatedly passing the diene polymer over the rollers until the rolls are uniformly covered with a continuous layer of polymer. .
  • the polymer is kneaded by repeated passage over the rollers until a continuous sheet is formed uniformly covering the rolls (also called sleeving).
  • This mixing or sleeving step can last several minutes. Its duration depends in particular on the nature of the diene polymer and on the temperature. By way of illustration, this step can last up to 20 minutes, preferably up to 10 minutes.
  • the epoxidizing agent is added in at least twice.
  • the epoxidizing agent is introduced into the rubber processing tool in the solid state in the form of powder, granules or other similar form.
  • the epoxidizing agent is advantageously a compound with strong oxidizing power.
  • the epoxidizing agent is an organic peracid.
  • organic peracids mention may be made of aliphatic percarboxylic acids and aromatic percarboxylic acids.
  • the epoxidizing agent is an aromatic percarboxylic acid. More preferably then, the epoxidizing agent is chosen from perbenzoic acid and its derivatives and monoperphthalic acid and its derivatives. Mention may be made, as derivatives of perbenzoic acid, of halogenated perbenzoic acids and nitrated perbenzoic acids. Among these derivatives of perbenzoic acid, most particularly preferred is metachloroperbenzoic acid as an epoxidizing agent.
  • the epoxidizing agent is added sequentially at least twice to the mixer in order to maintain a satisfactory epoxidation yield. This addition in several stages makes it possible to achieve a yield greater than or equal to 85%, preferably greater than or equal to 90%. This increases the productivity of the process according to the invention compared to the bulk processes of the prior art.
  • the total amount of epoxidizing agent used in the process according to the invention is not limited and depends on the desired epoxidation rate.
  • the total amount of epoxidizing agent added is greater than 0 mol% expressed relative to the total number of moles of carbon-carbon double bonds of the diene polymer.
  • the total amount of epoxidizing agent is at least 5 mol%.
  • the total amount of epoxidizing agent added is preferably at most 100 mol%.
  • the total amount of epoxidizing agent added is at most 50 mol%.
  • the total amount of epoxidizing agent is at most 25 mol%, preferably at most 15 mol%.
  • the total amount of epoxidizing agent is at least 5 mol% and at most 15 mol%.
  • the total amount of epoxidizing agent is the sum of the amounts of epoxidizing agent introduced at each addition.
  • the quantity of epoxidizing agent introduced at each addition is less than or equal to a quantity denoted Qm of epoxidizing agent.
  • This quantity Qm is a quantity of epoxidizing agent making it possible to achieve, in a single addition, a stabilized epoxidation yield of at least 85%, preferably at least 90%, more preferably 100%, for a diene polymer given in the same rubber processing tool.
  • the amount of epoxidizing agent added at each addition step has no minimum limit. It is preferable to distribute the amounts of epoxidizing agent as evenly as possible at each addition step.
  • the number of additions or stages of addition of the epoxidizing agent is an integer greater than or equal to the ratio of the total amount of epoxidizing agent to the quantity Qm.
  • the number of additions of epoxidizing agent is at least 2.
  • the maximum number of additions is not limited per se. However, for reasons of industrial reality and in order to limit the steps of the process, this number is preferably less than or equal to 10.
  • the mixing time after each addition of epoxidizing agent is preferably at least equal to the time tm necessary to achieve the stabilized epoxidation yield of at least 85%, of preferably at least 90%, more preferably 100%, for a quantity Qm of epoxidizing agent added all at once in a tool for processing the rubber.
  • the time tm is measured from the addition of the epoxidizing agent.
  • the mixing time after each addition of epoxidizing agent is preferably less than or equal to 20 minutes.
  • the amount of epoxidizing agent introduced at each addition is less than or equal to a quantity denoted Qm of epoxidizing agent
  • the number of addition steps of l 'epoxidizing agent is an integer greater than or equal to the ratio of the total amount of epoxidizing agent to the amount Qm
  • the mixing time after each addition of epoxidizing agent is preferably at least equal to the time tm.
  • tm and Qm depend essentially on the nature of the diene polymer, more particularly on the ability of its carbon-carbon double bonds to be epoxidized, on the nature of the epoxidizing agent, operating conditions ...
  • Qm and a time tm can be determined experimentally in a simple manner within the abilities of those skilled in the art.
  • Qm and tm can be determined by carrying out, in the same rubber processing tool and under the same operating conditions, in particular of set temperature, of mixing time, as well as of the operating parameter of the mixer, the epoxidation of a same diene polymer with Qi quantity of the same epoxidizing agent added at one time.
  • Several Qi amounts of the epoxidizing agent can be tested.
  • the evolution as a function of time of the yield of the epoxidation reaction is studied for a quantity Qi of epoxidizing agent introduced at one time. The yield of the reaction is determined according to the method described later.
  • a quantity Qi Qm corresponds to a quantity of a given epoxidizing agent for which the value on the ordinate of the asymptote is greater than or equal to 85%, preferably at least 90%, more preferably 100%.
  • the time tm corresponds to the time necessary, from the addition of the epoxidizing agent, for a determined quantity Qm of agent, to arrive at the asymptote, that is to say to achieve a yield d epoxidation stabilized by at least 85%, preferably at least 90%, more preferably 100%.
  • the change in yield as a function of time illustrated by the graph in FIG. 1, forms an asymptotic-type curve whose asymptote is horizontal and has a value on the ordinate of the order of 60%.
  • the second test consists of adding 3.2 mol% of m-CPBA all at once.
  • the change in efficiency as a function of time illustrated by the graph in FIG. 1, forms an asymptotic-type curve whose asymptote is horizontal and has a value on the ordinate of the order of 90%.
  • the value Qi 3.2 mol% is a quantity Qm according to the invention, since the value on the ordinate of the asymptote is greater than or equal to 85.
  • the epoxidation yield of 90% is reached after 4 minutes from the addition of m-CPBA. So tm is 4 minutes.
  • dispersion aid compounds mention may be made of inorganic powders such as talc, kaolin, silica and other similar compounds, as well as their mixtures. When such a compound is used, the epoxidizing agent and the dispersion aid compound are advantageously mixed prior to their use in the process of the invention.
  • the bulk epoxidation process can make it possible to achieve high epoxidation rates with high yields at set temperatures around the ambient.
  • the set point temperature of the epoxidation process according to the invention varies from 20 ° C to 30 ° C, preferably from 23 ° C to 27 ° C and is advantageously room temperature, ie of the order of 25 ° C, at normal pressure. Too high a temperature would have the drawback of possibly initiating the degradation of the epoxy groups formed or of possibly initiating the decomposition of the peracid by thermal means, thus reducing the yield of the process.
  • the temperature can be maintained within these ranges if necessary by cooling the reaction system by means of cooling devices which may be fitted to the rubber processing tool.
  • cooling devices which may be fitted to the rubber processing tool.
  • the inside of the rollers may be hollow, thus allowing the circulation of liquids which serve to control the set temperature and to minimize local self-heating.
  • roller mixer as a rubber processing tool has the advantage, since it is open, of better controlling the thermal of the epoxidation process.
  • the process has at least one of the following characteristics, preferably two, preferably three, preferably four, preferably five, preferably all: the diene polymer is a butadiene polymer, preferably a polybutadiene, the tool for processing the rubber is a roller mixer, the epoxidizing agent is a perbenzoic acid or a derivative thereof, preferably metachloroperbenzoic acid, the amount of agent of epoxidation added at each addition step is less than or equal to an amount Qm,, Qm being an amount of epoxidizing agent making it possible to achieve a stabilized epoxidation yield of at least 85%, preferably at least 90 %, more preferably 100%, in a single addition, which quantity Qm is preferably at least 1.5 mol% and less than 8 mol%, the number of additions of epoxidizing agent is a number integer greater than or equal to the ratio of the quantity tot ale of epoxidizing agent in the quantity Qm,
  • the process has at least one of the following characteristics, preferably two, preferably three, preferably four, preferably five, preferably all: the diene polymer is a polybutadiene, the tool for processing the rubber is a roller mixer, the epoxidizing agent is metachloroperbenzoic acid, the amount of epoxidizing agent added at each addition step is at least 1.5 mol% and less than 8 mol%, the number of epoxidizing agent additions is less than or equal to 5, more preferably less than or equal to 4, the mixing time after each addition of epoxidizing agent is greater or equal to a time tm is at least 3 minutes.
  • the diene polymer is a polybutadiene
  • the tool for processing the rubber is a roller mixer
  • the epoxidizing agent is metachloroperbenzoic acid
  • the amount of epoxidizing agent added at each addition step is at least 1.5 mol% and less than 8 mol%
  • the number of epoxidizing agent additions is
  • an epoxidized diene polymer exhibiting a high epoxidation rate in view of the epoxidation rates attainable by the mass processes of the state of the art, with a yield of at least 85%, preferably at least 90%, in a short time.
  • the epoxidized diene polymer obtained at the end of the process according to the invention can be used in various applications known to those skilled in the art depending on its nature.
  • the spectral characterization and measurements of the epoxidized BR polymer microstructure are carried out by liquid phase Nuclear Magnetic Resonance (NMR) spectroscopy.
  • a Bruker Avance III HD 400 MHz spectrometer is used, equipped with a Bruker cryo-BBFO z-grad 5 mm probe.
  • the X H experiments are recorded using a radiofrequency pulse with a tilting angle of 30 °, the number of repetitions is 64 with a recycling delay of 5 seconds.
  • the integrated signals for the quantization of the different patterns are:
  • mol% BR1-4 / BRepoxidated A / (A + B + C)
  • the epoxidation rate measured is therefore the molar percentage ratio of epoxy group to the sum of the molar percentages of epoxy groups and of carbon-carbon double bonds (BR1-4 and BR1-2)
  • Epoxidation rate measured (%) (C / (A + B + C)) x 100
  • the yield is calculated as being the epoxidation rate ratio measured to the target epoxidation rate.
  • target epoxidation rate nb of mole of m-CPBA / nb of mole of carbon-carbon double bonds
  • Nb of moles of the diene part mass of the diene part (g) / molar mass of the diene unit
  • Nb of mole of BR mass of BR (g) / molar mass of a polybutadiene unit (54 g / mol)
  • BR mass microstructure (0.5% unit 1.2, 97% unit 1.4 cis, 2.5% unit 1.4 trans)
  • m-CPBA metachloroperbenzoic acid at 172.57 g / mol
  • m-CBA metachlorobenzoic acid at 156.57g / mol
  • m-CPBA used in the examples is pure at 77% by mass, the remainder being m-CBA
  • the speed of the rear roller corresponds to 80% of the speed of the front roller which is fixed at 5 rpm and kept constant throughout the duration of the mixing.
  • the setpoint temperature is set at 25 ° C.
  • NB m-CPBA being pure 77% by mass, this represents 66.40g (i.e. 51.13 of m-CPBA and 15.27g of m-CBA)
  • - 200g (3.70mol) of BR is injected first.
  • a BR film is obtained around the front roller and a bead is formed induced by the air gap and the difference between the speed of the front and rear roller.
  • the air gap is the distance between the two rollers.
  • the speed of the rear roller corresponds to 80% of the speed of the front roller which is fixed at 5 rpm and kept constant throughout the duration of the mixing.
  • the setpoint temperature is set at 25 ° C.
  • a sample of gum from the rollers is taken every 5 minutes up to 30 minutes, then every 10 minutes up to 60 minutes, to measure the rate of epoxidation and the yield.
  • NB m-CPBA being pure 77% by mass, this represents 26.43g (i.e. 20.35 of m-CPBA and 6.08g of m-CBA)
  • FIG. 1 illustrates the change in the yield as a function of time of the epoxidation reaction of polybutadiene in a roller mixer by adding an epoxidizing agent all at once.
  • the two curves shown in the graph illustrate, for one, the addition at once of 8 mol% of m-CPBA and for the other the addition of 3.2 mol% of m-CPBA at once.
  • FIG. 1 shows that the introduction at once of an amount of 8 mol% of m-CPBA does not make it possible to achieve a yield greater than 75%, even while prolonging the reaction time.
  • the change in yield as a function of time describes an asymptotic curve whose asymptote, reached after about 7 minutes, is horizontal with a value on the ordinate of the order of 60%, i.e. an epoxidation rate 4.8%.
  • FIG. 1 also shows that the introduction at one time of an amount of 3.2 mol% of m-CPBA makes it possible to achieve a yield greater than 85%.
  • the change in yield as a function of time describes an asymptotic curve which reaches its asymptote after 4 minutes from the addition of the epoxidizing agent.
  • the asymptote is horizontal with a value on the ordinate of the order of 90%.
  • only a low epoxidation rate of 2.9% is achieved with such a high yield.
  • the curve in FIG. 1 is used, which illustrates the change in the yield as a function of time of the epoxidation reaction of polybutadiene in a roller mixer by adding an epoxidizing agent all at once. It is noted that the introduction at once of an amount of 3.2 mol% of m-CPBA makes it possible to achieve a yield of the order of 90%. The value of Qm is then fixed at 3.2 mol%. Thus, to achieve an epoxidation yield greater than 85%, the amount of m-CPBA to be added at each addition step is less than or equal to 3.2 mol%.
  • the asymptote of the curve is reached after 4 minutes from the addition of the epoxidizing agent tm is therefore 4 minutes.
  • the mixing time D after each addition is at least 4 minutes.
  • N is at least 3 (integer greater than or equal to 8 / 3.2).
  • the amount of m-CPBA to be added at each addition step is less than or equal to 3.2% (Qm), the sum of the amounts added being equal to 8 mol%.
  • BR 200g (3.70mol) of BR is injected into the roller mixer.
  • a BR film is obtained around the front roller and a bead is formed induced by the air gap and the difference between the speed of the front and rear roller.
  • the air gap is the distance between the two rollers. It is set at 1mm and is kept constant throughout the mixing time.
  • the rear roller speed corresponds to 80% of the front roller speed which is set at 5 rpm and kept constant during the process.
  • the setpoint temperature is set at 25 ° C.
  • a first part (0.118 mol or 3.2 mol%) of the total peracid (m-CPBA) (0.296 mol) is injected into the bead and the epoxidation reaction begins at this instant denoted t0.
  • FIG. 2 illustrates the evolution of the yield and of the epoxidation rate as a function of the time of the epoxidation reaction of polybutadiene in a roller mixer by addition in three stages of an epoxidizing agent, according to the invention.
  • the two curves shown on the graph illustrate for one the evolution of the yield of the epoxidation reaction as a function of time and for the other the evolution of the epoxidation rate as a function of time when the addition of 8 mol% of m-CPBA is carried out in three times respectively of a first amount of 3.2 mol% and twice of 2.4 mol%.
  • FIG. 1 illustrates the evolution of the yield and of the epoxidation rate as a function of the time of the epoxidation reaction of polybutadiene in a roller mixer by addition in three stages of an epoxidizing agent, according to the invention.
  • the two curves shown on the graph illustrate for one the evolution of the yield of the epoxidation reaction as a function of
  • FIG. 2 shows that the introduction in several times of a total quantity of 8 mol% of m-CPBA makes it possible to achieve a yield of the order of 95% after 30 minutes of reaction.
  • Figure 2 shows that the introduction in 3 times with mixing for 10 minutes at the end of each addition, of a total amount of 8 mol% of m-CPBA makes it possible to achieve a yield of the order of 95 % after 30 minutes of reaction.
  • the evolution of the epoxidation rate shows that an epoxidation rate of 7.6% is reached.
  • the process according to the invention is more productive than the bulk processes of the prior art and limits the stages of treatment of the polymer to be epoxidized and of recovery of the epoxidized polymer.
  • the process according to the invention makes it possible to achieve higher mass polymer epoxidation rates than the mass processes of the prior art.

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Abstract

The invention relates to a method for bulk preparation of an epoxidised diene polymer in a tool for processing rubber, which method comprises at least two separate additions of a solid epoxidation agent. The method of the invention makes it possible to achieve an epoxidation rate that is comparable to the epoxidation rates achieved in a method where the diene polymer is epoxidised in solution, with a yield greater than or equal to 85%.

Description

Procédé de préparation d'un élastomère diénique époxydé. A process for preparing an epoxidized diene elastomer.
Domaine technique Technical area
Le domaine de la présente invention est celui de la préparation en masse d'un élastomère diénique époxydé. The field of the present invention is that of the mass preparation of an epoxidized diene elastomer.
Technique antérieure Prior art
Les élastomères à base de monomères diènes conjugués sont largement décrits dans la littérature et utilisés au quotidien pour leurs nombreuses applications, principalement pour leur propriété d'élasticité. Elastomers based on conjugated diene monomers are widely described in the literature and used daily for their many applications, mainly for their elasticity property.
Les polymères diéniques époxydés sont venus grossir l'offre de ces polymères diéniques en proposant d'élargir les applications possibles du fait de la présence des groupements fonctionnels époxydes dans la chaîne polymère. Ainsi par exemple l'époxydation des polymères diéniques permet d'envisager une réticulation alternative à celle habituelle au moyen de systèmes de vulcanisation à base de soufre. Les fonctions époxydes des polymères époxydés peuvent également être utilisées pour greffer ces polymères avec des molécules portant une partie réactive vis-à-vis de ces fonctions époxydes. On peut ainsi envisager par exemple de fonctionnaliser un polymère le long de sa chaîne par greffage de fonctions appropriées. Epoxidized diene polymers have come to expand the offer of these diene polymers by proposing to widen the possible applications due to the presence of epoxy functional groups in the polymer chain. Thus, for example, the epoxidation of diene polymers makes it possible to envisage an alternative crosslinking to that usual by means of sulfur-based vulcanization systems. The epoxy functions of the epoxidized polymers can also be used to graft these polymers with molecules bearing a reactive part with respect to these epoxy functions. It is thus possible, for example, to envisage functionalizing a polymer along its chain by grafting appropriate functions.
Des polymères diéniques époxydés et leurs procédés d’obtention sont bien connus de l’homme du métier. De manière classique l'époxydation peut être réalisée en utilisant un agent d'époxydation tel qu'un peracide ou du peroxyde d'hydrogène en présence d'un acide carboxylique, avec un catalyseur ou non. Les procédés d'époxydation de polymères diéniques décrits dans la littérature peuvent être classés en 2 types, à savoir les procédés en « solution » lorsque le polymère diénique est remis en solution dans un solvant organique et les procédés en « masse » lorsque le polymère diénique reste à l'état solide. Epoxidized diene polymers and their methods of obtaining are well known to those skilled in the art. Conventionally, epoxidation can be carried out using an epoxidizing agent such as a peracid or hydrogen peroxide in the presence of a carboxylic acid, with or without a catalyst. The epoxidation processes of diene polymers described in the literature can be classified into 2 types, namely the “solution” processes when the diene polymer is redissolved in an organic solvent and the “bulk” processes when the diene polymer. remains in the solid state.
On appelle taux d'époxydation, le rapport molaire du nombre de fonctions époxydes dans le polymère sur le nombre de doubles liaisons carbone-carbone dans le polymère. Les taux d'époxydation décrits dans la littérature dépendent du type de procédé d'époxydation utilisé. Avec les procédés d'époxydation en « solution », il est possible d'atteindre des taux supérieurs à 10%.The epoxidation rate is the molar ratio of the number of epoxy functions in the polymer to the number of carbon-carbon double bonds in the polymer. The epoxidation rates described in the literature depend on the type of epoxidation process used. With “solution” epoxidation processes, it is possible to achieve levels above 10%.
Avec les procédés en « masse » le taux d'époxydation est généralement décrit comme n'allant pas au-delà de 6% à 8%. Quel que soit le type de procédé d'époxydation, le temps de réaction est généralement long et se compte en plusieurs heures, souvent incompatible avec une mise en oeuvre industrielle économiquement rentable. With “bulk” processes, the rate of epoxidation is generally described as not going beyond 6% to 8%. Whatever the type of epoxidation process, the reaction time is generally long and can be counted in several hours, often incompatible with an economically profitable industrial implementation.
À titre de procédé en « solution », on peut citer EP 2530094 Al qui décrit un procédé en solution visant à mettre en solution dans un solvant organique un polymère diénique et à l'époxyder par réaction avec l'acide métachloroperbenzoïque (mCPBA) à titre d'agent d'époxydation pendant environ deux heures à température ambiante, en présence d'un catalyseur. Il est ainsi possible d'atteindre des taux d'époxydation de l'ordre de 12% avec des rendements supérieurs à 90%. As a “solution” process, mention may be made of EP 2530094 A1 which describes a solution process aimed at dissolving a diene polymer in an organic solvent and at epoxidizing it by reaction with metachloroperbenzoic acid (mCPBA) as part of the process. epoxidizing agent for about two hours at room temperature, in the presence of a catalyst. It is thus possible to achieve epoxidation rates of the order of 12% with yields greater than 90%.
Les procédés en « masse » font également réagir des polymères diéniques avec un peracide qui peut être produit in-situ ou ex-situ. Les procédés en « masse » peuvent être mis en oeuvre de deux manières différentes: le polymère, qui reste toujours à l'état solide, peut réagir en vrac ou réduit à l'état de granulés ou de poudre. Si le polymère est transformé en granulés ou en poudre, la réaction d'époxydation est faite dans un réacteur agité pour générer une suspension du polymère dans une solution du peracide. La réaction peut également être faite dans une extrudeuse alimentée avec des granulés. Sinon, lorsque le polymère diénique est en vrac, la réaction peut être conduite dans un malaxeur ou encore une extrudeuse. Bulk processes also react diene polymers with a peracid which can be produced in-situ or ex-situ. The "bulk" processes can be carried out in two different ways: the polymer, which always remains in the solid state, can react in bulk or reduced to the state of granules or powder. If the polymer is transformed into granules or powder, the epoxidation reaction is carried out in a stirred reactor to generate a suspension of the polymer in a solution of the peracid. The reaction can also be carried out in an extruder fed with granules. Otherwise, when the diene polymer is in bulk, the reaction can be carried out in a kneader or else an extruder.
Ainsi, EP 0810237 Al décrit un procédé d'époxydation en masse selon lequel le polymère diénique est sous forme de poudre ou de granulés. Le polymère est mis en suspension dans un solvant organique qui ne doit pas dissoudre le polymère, par exemple l'acétate d’éthyle. L'acide peracétique ou l'acide performique, formé in-situ, est utilisé à titre d'agent d'époxydation et réagit pendant plusieurs heures. Un taux d'époxydation de 0.2% à 4% est obtenu. De façon similaire, EP 1403 287 Al décrit l'époxydation en phase solide avec l'acide peracétique. Un polymère diénique est mis en suspension dans l'eau avec du talc et est chauffé au-delà de 30°C. Une solution d'acide peracétique dans l'acétate d’éthyle est additionnée progressivement et la réaction prend place pendant plusieurs heures. Les exemples montrent que des taux d'époxydation de 1.5% à 3.0% sont atteints. Thus, EP 0810237 A1 describes a bulk epoxidation process according to which the diene polymer is in the form of powder or granules. The polymer is suspended in an organic solvent which should not dissolve the polymer, for example ethyl acetate. Peracetic acid or performic acid, formed in situ, is used as an epoxidizing agent and reacts for several hours. An epoxidation rate of 0.2% to 4% is obtained. Similarly, EP 1403 287 A1 describes solid phase epoxidation with peracetic acid. A diene polymer is suspended in water with talc and is heated above 30 ° C. A solution of peracetic acid in ethyl acetate is gradually added and the reaction takes place over several hours. The examples show that epoxidation rates of 1.5% to 3.0% are achieved.
Le procédé décrit dans RU 2509780 Cl a été développé pour l'époxydation de fibres de polybutadiène formées par électrofilage. Les fibres sont en suspension dans un réacteur agité dans un mélange d'un acide carboxylique et de peroxyde d'hydrogène en présence d'un catalyseur. Les différents agents d'époxydation sont formés in-situ. La durée d'époxydation varie de une à quatre heures et la température de 10°C à 30°C. Suite à la réaction, les fibres sont lavées avec eau distillé et séchées sous vide. Des taux d'époxydation variables sont obtenus en fonction des conditions de la réaction et sont compris entre 1 et 8% avec des rendements faibles inférieurs à 30%. The process described in RU 2509780 C1 was developed for the epoxidation of polybutadiene fibers formed by electrospinning. The fibers are suspended in a stirred reactor in a mixture of a carboxylic acid and hydrogen peroxide in the presence of a catalyst. The various epoxidizing agents are formed in situ. The epoxidation time varies from one to four hours and the temperature from 10 ° C to 30 ° C. Following the reaction, the fibers are washed with distilled water and dried under vacuum. Variable epoxidation rates are obtained depending on the reaction conditions and are between 1 and 8% with low yields of less than 30%.
Le document CN 1113906 C, qui traite de l'époxydation en masse du polyisoprène 1,4-trans, décrit des taux d'époxydation supérieurs à 20% en un temps réduit à une heure. Toutefois il convient de noter que le taux d'époxydation a été mesuré indirectement par la consommation de l'agent d'époxydation. Or, cette consommation peut être liée à des réactions parasites et non pas seulement à l'époxydation. Aussi, les taux d'époxydation effectif donnés dans ce document sont-ils incertains.Document CN 1113906 C, which deals with the bulk epoxidation of 1,4-trans polyisoprene, describes epoxidation rates greater than 20% in a time reduced to one hour. However, it should be noted that the rate of epoxidation was measured indirectly by the consumption of the epoxidizing agent. However, this consumption can be linked to side reactions and not only to epoxidation. Also, the effective epoxidation rates given in this document are uncertain.
Le documents JP5598365 B2 et JP5541125 B2 décrivent des procédés d'époxydation en masse de polymères diéniques utilisés en vrac sans mise en forme préalable. Dans les exemples, le polymère diénique est mis en contact dans un premier temps avec de l'acide stéarique sur des rouleaux chauffés et, après un certain nombre de passages, avec du peroxyde d'hydrogène. Différents taux d'époxydation sont obtenus variant de 0,8% à moins de 3% en fonction de la température utilisée dans le mélangeur fixée à 50°C ou 60°C. The documents JP5598365 B2 and JP5541125 B2 describe processes for the bulk epoxidation of diene polymers used in bulk without prior shaping. In the examples, the diene polymer is contacted first with stearic acid on heated rollers and, after a number of passes, with hydrogen peroxide. Different epoxidation rates are obtained varying from 0.8% to less than 3% depending on the temperature used in the mixer set at 50 ° C or 60 ° C.
Le document CN 1263902 A décrit un procédé d'époxydation selon lequel le polymère diénique peut être chargé en vrac dans un mélangeur interne de type Banbury ou une extrudeuse, en l'absence de tout solvant. Un peracide solide en présence d'un additif de dispersion est également introduit dans le mélangeur ou l'extrudeuse. A titre d'exemples, des polybutadiènes sont époxydés dans de petits mélangeurs internes de laboratoire avec du monoperacide phtalique solide en présence de talc pendant une durée de 15 minutes à des températures de 20°C, 25°C et 30°C. Des taux d'époxydation mesurés sont compris entre 5% molaire et 8% molaire, sans précision toutefois du protocole de mesure. En supposant que ce sont les groupements époxydes qui sont dosés pour cette mesure, les rendements d'époxydation sont compris entre 50% et 70%. Il ressort de l'étude de l'art antérieur qu'il n'est pas aisé, avec un procédé d'époxydation en masse, d'atteindre des taux d'époxydation aussi élevés que ceux obtenus lors de procédé en « solution » et cela dans des temps compatibles avec une mise en oeuvre à l'échelle industrielle. Il ressort également de l'étude de l'état de l'art que lorsque des taux d'époxydation satisfaisants peuvent être obtenus en masse, ils le sont avec un rendement insuffisant pour un procédé productif, économiquement rentable. Document CN 1263902 A describes an epoxidation process according to which the diene polymer can be loaded in bulk into an internal mixer of the Banbury type or an extruder, in the absence of any solvent. A solid peracid in the presence of a dispersion additive is also introduced into the mixer or the extruder. By way of example, polybutadienes are epoxidized in small internal laboratory mixers with solid phthalic monoperacid in the presence of talc for a period of 15 minutes at temperatures of 20 ° C, 25 ° C and 30 ° C. The epoxidation rates measured are between 5 mol% and 8 mol%, however without specifying the measurement protocol. Assuming that it is the epoxy groups which are assayed for this measurement, the epoxidation yields are between 50% and 70%. It emerges from the study of the prior art that it is not easy, with a mass epoxidation process, to achieve epoxidation rates as high as those obtained during the “solution” process and this in times compatible with an implementation on an industrial scale. It also emerges from the study of the state of the art that when satisfactory epoxidation rates can be obtained in bulk, they are obtained with an insufficient yield for a productive, economically profitable process.
Le problème que se propose de résoudre l'invention est donc de fournir un procédé d'époxydation en masse de polymères diéniques permettant d'obtenir de taux d'époxydation du même ordre que ceux obtenus « en solution » en un temps acceptable pour une mise en oeuvre à l'échelle industrielle.The problem which the invention proposes to solve is therefore to provide a process for the mass epoxidation of diene polymers making it possible to obtain epoxidation rates of the same order as those obtained “in solution” in an acceptable time for a setting. implemented on an industrial scale.
L'invention a également pour but de fournir un procédé d'époxydation en masse de polymères diéniques qui soit productif et compatible avec une application industrielle économiquement rentable présentant un rendement satisfaisant. The object of the invention is also to provide a process for the mass epoxidation of diene polymers which is productive and compatible with an economically profitable industrial application exhibiting a satisfactory yield.
Dans cette optique, l'invention a encore pour but de fournir un procédé d'époxydation simple de mise en oeuvre. From this point of view, the object of the invention is also to provide an epoxidation process that is simple to implement.
Exposé de l'invention Disclosure of the invention
Les Inventeurs ont mis au point un procédé de préparation en masse d'un polymère diénique époxydé de réalisation simple et productif, compatible avec un déploiement à l'échelle industrielle qui permet d'atteindre des taux d'époxydation de l'ordre de ceux obtenus « en solution » avec un rendement élevé, par exemple supérieur à 80%, et cela en un temps restreint. The inventors have developed a process for the mass preparation of an epoxidized diene polymer of simple and productive production, compatible with deployment on an industrial scale which makes it possible to achieve epoxidation rates of the order of those obtained. “In solution” with a high yield, for example greater than 80%, and this in a short time.
Ainsi, un premier objet de l'invention est un procédé de préparation en masse d'un polymère diénique époxydé qui comprend, dans un outil de mise en oeuvre du caoutchouc, la mise en contact d'un élastomère diénique et d'un agent d'époxydation de type peracide sous forme solide, lequel agent d'époxydation est introduit en au moins deux fois. La réaction d'époxydation selon ce procédé peut se dérouler à température ambiante et pendant une durée courte, qui dans certains cas peut être inférieure à une heure. Thus, a first object of the invention is a process for the mass preparation of an epoxidized diene polymer which comprises, in a tool for processing rubber, bringing a diene elastomer into contact with a diene agent. A peracid type epoxidation in solid form, which epoxidizing agent is introduced in at least two times. The epoxidation reaction according to this process can take place at room temperature and for a short time, which in some cases can be less than one hour.
Le procédé de préparation en masse d'un polymère diénique époxydé selon l'invention, comprendThe process for the mass preparation of an epoxidized diene polymer according to the invention comprises
- le chargement d'un polymère diénique dans un outil de mise en oeuvre du caoutchouc,- loading a diene polymer into a rubber processing tool,
- l'ajout, en au moins deux fois, d'un agent d'époxydation choisi parmi les peracides solides,- the addition, at least twice, of an epoxidizing agent chosen from solid peracids,
- le mélangeage après chaque ajout d'agent d'époxydation dans l'outil de mise en oeuvre.- mixing after each addition of epoxidizing agent in the processing tool.
Préférentiellement, selon le procédé de l'invention, le polymère diénique est un élastomère diénique choisi dans le groupe constitué par les polybutadiènes (BR), le caoutchouc naturel (NR), les polyisoprènes de synthèse (IR), les copolymères de butadiène-styrène (SBR), les copolymère de butadiène-éthylène, les copolymère de butadiène-éthylène-styrène, les copolymères d’isobutène- isoprène, les copolymère d’isoprène-styrène (SIR), les copolymère d’isoprène-butadiène (BIR) et les copolymère d’isoprène-butadiène-styrène (SBIR). Preferably, according to the process of the invention, the diene polymer is a diene elastomer chosen from the group consisting of polybutadienes (BR), natural rubber (NR), synthetic polyisoprenes (IR), butadiene-styrene copolymers (SBR), butadiene-ethylene copolymers, butadiene-ethylene-styrene copolymers, isobutene-isoprene copolymers, isoprene-styrene copolymers (SIR), isoprene-butadiene copolymers (BIR) and isoprene-butadiene-styrene (SBIR) copolymers.
Préférentiellement, selon le procédé de l'invention, l'outil de mise en oeuvre du caoutchouc est un mélangeur à rouleaux Préférentiellement alors, le procédé comprend après le chargement du polymère diénique, une étape de passage répété du polymère diénique sur les rouleaux afin de recouvrir uniformément lesdits rouleaux d'une couche continue de polymère. Preferably, according to the process of the invention, the tool for processing the rubber is a roller mixer. Preferably then, the process comprises, after loading the diene polymer, a step of repeatedly passing the diene polymer over the rollers in order to uniformly cover said rolls with a continuous layer of polymer.
Préférentiellement, selon le procédé de l'invention, le mélangeur est équipé d'un dispositif de régulation de la température. Preferably, according to the method of the invention, the mixer is equipped with a temperature regulation device.
Préférentiellement, selon le procédé de l'invention, l'agent d'époxydation est solide sous forme de poudre, de granules ou toute autre forme analogue. Preferably, according to the process of the invention, the epoxidizing agent is solid in the form of powder, granules or any other similar form.
Préférentiellement, selon le procédé de l'invention, l'agent d'époxydation est choisi parmi les peracides aromatiques, de préférence parmi l'acide perbenzoïque et ses dérivés et l'acide monoperphthalique et ses dérivés, plus préférentiellement parmi les acides perbenzoïques halogénés. Tout particulièrement, l'agent d'époxydation est l’acide métachloroperbenzoïque. Preferably, according to the process of the invention, the epoxidizing agent is chosen from aromatic peracids, preferably from perbenzoic acid and its derivatives and monoperphthalic acid and its derivatives, more preferably from halogenated perbenzoic acids. Most notably, the epoxidizing agent is metachloroperbenzoic acid.
Préférentiellement, selon le procédé de l'invention, la quantité totale d'agent d'époxydation ajouté est au plus de 100% molaire et supérieur à 0% molaire, plus préférentiellement elle est au moins de 5% molaire. Préférentiellement, selon le procédé de l'invention, les quantités d'agent d'époxydation introduites à chaque ajout sont inférieures ou égales à une quantité Qm ±1% molaire d'agent d'époxydation permettant d'atteindre un rendement d'époxydation stabilisé d'au moins 85%, de préférence au moins 90%, plus préférentiellement de 100%, en un seul ajout. Preferably, according to the process of the invention, the total amount of epoxidizing agent added is at most 100 mol% and greater than 0 mol%, more preferably it is at least 5 mol%. Preferably, according to the process of the invention, the amounts of epoxidizing agent introduced at each addition are less than or equal to a quantity Qm ± 1 mol% of epoxidizing agent making it possible to achieve a stabilized epoxidation yield. at least 85%, preferably at least 90%, more preferably 100%, in a single addition.
Préférentiellement, selon le procédé de l'invention, le nombre d'ajouts ou d'étapes d'ajout de l'agent d'époxydation est supérieur ou égal à la partie entière du rapport de la quantité totale d'agent d'époxydation à une quantité Qm, Qm étant une quantité d'agent d'époxydation permettant d'atteindre un rendement d'époxydation stabilisé d'au moins 85%, de préférence au moins 90%, plus préférentiellement de 100%, en un seul ajout. Preferably, according to the process of the invention, the number of additions or stages of addition of the epoxidizing agent is greater than or equal to the whole part of the ratio of the total amount of epoxidizing agent to an amount Qm, Qm being an amount of epoxidizing agent making it possible to achieve a stabilized epoxidation yield of at least 85%, preferably at least 90%, more preferably 100%, in a single addition.
Préférentiellement, selon le procédé de l'invention, la durée de mélangeage après chaque ajout d'agent d'époxydation est au moins égale au temps tm nécessaire pour atteindre le rendement d'époxydation stabilisé d'au moins 85%, de préférence au moins 90%, plus préférentiellement de 100%, pour une quantité Qm donnée d'agent d'époxydation ajouté en une seule fois, Qm étant une quantité d'agent d'époxydation permettant d'atteindre un rendement d'époxydation stabilisé d'au moins 85%, de préférence au moins 90%, plus préférentiellement de 100%, en un seul ajout . Preferably, according to the process of the invention, the mixing time after each addition of epoxidizing agent is at least equal to the time tm necessary to achieve the stabilized epoxidation yield of at least 85%, preferably at least 90%, more preferably 100%, for a given quantity Qm of epoxidizing agent added all at once, Qm being a quantity of epoxidizing agent making it possible to achieve a stabilized epoxidation yield of at least 85%, preferably at least 90%, more preferably 100%, in a single addition.
Préférentiellement, selon le procédé de l'invention, la quantité d'agent d'époxydation introduite à chaque ajout est inférieure ou égale à une quantité notée Qm±l% molaire d'agent d'époxydation, le nombre d'étapes d'ajout de l'agent d'époxydation est supérieur ou égal à la partie entière du rapport de la quantité totale d'agent d'époxydation à la quantité Qm et la durée de mélangeage après chaque ajout d'agent d'époxydation est de préférence au moins égale au temps tm, Qm étant une quantité d'agent d'époxydation permettant d'atteindre ce rendement d'époxydation stabilisé d'au moins 85%, de préférence au moins 90%, plus préférentiellement de 100%, en un seul ajout et tm est le temps nécessaire pour atteindre ce rendement d'époxydation stabilisé. Preferably, according to the process of the invention, the quantity of epoxidizing agent introduced at each addition is less than or equal to a quantity denoted Qm ± 1 mol% of epoxidizing agent, the number of addition steps of the epoxidizing agent is greater than or equal to the whole part of the ratio of the total amount of epoxidizing agent to the amount Qm and the mixing time after each addition of epoxidizing agent is preferably at least equal to the time tm, Qm being an amount of epoxidizing agent making it possible to achieve this stabilized epoxidation yield of at least 85%, preferably at least 90%, more preferably 100%, in a single addition and tm is the time required to achieve this stabilized epoxidation yield.
Préférentiellement, selon le procédé de l'invention, la quantité d'agent d'époxydation introduite à chaque ajout est d'au moins 1,5% molaire et de moins de 8% molaire. Préférentiellement, selon le procédé de l'invention, le nombre d'ajouts d'agent d'époxydation est supérieur ou égal à 2 et inférieur ou égal à 10. Preferably, according to the process of the invention, the amount of epoxidizing agent introduced at each addition is at least 1.5 mol% and less than 8 mol%. Preferably, according to the process of the invention, the number of epoxidizing agent additions is greater than or equal to 2 and less than or equal to 10.
Préférentiellement, selon le procédé de l'invention, la durée de mélangeage après chaque ajout d'agent d'époxydation est inférieure ou égale à 20 minutes, Preferably, according to the process of the invention, the mixing time after each addition of epoxidizing agent is less than or equal to 20 minutes,
Préférentiellement, selon le procédé de l'invention, une des caractéristiques suivantes est respectée, de préférence deux, de préférence trois, de préférence quatre, de préférence cinq, de préférence toutes : le polymère diénique est un polymère du butadiène, de préférence un polybutadiène, l'outil de mise en oeuvre du caoutchouc est un mélangeur à rouleaux, l'agent d'époxydation est un acide perbenzoïque ou un de ses dérivés, de préférence l'acide métachloroperbenzoïque, la quantité d'agent d'époxydation ajouté à chaque étape d'ajout est inférieure ou égale à une quantité Qm, Qm étant une quantité d'agent d'époxydation permettant d'atteindre un rendement d'époxydation stabilisé d'au moins 85%, de préférence au moins 90%, plus préférentiellement de 100%, en un seul ajout, préférentiellement Qm étant d'au moins 1,5% molaire et de moins de 8% molaire, de préférence encore d'au plus 5% molaire le nombre d'ajouts d'agent d'époxydation est supérieur ou égal à la partie entière du rapport de la quantité totale d'agent d'époxydation à la quantité Qm, le nombre d'ajout étant de préférence inférieur ou égal à 5, de préférence encore inférieur ou égal 4, la durée de mélangeage après chaque ajout d'agent d'époxydation est supérieure ou égale à un temps tm, tm étant le temps nécessaire pour atteindre un rendement d'époxydation stabilisé d'au moins 85%, de préférence au moins 90%, plus préférentiellement de 100%, pour une quantité Qm d'agent d'époxydation ajouté en une seule fois, préférentiellement tm étant d'au moins 3 minutes. Preferably, according to the process of the invention, one of the following characteristics is observed, preferably two, preferably three, preferably four, preferably five, preferably all: the diene polymer is a polymer of butadiene, preferably a polybutadiene , the tool for processing the rubber is a roller mixer, the epoxidizing agent is a perbenzoic acid or a derivative thereof, preferably metachloroperbenzoic acid, the amount of epoxidizing agent added to each addition step is less than or equal to a quantity Qm, Qm being a quantity of epoxidizing agent making it possible to achieve a stabilized epoxidation yield of at least 85%, preferably at least 90%, more preferably of 100%, in a single addition, preferably Qm being at least 1.5 mol% and less than 8 mol%, more preferably at most 5 mol%, the number of additions of epoxidizing agent is greater than or equal to the integer part of the the total amount of epoxidizing agent at the amount Qm, the number of additions preferably being less than or equal to 5, more preferably less than or equal to 4, the mixing time after each addition of epoxidizing agent is greater than or equal to a time tm, tm being the time necessary to achieve a stabilized epoxidation yield of at least 85%, preferably at least 90%, more preferably 100%, for a quantity Qm of agent of epoxidation added all at once, preferably tm being at least 3 minutes.
Description des figures Description of figures
Figure 1 est un graphique illustrant l'évolution du rendement en fonction du temps d'une réaction d'époxydation d'un polybutadiène dans un mélangeur à rouleaux par ajout en une seule fois d'un agent d'époxydation. Figure 1 is a graph illustrating the evolution of the yield as a function of time of an epoxidation reaction of a polybutadiene in a roller mixer by adding an epoxidizing agent all at once.
Figure 2 est un graphique illustrant l'évolution du rendement et l'évolution du taux d'époxydation en fonction du temps d'une réaction d'époxydation d'un polybutadiène dans un mélangeur à rouleaux par ajout successif d'un agent d'époxydation selon l'invention. Figure 2 is a graph illustrating the evolution of the yield and the evolution of the epoxidation rate as a function of time of an epoxidation reaction of a polybutadiene in a roller mixer by successive addition of an epoxidizing agent according to the invention.
Description détaillée detailed description
Dans la présente description, tout intervalle de valeurs désigné par l’expression "entre a et b" représente le domaine de valeurs supérieur à "a" et inférieur à "b" (c'est-à-dire bornes a et b exclues) tandis que tout intervalle de valeurs désigné par l’expression "de a à b" signifie le domaine de valeurs allant de "a" jusqu'à "b" (c'est-à-dire incluant les bornes strictes a et b). In the present description, any interval of values designated by the expression “between a and b” represents the range of values greater than “a” and less than “b” (that is to say limits a and b excluded) while any range of values designated by the expression "from a to b" signifies the range of values going from "a" to "b" (that is to say including the strict limits a and b).
Dans la présente description, sauf indication expresse différente, tous les pourcentages (%) indiqués sont des pourcentages (%) molaire. Dans la présente description, on entend par « procédé en masse », un procédé conduit dans un milieu réactionnel ne comprenant pas de solvant. In the present description, unless expressly indicated otherwise, all the percentages (%) indicated are molar percentages (%). In the present description, the term “mass process” is understood to mean a process carried out in a reaction medium not comprising a solvent.
Les polymères diéniques et autres composés mentionnés dans la description peuvent être d'origine fossile ou biosourcés. Dans ce dernier cas, ils peuvent être, partiellement ou totalement, issus de la biomasse ou obtenus à partir de matières premières renouvelables issues de la biomasse. The diene polymers and other compounds mentioned in the description can be of fossil origin or biobased. In the latter case, they may be, partially or totally, derived from biomass or obtained from renewable raw materials derived from biomass.
Ainsi, l'invention concerne un procédé de préparation en masse d'un polymère diénique époxydé qui comprend Thus, the invention relates to a process for the bulk preparation of an epoxidized diene polymer which comprises
- le chargement d'un polymère diénique dans un outil de mise en oeuvre du caoutchouc ,- loading a diene polymer into a rubber processing tool,
- l'ajout, en au moins deux fois, d'un agent d'époxydation choisi parmi les peracides solides et solubles dans le polymère diénique, - the addition, in at least twice, of an epoxidizing agent chosen from solid peracids soluble in the diene polymer,
- le mélangeage après chaque ajout d'agent d'époxydation. - mixing after each addition of epoxidizing agent.
Par polymère diénique on entend selon l'invention, tout type de polymère issu au moins en partie (i.e. un homopolymère ou un copolymère) de monomères diènes (monomères porteurs de deux doubles liaisons carbone-carbone, conjuguées ou non). By diene polymer is meant according to the invention, any type of polymer derived at least in part (i.e. a homopolymer or a copolymer) from diene monomers (monomers bearing two carbon-carbon double bonds, conjugated or not).
Le polymère diénique peut être choisi dans le groupe constitué par les polymères diénique thermoplastiques, les élastomères thermoplastiques, les élastomères diéniques et leurs mélanges. Préférentiellement, le polymère diénique est choisi parmi les élastomères diéniques. The diene polymer can be chosen from the group consisting of thermoplastic diene polymers, thermoplastic elastomers, diene elastomers and mixtures thereof. Preferably, the diene polymer is chosen from diene elastomers.
Parmi les élastomères diéniques on peut citer les élastomères comprenant des unités d'un monomère 1,3-diène. On entend par unité monomère 1,3-diène, une unité qui résulte de l'insertion d'un monomère 1,3-diène dans une chaîne polymère en croissance. De façon connue, les unités d'un monomères 1,3-diène peuvent résulter d'une insertion 1,2 ou 1,4 du monomère 1,3-diène dans la chaîne polymère. Dans le cas d'une insertion 1,4, elles peuvent se présenter sous la configuration cis ou trans. Among the diene elastomers, mention may be made of elastomers comprising units of a 1,3-diene monomer. The term “1,3-diene monomer unit” is understood to mean a unit which results from the insertion of a 1,3-diene monomer into a growing polymer chain. In a known manner, the units of a 1,3-diene monomer can result from a 1,2 or 1,4 insertion of the 1,3-diene monomer in the polymer chain. In the case of a 1,4 insertion, they can be in the cis or trans configuration.
A titre de monomère 1,3-diène, on peut citer ceux ayant 4 à 8 atomes de carbone, comme par exemple le 1,3-butadiène, le 2,3-diméthyl-l ,3-butadiène, l’isoprène, le pipérylène. Conviennent également leurs dérivés halogénés, comme par exemple le chloroprène. Le monomère 1,3-diène peut aussi consister en un mélange de ces monomères, auquel les unités monomères 1,3-diène sont constituées des unités monomères de chacun des monomères composant le mélange. De préférence, le 1,3-diène est le 1,3-butadiène, l'isoprène ou leur mélange. Mention may be made, by way of 1,3-diene monomer, of those having 4 to 8 carbon atoms, such as, for example, 1,3-butadiene, 2,3-dimethyl-1,3-butadiene, isoprene, piperylene. Also suitable are their halogenated derivatives, such as, for example, chloroprene. The 1,3-diene monomer can also consist of a mixture of these monomers, in which the 1,3-diene monomer units consist of the monomer units of each of the monomers making up the mixture. Preferably, the 1,3-diene is 1,3-butadiene, isoprene or a mixture thereof.
En particulier, l'élastomère diénique est avantageusement un élastomère diénique choisi dans le groupe constitué par le caoutchouc naturel (NR), les polyisoprènes de synthèse (IR), les polybutadiènes (BR), 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'éthylène-butadiène, les copolymères d'éthylène-butadiène-styrène, les copolymères d'isoprène-butadiène (BIR), les copolymères d’isoprène-styrène (SIR), les copolymères d'isoprène-butadiène-styrène (SBIR) et les mélanges de tels copolymères. In particular, the diene elastomer is advantageously a diene elastomer chosen from the group consisting of natural rubber (NR), synthetic polyisoprenes (IR), polybutadienes (BR), butadiene copolymers, isoprene copolymers and mixtures of these elastomers. Such copolymers are more preferably chosen from the group consisting of butadiene-styrene (SBR) copolymers, ethylene-butadiene copolymers, ethylene-butadiene-styrene copolymers, isoprene-butadiene (BIR) copolymers. , isoprene-styrene (SIR) copolymers, isoprene-butadiene-styrene (SBIR) copolymers and mixtures of such copolymers.
Les élastomères diéniques ci-dessus peuvent être par exemple à blocs, statistiques, séquencés, microséquencés. Ils peuvent être modifiés notamment par couplage ou étoilage. Par outil de mise en œuvre du caoutchouc, on entend un mélangeur adapté pour le malaxage de milieux réactionnels de viscosité élevé telle que celle d'élastomères diéniques en vrac de type de ceux décrits plus haut. The above diene elastomers can be, for example, block, random, sequenced or microsequenced. They can be modified in particular by coupling or starring. The term “rubber processing tool” is understood to mean a mixer suitable for mixing reaction media of high viscosity such as that of bulk diene elastomers of the type of those described above.
Ainsi, le mélangeur peut être un mélangeur à rouleaux, une extrudeuse, un mélangeur doté d'un système d'agitation tel que ceux décrits dans le livre David B. Todd, Mixing of Highly Viscous Fluids, Polymers, and Pastes, dans Handbook of Industrial Mixing: Science and Practice, E.L. Paul, V.A. Atiemo-Obeng, and S.M. Kresta, Editors. 2004, John Wiley and Sons. Page 998, Page 1021, plus particulièrement un mélangeur à double bras en Z, un mélangeur interne à rotors engrenants, d'autres mélangeurs internes... . Thus, the mixer can be a roller mixer, an extruder, a mixer equipped with a stirring system such as those described in the book David B. Todd, Mixing of Highly Viscous Fluids, Polymers, and Pastes, in Handbook of Industrial Mixing: Science and Practice, EL Paul, VA Atiemo-Obeng, and SM Kresta, Editors. 2004, John Wiley and Sons. Page 998, Page 1021, more particularly a double Z-arm mixer, an internal mixer with meshing rotors, other internal mixers ....
Par mélangeur à rouleaux, on entend au sens connu de l'homme de l'art tout type de mélangeur externe possédant deux rouleaux parallèles horizontaux, qui peuvent être refroidis ou chauffés, tournant en sens inverse, habituellement à des vitesses différentes, leur écartement étant ajustable, et permettant la mastication et le mélangeage en masse d'un polymère ou d'une composition polymère. By roller mixer is understood in the sense known to those skilled in the art any type of external mixer having two horizontal parallel rollers, which can be cooled or heated, rotating in the opposite direction, usually at different speeds, their spacing being adjustable, and allowing chewing and mass mixing of a polymer or a polymer composition.
Par extrudeuse dans le cadre de l'invention, on entend une extrudeuse ou co extrudeuse munie d'au moins deux points d'injection le long de sa cavité de mélangeage afin de pouvoir ajouter l'agent d'époxydation en au moins deux fois le long du cheminement progressif du polymère dans ladite cavité . En vue de maîtriser la thermique de la réaction d'époxydation, l'extrudeuse peut également être munie d'un système de refroidissement sur tout ou partie de la longueur de la cavité de mélangeage et disposer de profil spécifique permettant de minimiser les auto-échauffementsBy extruder in the context of the invention, is meant an extruder or co-extruder provided with at least two injection points along its mixing cavity in order to be able to add the epoxidizing agent in at least twice the amount. along the progressive path of the polymer in said cavity. In order to control the heat of the epoxidation reaction, the extruder can also be fitted with a cooling system over all or part of the length of the mixing cavity and have a specific profile allowing self-heating to be minimized.
Par mélangeur double bras en Z (ou sigma) dans le cadre de l'invention, on entend par exemple les mélangeurs à pâles en Z ou sigma équipés d'une vis de décharge tels que « sigma blades mixer- discharge screw type » commercialisé par la société Battaggion SPA, « extrusion-kneader » commercialisé par la société Aachener Misch- und Knetmaschinenfabrik Peter Küpper GmbH & Co. KG, « double-z-kneader with extrusion screw » commercialisé par la société Hermann Linden Maschinenfabrik GmbH & Co. KG., « mixer extruders », commercialisé par la société Aaron Process Equipment Company. By double Z-arm mixer (or sigma) in the context of the invention is meant, for example, Z or sigma paddle mixers equipped with a discharge screw such as "sigma blades mixer-discharge screw type" marketed by the company Battaggion SPA, “extrusion-kneader” marketed by the company Aachener Misch- und Knetmaschinenfabrik Peter Küpper GmbH & Co. KG, “double-z-kneader with extrusion screw” marketed by the company Hermann Linden Maschinenfabrik GmbH & Co. KG. , “Mixer extruders”, marketed by Aaron Process Equipment Company.
Par mélangeur interne à rotors engrenants dans le cadre de l'invention, on entend par exemple un mélangeur tel que décrit dans le document US4775240 et commercialisée sous la dénomination « VIC » (Variable Intermeshing Clearance, c'est-à-dire mélangeur interne avec des rotors engrenants et jeu variable). In the context of the invention, the term “internal mixer with intermeshing rotors” means for example a mixer as described in document US Pat. No. 4,775,240 and sold under the name “VIC” (Variable Intermeshing Clearance, that is to say internal mixer with intermeshing rotors and variable clearance).
D'autres mélangeurs internes, englobent par exemple des mélangeurs de laboratoire instrumentés de type Measuring Mixer 350 commercialisés par la société Brabender. Other internal mixers include, for example, instrumented laboratory mixers of the Measuring Mixer 350 type marketed by the company Brabender.
Selon un mode de réalisation préférentielle de l'invention, l'outil de mise en œuvre du caoutchouc est un mélangeur à rouleaux. Le choix d'un tel mélangeur permet de mieux maîtriser la thermique de la réaction, le mélangeur étant ouvert. According to a preferred embodiment of the invention, the tool for processing the rubber is a roller mixer. The choice of such a mixer makes it possible to better control the heat of the reaction, the mixer being open.
De préférence, après le chargement du polymère diénique en vrac dans l'outil de mise en œuvre du caoutchouc, ce dernier est malaxé quelques minutes. Cette étape a pour but de détendre le polymère pour une meilleure incorporation de l'agent d'époxydation. Selon le mode de réalisation de l'invention selon lequel le mélangeur est un mélangeur à rouleaux, l'étape de malaxage est réalisée par le passage répété du polymère diénique sur les rouleaux jusqu'à recouvrir uniformément les rouleaux d'une couche continue de polymère. Preferably, after loading the bulk diene polymer into the rubber processing tool, the latter is kneaded for a few minutes. The purpose of this step is to relax the polymer for better incorporation of the epoxidizing agent. According to the embodiment of the invention according to which the mixer is a roller mixer, the kneading step is carried out by repeatedly passing the diene polymer over the rollers until the rolls are uniformly covered with a continuous layer of polymer. .
Ainsi, de préférence selon ce mode de réalisation, le polymère est malaxé par passage répété sur les rouleaux jusqu'à former une feuille continue recouvrant uniformément les rouleaux (également appelé manchonnage). Cette étape de malaxage ou de manchonnage peut durer plusieurs minutes. Sa durée dépend notamment de la nature du polymère diénique et de la température. A titre d'illustration, cette étape peut durer jusqu'à 20 minutes, préférentiellement jusqu'à 10 minutes.Thus, preferably according to this embodiment, the polymer is kneaded by repeated passage over the rollers until a continuous sheet is formed uniformly covering the rolls (also called sleeving). This mixing or sleeving step can last several minutes. Its duration depends in particular on the nature of the diene polymer and on the temperature. By way of illustration, this step can last up to 20 minutes, preferably up to 10 minutes.
Au bout de ce temps de malaxage, l'agent d'époxydation est ajouté en au moins deux fois. At the end of this mixing time, the epoxidizing agent is added in at least twice.
L'agent d'époxydation est introduit dans l'outil de mise en oeuvre du caoutchouc, à l'état solide sous forme de poudre, de granules ou sous une autre forme analogue. The epoxidizing agent is introduced into the rubber processing tool in the solid state in the form of powder, granules or other similar form.
L'agent d'époxydation est avantageusement un composé à fort pouvoir oxydant. Préférentiellement, l'agent d'époxydation est un peracide organique. A titre de peracides organiques, on peut citer les peracides carboxyliques aliphatiques et les peracides carboxyliques aromatiques. The epoxidizing agent is advantageously a compound with strong oxidizing power. Preferably, the epoxidizing agent is an organic peracid. By way of organic peracids, mention may be made of aliphatic percarboxylic acids and aromatic percarboxylic acids.
Préférentiellement, l'agent d'époxydation est un peracide carboxylique aromatique. Plus préférentiellement alors, l'agent d'époxydation est choisi parmi l'acide perbenzoïque et ses dérivés et l'acide monoperphthalique et ses dérivés. A titre de dérivés de l'acide perbenzoïque, on peut citer les acides perbenzoïques halogénés et les acides perbenzoïques nitrés. Parmi ces dérivés de l'acide perbenzoïque, on préférera tout particulièrement l’acide métachloroperbenzoïque à titre d'agent d'époxydation. Preferably, the epoxidizing agent is an aromatic percarboxylic acid. More preferably then, the epoxidizing agent is chosen from perbenzoic acid and its derivatives and monoperphthalic acid and its derivatives. Mention may be made, as derivatives of perbenzoic acid, of halogenated perbenzoic acids and nitrated perbenzoic acids. Among these derivatives of perbenzoic acid, most particularly preferred is metachloroperbenzoic acid as an epoxidizing agent.
L'agent d'époxydation est ajouté de manière séquencée en au moins deux fois dans le mélangeur afin de maintenir un rendement de l'époxydation satisfaisant. Cet ajout en plusieurs fois permet d'atteindre un rendement supérieur ou égal à 85%, de préférence supérieur ou égal à 90%. Ce qui accroît la productivité du procédé selon l'invention par rapport aux procédés en masse de l'art antérieur. The epoxidizing agent is added sequentially at least twice to the mixer in order to maintain a satisfactory epoxidation yield. This addition in several stages makes it possible to achieve a yield greater than or equal to 85%, preferably greater than or equal to 90%. This increases the productivity of the process according to the invention compared to the bulk processes of the prior art.
La quantité totale d'agent d'époxydation utilisée dans le procédé selon l'invention n'est pas limitée et dépend du taux d'époxydation souhaité. La quantité totale d'agent d'époxydation ajouté est supérieure à 0% molaire exprimé par rapport au nombre de moles total de doubles liaisons carbone- carbone du polymère diénique. Toutefois, avantageusement, la quantité totale d'agent d'époxydation est au moins de 5% molaire. Bien que n'ayant pas de limite haute, la quantité totale d'agent d'époxydation ajouté est préférentiellement au plus de 100% molaire. Selon certaines variantes du procédé, la quantité totale d'agent d'époxydation ajouté est au plus 50% molaire. Selon d'autres variantes du procédé, la quantité totale d'agent d'époxydation est au plus de 25% molaire, de préférence au plus de 15% molaire. Ainsi, avantageusement, la quantité totale d'agent d'époxydation est au moins de 5% molaire et au plus de 15% molaire. The total amount of epoxidizing agent used in the process according to the invention is not limited and depends on the desired epoxidation rate. The total amount of epoxidizing agent added is greater than 0 mol% expressed relative to the total number of moles of carbon-carbon double bonds of the diene polymer. However, advantageously, the total amount of epoxidizing agent is at least 5 mol%. Although not having an upper limit, the total amount of epoxidizing agent added is preferably at most 100 mol%. According to certain variants of the process, the total amount of epoxidizing agent added is at most 50 mol%. According to other variants of the process, the total amount of epoxidizing agent is at most 25 mol%, preferably at most 15 mol%. Thus, advantageously, the total amount of epoxidizing agent is at least 5 mol% and at most 15 mol%.
L'homme du métier saura déterminer la quantité totale d'agent d'époxydation nécessaire pour obtenir le taux d'époxydation désiré du polymère diénique, notamment la quantité totale d'agent d'époxydation peut correspondre au taux d'époxydation désiré. La quantité totale d'agent d'époxydation est la somme des quantités d'agent d'époxydation introduites à chaque ajout. Avantageusement, selon une mise en œuvre de l'invention, la quantité d'agent d'époxydation introduite à chaque ajout est inférieure ou égale à une quantité notée Qm d'agent d'époxydation. Cette quantité Qm est une quantité d'agent d'époxydation permettant d'atteindre, en un seul ajout, un rendement d'époxydation stabilisé d'au moins 85%, de préférence au moins 90%, plus préférentiellement de 100%, pour un polymère diénique donné dans un même outil de mise en œuvre du caoutchouc. Those skilled in the art will know how to determine the total amount of epoxidizing agent necessary to obtain the desired rate of epoxidation of the diene polymer, in particular the total amount of epoxidizing agent may correspond to the desired rate of epoxidation. The total amount of epoxidizing agent is the sum of the amounts of epoxidizing agent introduced at each addition. Advantageously, according to one implementation of the invention, the quantity of epoxidizing agent introduced at each addition is less than or equal to a quantity denoted Qm of epoxidizing agent. This quantity Qm is a quantity of epoxidizing agent making it possible to achieve, in a single addition, a stabilized epoxidation yield of at least 85%, preferably at least 90%, more preferably 100%, for a diene polymer given in the same rubber processing tool.
Selon l'invention, la quantité d'agent d'époxydation ajouté à chaque étape d'ajout n'a pas de limite minimale. Il est préférable de répartir le plus uniformément possible les quantités d'agent d'époxydation à chaque étape d'ajout. According to the invention, the amount of epoxidizing agent added at each addition step has no minimum limit. It is preferable to distribute the amounts of epoxidizing agent as evenly as possible at each addition step.
Il appartient à l'homme du métier de définir la valeur de Qm lui permettant d'atteindre un rendement d'époxydation stabilisé d'au moins 85% en fonction de l'agent d'époxydation ou de la matrice élastomère à époxyder. Cette valeur Qm peut être déterminée expérimentalement de manière simple à la portée l'homme du métier. Une méthode de détermination d'une valeur Qm est décrite plus bas et dans les exemples qui suivent. It is up to a person skilled in the art to define the value of Qm allowing him to achieve a stabilized epoxidation yield of at least 85% depending on the epoxidizing agent or the elastomeric matrix to be epoxidized. This value Qm can be determined experimentally in a simple manner within the reach of those skilled in the art. A method for determining a value Qm is described below and in the examples which follow.
Le nombre d'ajouts ou d'étapes d'ajout de l'agent d'époxydation, selon une mise en œuvre avantageuse de l'invention, est un nombre entier supérieur ou égal au rapport de la quantité totale d'agent d'époxydation à la quantité Qm. The number of additions or stages of addition of the epoxidizing agent, according to an advantageous implementation of the invention, is an integer greater than or equal to the ratio of the total amount of epoxidizing agent to the quantity Qm.
Selon l'invention, le nombre d'ajouts d'agent d'époxydation est d'au moins 2. Le nombre maximal d'ajouts n'est pas limité en soi. Toutefois pour des raisons de réalité industrielle et dans le but de limiter les étapes du procédé, ce nombre est de préférence inférieur ou égal à 10. According to the invention, the number of additions of epoxidizing agent is at least 2. The maximum number of additions is not limited per se. However, for reasons of industrial reality and in order to limit the steps of the process, this number is preferably less than or equal to 10.
Selon une mise en œuvre avantageuse de l'invention, la durée de mélangeage après chaque ajout d'agent d'époxydation est de préférence au moins égale au temps tm nécessaire pour atteindre le rendement d'époxydation stabilisé d'au moins 85%, de préférence au moins 90%, plus préférentiellement de 100%, pour une quantité Qm d'agent d'époxydation ajouté en une seule fois dans un outil de mise en œuvre du caoutchouc. Le temps tm est mesurer à compter de l'ajout de l'agent d'époxydation. According to an advantageous implementation of the invention, the mixing time after each addition of epoxidizing agent is preferably at least equal to the time tm necessary to achieve the stabilized epoxidation yield of at least 85%, of preferably at least 90%, more preferably 100%, for a quantity Qm of epoxidizing agent added all at once in a tool for processing the rubber. The time tm is measured from the addition of the epoxidizing agent.
Il appartient à l'homme du métier de définir la valeur de tm lui permettant d'atteindre un rendement d'époxydation stabilisé d'au moins 85% en fonction de l'agent d'époxydation ou de la matrice élastomère à époxyder. Le temps tm peut être déterminé expérimentalement de manière simple à la portée l'homme du métier. Une méthode de détermination de tm est décrite plus bas et dans les exemples qui suivent. It is up to a person skilled in the art to define the value of tm allowing him to achieve a stabilized epoxidation yield of at least 85% depending on the epoxidizing agent or the elastomeric matrix to be epoxidized. The time tm can be determined experimentally in a simple manner within the reach of those skilled in the art. A method for determining tm is described below and in the examples which follow.
Bien qu'il n'y ait pas de limite maximale de la durée de mélangeage après chaque ajout, une durée de mélangeage trop élevée pourrait avoir pour conséquence une baisse de la productivité du procédé.Although there is no maximum limit on the mixing time after each addition, too long a mixing time could result in a decrease in the productivity of the process.
La durée de mélangeage après chaque ajout d'agent d'époxydation est de préférence inférieure ou égale à 20 minutes. The mixing time after each addition of epoxidizing agent is preferably less than or equal to 20 minutes.
Selon une mise en œuvre particulièrement avantageuse de l'invention, la quantité d'agent d'époxydation introduite à chaque ajout est inférieure ou égale à une quantité notée Qm d'agent d'époxydation, le nombre d'étapes d'ajout de l'agent d'époxydation est un nombre entier supérieur ou égal au rapport de la quantité totale d'agent d'époxydation à la quantité Qm et la durée de mélangeage après chaque ajout d'agent d'époxydation est de préférence au moins égale au temps tm. Selon cette mise en œuvre, il est possible d'optimiser davantage le rendement d'époxydation du procédé selon l'invention pour des taux d'époxydation élevés. According to a particularly advantageous implementation of the invention, the amount of epoxidizing agent introduced at each addition is less than or equal to a quantity denoted Qm of epoxidizing agent, the number of addition steps of l 'epoxidizing agent is an integer greater than or equal to the ratio of the total amount of epoxidizing agent to the amount Qm and the mixing time after each addition of epoxidizing agent is preferably at least equal to the time tm. According to this implementation, it is possible to further optimize the epoxidation yield of the process according to the invention for high epoxidation rates.
L'homme du métier comprendra que les valeurs tm et Qm dépendent essentiellement de la nature du polymère diénique, plus particulièrement de l'aptitude de ses doubles liaisons carbone-carbone à être époxydées, de la nature de l'agent d'époxydation, des conditions opératoires... Those skilled in the art will understand that the values tm and Qm depend essentially on the nature of the diene polymer, more particularly on the ability of its carbon-carbon double bonds to be epoxidized, on the nature of the epoxidizing agent, operating conditions ...
Une quantité Qm et un temps tm peuvent être déterminés expérimentalement de manière simple à la portée l'homme du métier. Qm et tm peuvent être déterminés en réalisant dans le même outil de mise en œuvre du caoutchouc et selon les mêmes conditions opératoires notamment de température de consigne, de durée de malaxage, ainsi que de paramètre de fonctionnement du mélangeur, l'époxydation d'un même polymère diénique avec une quantité Qi du même agent d'époxydation ajouté en une seule fois. Plusieurs quantités Qi de l'agent d'époxydation peuvent être testées. On étudie l'évolution en fonction du temps du rendement de la réaction d'époxydation pour une quantité Qi d'agent d'époxydation introduit en une seule fois. Le rendement de la réaction est déterminé conformément à la méthode décrite plus après. L'évolution de cette fonction forme une courbe de type asymptotique dont l'asymptote est horizontale (voir Figure 1 par exemple). On entend alors par rendement d'époxydation stabilisé, la valeur à l'ordonnée de l'asymptote horizontale à cette courbe. Une quantité Qi=Qm correspond à une quantité d'un agent d'époxydation donné pour laquelle la valeur à l'ordonnée de l'asymptote est supérieure ou égale à 85%, de préférence au moins 90%, plus préférentiellement de 100%. Le temps tm correspond au temps nécessaire, à compter de l'ajout de l'agent d'époxydation, pour une quantité Qm déterminée d'agent, pour arriver à l'asymptote, c'est-à-dire pour atteindre un rendement d'époxydation stabilisé d'au moins 85%, de préférence au moins 90%, plus préférentiellement de 100%. An amount Qm and a time tm can be determined experimentally in a simple manner within the abilities of those skilled in the art. Qm and tm can be determined by carrying out, in the same rubber processing tool and under the same operating conditions, in particular of set temperature, of mixing time, as well as of the operating parameter of the mixer, the epoxidation of a same diene polymer with Qi quantity of the same epoxidizing agent added at one time. Several Qi amounts of the epoxidizing agent can be tested. The evolution as a function of time of the yield of the epoxidation reaction is studied for a quantity Qi of epoxidizing agent introduced at one time. The yield of the reaction is determined according to the method described later. The evolution of this function forms an asymptotic type curve whose asymptote is horizontal (see Figure 1 for example). The term “stabilized epoxidation yield” is then understood to mean the value on the ordinate of the horizontal asymptote to this curve. A quantity Qi = Qm corresponds to a quantity of a given epoxidizing agent for which the value on the ordinate of the asymptote is greater than or equal to 85%, preferably at least 90%, more preferably 100%. The time tm corresponds to the time necessary, from the addition of the epoxidizing agent, for a determined quantity Qm of agent, to arrive at the asymptote, that is to say to achieve a yield d epoxidation stabilized by at least 85%, preferably at least 90%, more preferably 100%.
A titre d'illustration et se référant à la Figure 1, deux essais d'époxydation d'un polybutadiène ont été effectués dans un même mélangeur à rouleaux et selon les mêmes conditions opératoires (notamment d'outil de mise en œuvre du caoutchouc, de température de consigne, de durée de manchonnage, ainsi que de vitesse et d'écartement des rouleaux de l'outil). Pour chacun de ces essais une certaine quantité Qi d'agent d'époxydation (acide métachloroperbenzoique ou m-CPBA) est introduite en une seule fois dans le mélangeur. By way of illustration and with reference to FIG. 1, two epoxidation tests of a polybutadiene were carried out in the same roller mixer and under the same operating conditions (in particular of the tool for processing the rubber, of set temperature, sleeving time, as well as the speed and spacing of the tool rollers). For each of these tests, a certain quantity Qi of epoxidizing agent (metachloroperbenzoic acid or m-CPBA) is introduced all at once into the mixer.
Un premier essai consiste en l'ajout en une seule fois de Qi=8% molaire de m-CPBA. L'évolution du rendement en fonction du temps, illustrée par le graphique de la Figure 1, forme une courbe de type asymptotique dont l'asymptote est horizontale et a une valeur à l'ordonnée de l'ordre de 60%. Ainsi, la valeur Qi=8% molaire n'est pas une quantité Qm selon l'invention, puisque la valeur à l'ordonnée de l'asymptote n'est pas supérieure ou égale à 85%. A first test consists of adding Qi = 8 mol% of m-CPBA all at once. The change in yield as a function of time, illustrated by the graph in FIG. 1, forms an asymptotic-type curve whose asymptote is horizontal and has a value on the ordinate of the order of 60%. Thus, the value Qi = 8 mol% is not a quantity Qm according to the invention, since the value on the ordinate of the asymptote is not greater than or equal to 85%.
Le deuxième essai consiste en l'ajout en une seule fois de 3,2% molaire de m-CPBA. L'évolution du rendement en fonction du temps, illustrée par le graphique de la Figure 1, forme une courbe de type asymptotique dont l'asymptote est horizontale et a une valeur à l'ordonnée de l'ordre de 90%. Ainsi, la valeur Qi=3,2% molaire est une quantité Qm selon l'invention, puisque la valeur à l'ordonnée de l'asymptote est supérieure ou égale à 85. The second test consists of adding 3.2 mol% of m-CPBA all at once. The change in efficiency as a function of time, illustrated by the graph in FIG. 1, forms an asymptotic-type curve whose asymptote is horizontal and has a value on the ordinate of the order of 90%. Thus, the value Qi = 3.2 mol% is a quantity Qm according to the invention, since the value on the ordinate of the asymptote is greater than or equal to 85.
On peut déterminer graphiquement la valeur de tm pour cette quantité Qm=3,2% molaire. On atteint le rendement d'époxydation de 90% au bout de 4 minutes à compter de l'ajout du m-CPBA. Ainsi tm vaut 4 minutes. Selon une variante de l'invention, il est possible d'utiliser un composé d'aide à la dispersion de l'agent d'époxydation dans le polymère. A titre de composés d'aide à la dispersion on peut citer des poudres minérales telles que du talc, du kaolin, de la silice et d'autres composés analogues, ainsi que leurs mélanges. Lorsqu'un tel composé est mis en oeuvre, l'agent d'époxydation et le composé d'aide à la dispersion sont avantageusement mélangés préalablement à leur utilisation dans le procédé de l'invention. The value of tm can be determined graphically for this quantity Qm = 3.2 mol%. The epoxidation yield of 90% is reached after 4 minutes from the addition of m-CPBA. So tm is 4 minutes. According to a variant of the invention, it is possible to use a compound for aid in the dispersion of the epoxidizing agent in the polymer. As dispersion aid compounds, mention may be made of inorganic powders such as talc, kaolin, silica and other similar compounds, as well as their mixtures. When such a compound is used, the epoxidizing agent and the dispersion aid compound are advantageously mixed prior to their use in the process of the invention.
Selon l'invention, le procédé d'époxydation en masse peut permettre d'atteindre des taux d'époxydation élevés avec des rendements élevés à des températures de consigne autour de l'ambiant. Ainsi, préférentiellement la température de consigne du procédé d'époxydation selon l'invention varie de 20°C à 30°C, de préférence de 23°C à 27°C et est avantageusement la température ambiante, soit de l'ordre de 25°C, à pression normale. Une température trop élevée aurait l'inconvénient d'éventuellement amorcer la dégradation des groupements époxydes formés ou encore d'éventuellement amorcer la décomposition du peracide par voie thermique, diminuant ainsi le rendement du procédé. According to the invention, the bulk epoxidation process can make it possible to achieve high epoxidation rates with high yields at set temperatures around the ambient. Thus, preferably the set point temperature of the epoxidation process according to the invention varies from 20 ° C to 30 ° C, preferably from 23 ° C to 27 ° C and is advantageously room temperature, ie of the order of 25 ° C, at normal pressure. Too high a temperature would have the drawback of possibly initiating the degradation of the epoxy groups formed or of possibly initiating the decomposition of the peracid by thermal means, thus reducing the yield of the process.
Dans la mesure où la réaction d'époxydation est exothermique, la température peut être maintenue dans ces domaines de variation si nécessaire par un refroidissement du système réactionnel au moyen de dispositifs de refroidissement dont peuvent être munis l'outil de mise en oeuvre du caoutchouc. Par exemple, pour un mélangeur à rouleaux, l'intérieur des rouleaux peut être creux permettant ainsi la circulation de liquides qui servent à contrôler la température de consigne et de minimiser les auto-échauffements locaux. Since the epoxidation reaction is exothermic, the temperature can be maintained within these ranges if necessary by cooling the reaction system by means of cooling devices which may be fitted to the rubber processing tool. For example, for a roller mixer, the inside of the rollers may be hollow, thus allowing the circulation of liquids which serve to control the set temperature and to minimize local self-heating.
L'utilisation d'un mélangeur à rouleaux à titre d'outil de mise en oeuvre du caoutchouc présente l'avantage, dans la mesure où il est ouvert, de mieux contrôler la thermique du procédé d'époxydation. The use of a roller mixer as a rubber processing tool has the advantage, since it is open, of better controlling the thermal of the epoxidation process.
Selon une mise en oeuvre particulière de l'invention, le procédé présente au moins une des caractéristiques suivantes, de préférence deux, de préférence trois, de préférence quatre, de préférence cinq, de préférence toutes : le polymère diénique est un polymère du butadiène, de préférence un polybutadiène, l'outil de mise en oeuvre du caoutchouc est un mélangeur à rouleaux, l'agent d'époxydation est un acide perbenzoïque ou un de ses dérivés, de préférence l'acide métachloroperbenzoïque, la quantité d'agent d'époxydation ajouté à chaque étape d'ajout est inférieure ou égale à une quantité Qm, , Qm étant une quantité d'agent d'époxydation permettant d'atteindre un rendement d'époxydation stabilisé d'au moins 85%, de préférence au moins 90%, plus préférentiellement de 100%, en un seul ajout, laquelle quantité Qm est de préférence d'au moins 1,5% molaire et de moins de 8% molaire, le nombre d'ajouts d'agent d'époxydation est un nombre entier supérieur ou égal au rapport de la quantité totale d'agent d'époxydation à la quantité Qm, préférentiellement inférieur ou égal à 5, de préférence encore inférieur ou égal 4, la durée de mélangeage après chaque ajout d'agent d'époxydation est supérieure ou égale à un temps tm, tm étant le temps nécessaire pour atteindre un rendement d'époxydation stabilisé d'au moins 85%, de préférence au moins 90%, plus préférentiellement de 100%, pour une quantité Qm d'agent d'époxydation ajouté en une seule fois, lequel tm est préférentiellement d'au moins 3 minutes. According to a particular implementation of the invention, the process has at least one of the following characteristics, preferably two, preferably three, preferably four, preferably five, preferably all: the diene polymer is a butadiene polymer, preferably a polybutadiene, the tool for processing the rubber is a roller mixer, the epoxidizing agent is a perbenzoic acid or a derivative thereof, preferably metachloroperbenzoic acid, the amount of agent of epoxidation added at each addition step is less than or equal to an amount Qm,, Qm being an amount of epoxidizing agent making it possible to achieve a stabilized epoxidation yield of at least 85%, preferably at least 90 %, more preferably 100%, in a single addition, which quantity Qm is preferably at least 1.5 mol% and less than 8 mol%, the number of additions of epoxidizing agent is a number integer greater than or equal to the ratio of the quantity tot ale of epoxidizing agent in the quantity Qm, preferably less than or equal to 5, more preferably less than or equal to 4, the mixing time after each addition of epoxidizing agent is greater than or equal to a time tm, tm being the time required to achieve a stabilized epoxidation yield of at least 85%, preferably at least 90%, more preferably 100%, for a quantity Qm of epoxidizing agent added all at once, which tm is preferably at least 3 minutes.
Selon cette mise en oeuvre particulière de l'invention, le procédé présente au moins une des caractéristiques suivantes, de préférence deux, de préférence trois, de préférence quatre, de préférence cinq, de préférence toutes : le polymère diénique est un polybutadiène, l'outil de mise en oeuvre du caoutchouc est un mélangeur à rouleaux, l'agent d'époxydation est l'acide métachloroperbenzoïque, la quantité d'agent d'époxydation ajouté à chaque étape d'ajout est d'au moins 1,5% molaire et de moins de 8% molaire, le nombre d'ajouts d'agent d'époxydation est inférieur ou égal à 5, de préférence encore inférieur ou égal 4, la durée de mélangeage après chaque ajout d'agent d'époxydation est supérieure ou égale à un temps tm est d'au moins 3 minutes. According to this particular implementation of the invention, the process has at least one of the following characteristics, preferably two, preferably three, preferably four, preferably five, preferably all: the diene polymer is a polybutadiene, the tool for processing the rubber is a roller mixer, the epoxidizing agent is metachloroperbenzoic acid, the amount of epoxidizing agent added at each addition step is at least 1.5 mol% and less than 8 mol%, the number of epoxidizing agent additions is less than or equal to 5, more preferably less than or equal to 4, the mixing time after each addition of epoxidizing agent is greater or equal to a time tm is at least 3 minutes.
A l'issue de la réaction d'époxydation, un polymère diénique époxydé en vrac est récupéré. At the end of the epoxidation reaction, a bulk epoxidized diene polymer is recovered.
Avantageusement, selon le procédé de l'invention, il est possible de préparer un polymère diénique époxydé présentant un taux d'époxydation élevé au vu des taux d'époxydation atteignables par les procédés en masse de l'état de l'art, avec un rendement d'au moins 85%, de préférence d'au moins 90%, en un temps restreint. Advantageously, according to the process of the invention, it is possible to prepare an epoxidized diene polymer exhibiting a high epoxidation rate in view of the epoxidation rates attainable by the mass processes of the state of the art, with a yield of at least 85%, preferably at least 90%, in a short time.
Le polymère diénique époxydé obtenu à l'issue du procédé selon l'invention peut être utilisé dans divers application connues de l'homme du métier en fonction de sa nature. The epoxidized diene polymer obtained at the end of the process according to the invention can be used in various applications known to those skilled in the art depending on its nature.
Exemples Examples
I. Méthodes de mesures utilisées I. Measurement methods used
La. Dosage des groupements époxydes dans le polymère diénigue époxydé: La. Determination of the epoxy groups in the epoxidized diene polymer:
La caractérisation spectrale et les mesures de la microstructure de polymère BR époxydé sont réalisées par spectroscopie de Résonance Magnétique Nucléaire (RMN) en phase liquide. The spectral characterization and measurements of the epoxidized BR polymer microstructure are carried out by liquid phase Nuclear Magnetic Resonance (NMR) spectroscopy.
Pour ces mesures, un spectromètre Bruker Avance III HD 400 MHz est utilisé, équipé d'une sonde Bruker cryo-BBFO z-grad 5 mm. For these measurements, a Bruker Avance III HD 400 MHz spectrometer is used, equipped with a Bruker cryo-BBFO z-grad 5 mm probe.
Les expériences XH sont enregistrées à l'aide d'une impulsion radiofréquence avec un angle de basculement de 30°, le nombre de répétitions est de 64 avec un délai de recyclage de 5 secondes.The X H experiments are recorded using a radiofrequency pulse with a tilting angle of 30 °, the number of repetitions is 64 with a recycling delay of 5 seconds.
Les expériences sont réalisées à 25 °C. The experiments are carried out at 25 ° C.
25 mg d'échantillon sont solubilisés dans 1 mL chloroforme deutéré (CDCI3).
Figure imgf000014_0001
25 mg of sample are dissolved in 1 mL deuterated chloroform (CDCI 3 ).
Figure imgf000014_0001
Structure d'un polybutadiène époxydé Structure of an epoxidized polybutadiene
L'axe des déplacements chimiques 1H est calibré par rapport au signal de l'impureté protonée du solvant (CHCI3) à d1H = 7,2 ppm. The axis of the chemical shifts 1 H is calibrated with respect to the signal of the protonated impurity of the solvent (CHCl 3) at d 1 H = 7.2 ppm.
Les déplacements chimiques des signaux caractéristiques de cette matrice sont présentés dans le tableau 1 d'attribution des signaux 1H de polybutadiène époxydé dans le CDCI3. The chemical shifts of the signals characteristic of this matrix are presented in Table 1 of assignment of the 1 H signals of epoxidized polybutadiene in CDCl3.
Tableau 1 d 1H (ppm) Attributions Table 1 d 1 H (ppm) Assignments
-CH= (BR1-2) -CH = (BR1-2)
6.00 - 5.00 CH=CH- (BR1-4) 6.00 - 5.00 CH = CH- (BR1-4)
5.00 - 4.60 =CH2 (BR1-2) 5.00 - 4.60 = CH 2 (BR1-2)
3.20 - 2.55 CH-CH- Epoxyde
Figure imgf000014_0002
3.20 - 2.55 CH-CH- Epoxy
Figure imgf000014_0002
Les quantifications ont été effectuées à partir de l'intégration des spectres RMN 1D 1H à l'aide du logiciel Topspin. The quantifications were carried out from the integration of the 1D 1 H NMR spectra using the Topspin software.
Les signaux intégrés pour la quantification des différents motifs sont : The integrated signals for the quantization of the different patterns are:
11 = entre 6.0 et 5.00 ppm : 1H -CH= éthylénique des BR1-2 + 2H -CH=CH- éthylénique des BR1-411 = between 6.0 and 5.00 ppm: 1H -CH = ethylenic of BR1-2 + 2H -CH = CH- ethylenic of BR1-4
12 = entre 5.00 et 4.60 ppm : 2H =CH2 éthyléniques des motifs BR1-2 12 = between 5.00 and 4.60 ppm: 2H = ethylenic CH2 of the BR1-2 units
13 = entre 3.20 et 2.55 ppm : 2H -CH-CH- des motifs époxydes. 13 = between 3.20 and 2.55 ppm: 2H -CH-CH- of the epoxy units.
Ils sont ensuite normalisés de la manière suivante : They are then normalized as follows:
1H BR1-4 = (ll-l2)/2 = A 1H BRl-2 = 12/2 = B 1H Epoxyde = 13/2 = C 1H BR1-4 = (ll-l2) / 2 = A 1H BRl-2 = 12/2 = B 1H Epoxy = 13/2 = C
La quantification de la microstructure est réalisée en pourcentage molaire (% molaire) comme suit : %molaire BR1-4 / BRépoxydé = A/(A+B+C) The quantification of the microstructure is carried out in molar percentage (mol%) as follows: mol% BR1-4 / BRepoxidated = A / (A + B + C)
% molaire BR1-2 / BRépoxydé = B/(A+B+C) mol% BR1-2 / Bepoxidized = B / (A + B + C)
% molaire Epoxyde / BRépoxydé = C/(A+B+C) Taux d'époxydation Molar% Epoxy / Bepoxidized = C / (A + B + C) Epoxidation rate
Le taux d'époxydation mesuré est donc le rapport pourcentage molaire de groupement époxydes sur la somme des pourcentages molaires de groupement époxydes et de doubles liaisons carbone- carbone (BR1-4 et BR1-2) The epoxidation rate measured is therefore the molar percentage ratio of epoxy group to the sum of the molar percentages of epoxy groups and of carbon-carbon double bonds (BR1-4 and BR1-2)
Ainsi : So :
Taux époxydation mesuré (%) = (C / (A+B+C)) x 100 Epoxidation rate measured (%) = (C / (A + B + C)) x 100
I.b. Rendement I.b. Yield
Le rendement est calculé comme étant le rapport taux époxydation mesuré sur le taux époxydation visé. The yield is calculated as being the epoxidation rate ratio measured to the target epoxidation rate.
Ainsi : So :
Rendement (%) = (Taux époxydation mesuré/ Taux époxydation visé) x 100 Avec Yield (%) = (Measured epoxidation rate / Targeted epoxidation rate) x 100 With
• taux époxydation visé = nb de mole de m-CPBA / nb de mole de doubles liaisons carbone- carbone • target epoxidation rate = nb of mole of m-CPBA / nb of mole of carbon-carbon double bonds
• Nb de mole de doubles liaisons C=C = Nb de mole de de la partie diénique, soit le nombre de mole de BR dans les exemples. • Nb of moles of C = C double bonds = Nb of moles of the diene part, ie the number of moles of BR in the examples.
• Nb de mole de la partie diénique = masse de la partie diénique (g) / masse molaire du motif diénique, • Nb of moles of the diene part = mass of the diene part (g) / molar mass of the diene unit,
Soit dans les exemples Either in the examples
Nb de mole de BR = masse de BR (g) / masse molaire d'un motif polybutadiène (54 g/mol) Nb of mole of BR = mass of BR (g) / molar mass of a polybutadiene unit (54 g / mol)
II. Exemples 1 II. Examples 1
II. a. Réactifs : II. at. Reagents:
BR : microstructure en massique (0.5% d'unité 1.2, 97% d'unité 1.4 cis, 2.5% d'unité 1.4 trans) m-CPBA : acide métachloroperbenzoique à 172.57 g/mol m-CBA = acide métachlorobenzoique à 156.57g/mol m-CPBA utilisé dans les exemples est pur à 77% massique, le reste étant du m-CBABR: mass microstructure (0.5% unit 1.2, 97% unit 1.4 cis, 2.5% unit 1.4 trans) m-CPBA: metachloroperbenzoic acid at 172.57 g / mol m-CBA = metachlorobenzoic acid at 156.57g / mol m-CPBA used in the examples is pure at 77% by mass, the remainder being m-CBA
L'époxydation de BR par un peracide a été étudiée dans un mélangeur à rouleaux 0 100 de Scamex à circulation d'huile. The epoxidation of BR by a peracid was studied in a Scamex 0 100 roller mixer with oil circulation.
II. b. Procédé d'époxydation d'un BR avec ajout en une seule fois de 8%molaire de m-CPBA 200g (3.70mol) de BR est injecté dans le mélangeur à rouleaux. Suite au passage entre les rouleaux, un film de BR est obtenu autour du rouleau avant et un bourrelet se forme induit par l'entrefer et la différence entre la vitesse du rouleau avant et arrière. L'entrefer correspond à la distance qui sépare les deux rouleaux. Il est réglé à 1mm et est maintenu constant pendant toute la durée du mélange.II. b. Method of epoxidation of a BR with the addition at once of 8 mol% of m-CPBA 200g (3.70mol) of BR is injected into the roller mixer. As a result of the passage between the rollers, a BR film is obtained around the front roller and a bead is formed induced by the air gap and the difference between the speed of the front and rear roller. The air gap is the distance between the two rollers. It is set at 1mm and is kept constant throughout the mixing time.
La vitesse du rouleau arrière correspond à 80% de la vitesse du rouleau avant qui est fixée à 5 tr/min et maintenue constante pendant toute la durée du mélange. La température de consigne est fixée à 25°C. The speed of the rear roller corresponds to 80% of the speed of the front roller which is fixed at 5 rpm and kept constant throughout the duration of the mixing. The setpoint temperature is set at 25 ° C.
- Au bout de 10 minutes un film continu de gomme est obtenu. - After 10 minutes a continuous film of gum is obtained.
- 66.40g de m-CPBA pur à 77% est ensuite injecté (0.296 mol, soit 8% molaire de 3.70 mol de BR) dans le bourrelet et la réaction d'époxydation débute. - 66.40g of 77% pure m-CPBA is then injected (0.296 mol, i.e. 8 mol% of 3.70 mol of BR) in the bead and the epoxidation reaction begins.
- un prélèvement de gomme est réalisé sur les rouleaux toutes les minutes jusqu'à 5 minutes, puis à 7, 10, 15 et 20 minutes, pour mesurer le taux d'époxydation et le rendement - a rubber sample is taken from the rollers every minute for up to 5 minutes, then at 7, 10, 15 and 20 minutes, to measure the rate of epoxidation and the yield
NB : le m-CPBA étant pur 77% massique cela représente 66.40g (soit 51.13 de m-CPBA et 15.27g de m-CBA) NB: m-CPBA being pure 77% by mass, this represents 66.40g (i.e. 51.13 of m-CPBA and 15.27g of m-CBA)
II. b. Procédé d'époxydation du BR avec ajout en une seule fois de 3,2 %molaire de m-CPBA II. b. BR epoxidation process with the addition of 3.2 mol% m-CPBA all at once
- 200g (3.70mol) de BR est injecté en premier. Suite au passage entre les rouleaux, un film de BR est obtenu autour du rouleau avant et un bourrelet se forme induit par l'entrefer et la différence entre la vitesse du rouleau avant et arrière. L'entrefer correspond à la distance qui sépare les deux rouleaux.- 200g (3.70mol) of BR is injected first. As a result of the passage between the rollers, a BR film is obtained around the front roller and a bead is formed induced by the air gap and the difference between the speed of the front and rear roller. The air gap is the distance between the two rollers.
Il est réglé à 1mm et est maintenu constant pendant toute la durée du mélange. La vitesse du rouleau arrière correspond à 80% de la vitesse du rouleau avant qui est fixée à 5 tr/min et maintenue constante pendant toute la durée du mélange. La température de consigne est fixée à 25°C. It is set at 1mm and is kept constant throughout the mixing time. The speed of the rear roller corresponds to 80% of the speed of the front roller which is fixed at 5 rpm and kept constant throughout the duration of the mixing. The setpoint temperature is set at 25 ° C.
- au bout de 10 minutes un film continu de gomme est obtenu - after 10 minutes a continuous film of gum is obtained
- 26,43g de m-CPBA pur à 77% est ensuite injecté (0.118 mol, soit 3,2% molaire de 3.70 mol de BR) dans le bourrelet et la réaction d'époxydation débute. - 26.43 g of 77% pure m-CPBA is then injected (0.118 mol, or 3.2 mol% of 3.70 mol of BR) into the bead and the epoxidation reaction begins.
- un prélèvement de gomme sur les rouleaux est réalisé toutes les 5 minutes jusqu'à 30 minutes, puis toutes les 10 minutes jusqu'à 60 minutes, pour mesurer le taux d'époxydation et le rendement.- A sample of gum from the rollers is taken every 5 minutes up to 30 minutes, then every 10 minutes up to 60 minutes, to measure the rate of epoxidation and the yield.
NB : le m-CPBA étant pur 77% massique cela représente 26,43g (soit 20,35 de m-CPBA et 6,08g de m- CBA) NB: m-CPBA being pure 77% by mass, this represents 26.43g (i.e. 20.35 of m-CPBA and 6.08g of m-CBA)
La figure 1 illustre l'évolution du rendement en fonction du temps de la réaction d'époxydation du polybutadiène dans un mélangeur à rouleaux par ajout en une seule fois d'un agent d'époxydation. Les deux courbes figurant sur le graphique illustrent pour l'une l'ajout en une seule fois de 8%molaire de m-CPBA et pour l'autre l'ajout en une seule fois de 3,2% molaire de m-CPBA. FIG. 1 illustrates the change in the yield as a function of time of the epoxidation reaction of polybutadiene in a roller mixer by adding an epoxidizing agent all at once. The two curves shown in the graph illustrate, for one, the addition at once of 8 mol% of m-CPBA and for the other the addition of 3.2 mol% of m-CPBA at once.
La figure 1 montre que l'introduction en une seule fois d'une quantité de 8% molaire de m-CPBA ne permet pas d'atteindre un rendement supérieur à 75%, même en prolongeant le temps de réaction. L'évolution du rendement en fonction du temps décrit une courbe asymptotique dont l'asymptote, atteinte au bout d'environ 7 minutes, est horizontale avec une valeur à l'ordonnée de l'ordre de 60%, soit un taux d'époxydation de 4,8%. FIG. 1 shows that the introduction at once of an amount of 8 mol% of m-CPBA does not make it possible to achieve a yield greater than 75%, even while prolonging the reaction time. The change in yield as a function of time describes an asymptotic curve whose asymptote, reached after about 7 minutes, is horizontal with a value on the ordinate of the order of 60%, i.e. an epoxidation rate 4.8%.
La figure 1 montre également que l'introduction en une seule fois d'une quantité de 3.2% molaire de m-CPBA permet d'atteindre un rendement supérieur à 85%. L'évolution du rendement en fonction du temps décrit une courbe asymptotique qui atteint son asymptote au bout de 4 minutes à compter de l'ajout de l'agent d'époxydation. L'asymptote est horizontale avec une valeur à l'ordonnée de l'ordre de 90%. Toutefois seul un taux d'époxydation faible de 2,9% est atteint avec un rendement aussi élevé. FIG. 1 also shows that the introduction at one time of an amount of 3.2 mol% of m-CPBA makes it possible to achieve a yield greater than 85%. The change in yield as a function of time describes an asymptotic curve which reaches its asymptote after 4 minutes from the addition of the epoxidizing agent. The asymptote is horizontal with a value on the ordinate of the order of 90%. However, only a low epoxidation rate of 2.9% is achieved with such a high yield.
Exemples 2 Examples 2
III. a. Procédé d'époxydation de BR avec ajout séquencé de 8%molaire total de m-CPBA selon l'invention. Les conditions opératoires sont identiques quant au mélangeur à rouleaux utilisé, à la nature du BR, à la température de consigne... que pour les deux procédés précédents. III. at. BR epoxidation process with sequenced addition of 8 total mol% of m-CPBA according to the invention. The operating conditions are identical with regard to the roller mixer used, the nature of the BR, the set temperature, etc. as for the two preceding processes.
Détermination de Qm, tm et N Determination of Qm, tm and N
On utilise la courbe la figure 1 qui illustre l'évolution du rendement en fonction du temps de la réaction d'époxydation du polybutadiène dans un mélangeur à rouleaux par ajout en une seule fois d'un agent l'époxydation. On constate que l'introduction en une seule fois d'une quantité de 3,2% molaire de m-CPBA permet d'atteindre un rendement de l'ordre de 90%. On fixe alors la valeur de Qm à 3,2% molaire. Ainsi, pour atteindre un rendement d'époxydation supérieur à 85%, la quantité de m-CPBA à ajouter à chaque étape d'ajout est inférieure ou égale à 3,2% molaire. The curve in FIG. 1 is used, which illustrates the change in the yield as a function of time of the epoxidation reaction of polybutadiene in a roller mixer by adding an epoxidizing agent all at once. It is noted that the introduction at once of an amount of 3.2 mol% of m-CPBA makes it possible to achieve a yield of the order of 90%. The value of Qm is then fixed at 3.2 mol%. Thus, to achieve an epoxidation yield greater than 85%, the amount of m-CPBA to be added at each addition step is less than or equal to 3.2 mol%.
L'asymptote de la courbe est atteinte au bout de 4 minutes à compter de l'ajout de l'agent d'époxydation tm est donc 4 minutes. Ainsi la durée D de mélangeage après chaque ajout est d'au moins 4 minutes. The asymptote of the curve is reached after 4 minutes from the addition of the epoxidizing agent tm is therefore 4 minutes. Thus the mixing time D after each addition is at least 4 minutes.
On souhaite époxyder un BR avec 8%molaire total de m-CPBA. Le nombre d'ajout N est d'au moins 3 (entier supérieur ou égal à 8 / 3,2). It is desired to epoxy a BR with 8 total mol% of m-CPBA. The number of addition N is at least 3 (integer greater than or equal to 8 / 3.2).
On fixe N=3 et D=10minutes. La quantité de m-CPBA à ajouter à chaque étape d'ajout est inférieure ou égale à 3,2% (Qm), la somme des quantités ajoutées étant égale à 8% molaire. We set N = 3 and D = 10 minutes. The amount of m-CPBA to be added at each addition step is less than or equal to 3.2% (Qm), the sum of the amounts added being equal to 8 mol%.
Procédé d'époxydation Epoxidation process
200g (3.70mol) de BR est injecté dans le mélangeur à rouleaux. Suite au passage entre les rouleaux, un film de BR est obtenu autour du rouleau avant et un bourrelet se forme induit par l'entrefer et la différence entre la vitesse du rouleau avant et arrière. L'entrefer correspond à la distance qui sépare les deux rouleaux. Il est réglé à 1mm et est maintenu constant pendant toute la durée du mélange.200g (3.70mol) of BR is injected into the roller mixer. As a result of the passage between the rollers, a BR film is obtained around the front roller and a bead is formed induced by the air gap and the difference between the speed of the front and rear roller. The air gap is the distance between the two rollers. It is set at 1mm and is kept constant throughout the mixing time.
La vitesse du rouleau arrière correspond à 80% de la vitesse du rouleau avant qui est fixée à 5 tr/min et maintenue constante pendant le procédé. La température de consigne est fixée à 25°C. The rear roller speed corresponds to 80% of the front roller speed which is set at 5 rpm and kept constant during the process. The setpoint temperature is set at 25 ° C.
Au bout de 10 minutes un film continu de gomme est obtenu, une première partie (0.118 mol soit 3,2% molaire) du peracide (m-CPBA) total (0.296 mol) est injecté dans le bourrelet et la réaction d'époxydation débute à cet instant noté tO. After 10 minutes a continuous film of gum is obtained, a first part (0.118 mol or 3.2 mol%) of the total peracid (m-CPBA) (0.296 mol) is injected into the bead and the epoxidation reaction begins at this instant denoted t0.
A tl=t0+10 minutes environ une deuxième partie du peracide total est injecté (0.089mol soit 2,4% molaire) At tl = t0 + 10 minutes approximately a second part of the total peracid is injected (0.089mol or 2.4 mol%)
A t2=t0+20 minutes la troisième et dernière partie du peracide total est injecté (0.089mol soit 2,4% molaire) un prélèvement de gomme est réalisé avant chaque nouvel ajout de m-CPBA pour mesurer le taux d'époxydation et le rendement de la réaction. At t2 = t0 + 20 minutes the third and last part of the total peracid is injected (0.089mol or 2.4 mol%) a sample of gum is taken before each new addition of m-CPBA to measure the rate of epoxidation and the reaction yield.
La figure 2 illustre l'évolution du rendement et du taux d'époxydation en fonction du temps de la réaction d'époxydation du polybutadiène dans un mélangeur à rouleaux par ajout en trois fois d'un agent d'époxydation, selon l'invention. Les deux courbes figurant sur le graphique illustrent pour l'une l'évolution du rendement de la réaction d'époxydation en fonction du temps et pour l'autre l'évolution du taux d'époxydation en fonction du temps lorsque l'ajout de 8% molaire de m-CPBA est réalisé en trois fois respectivement d'une première quantité de 3,2% molaire et deux fois de 2,4% molaire. La figure 2 montre que l'introduction en plusieurs fois d'une quantité totale de 8% molaire de m- CPBA permet d'atteindre un rendement de l'ordre de 95% au bout de 30 minutes de réaction. La figure 2 montre que l'introduction en 3 fois avec un mélangeage de 10 minutes à l'issue de chaque ajout, d'une quantité totale de 8% molaire de m-CPBA permet d'atteindre un rendement de l'ordre de 95% au bout de 30 minutes de réaction. L'évolution du taux d'époxydation montre que l'on atteint un taux d'époxydation de 7,6%. FIG. 2 illustrates the evolution of the yield and of the epoxidation rate as a function of the time of the epoxidation reaction of polybutadiene in a roller mixer by addition in three stages of an epoxidizing agent, according to the invention. The two curves shown on the graph illustrate for one the evolution of the yield of the epoxidation reaction as a function of time and for the other the evolution of the epoxidation rate as a function of time when the addition of 8 mol% of m-CPBA is carried out in three times respectively of a first amount of 3.2 mol% and twice of 2.4 mol%. FIG. 2 shows that the introduction in several times of a total quantity of 8 mol% of m-CPBA makes it possible to achieve a yield of the order of 95% after 30 minutes of reaction. Figure 2 shows that the introduction in 3 times with mixing for 10 minutes at the end of each addition, of a total amount of 8 mol% of m-CPBA makes it possible to achieve a yield of the order of 95 % after 30 minutes of reaction. The evolution of the epoxidation rate shows that an epoxidation rate of 7.6% is reached.
Il ressort de ces essais que le procédé selon l'invention séquençant l'ajout d'un agent d'époxydation, permet de préparer en masse un polymère diénique époxydé présentant un taux d'époxydation élevé, du même ordre que les taux d'époxydation obtenus avec des procédés d'époxydation en solution, avec un rendement élevé pouvant atteindre des valeurs supérieures ou égales à 80%.It emerges from these tests that the process according to the invention, sequencing the addition of an epoxidizing agent, makes it possible to mass prepare an epoxidized diene polymer exhibiting a high epoxidation rate, of the same order as the epoxidation rates. obtained with epoxidation processes in solution, with a high yield which can reach values greater than or equal to 80%.
En effet, on peut par exemple envisager de viser des taux d'époxydation du BR bien supérieur à celui de cet essai, notamment supérieur à 10%, en ajoutant l'agent d'époxydation m-CPBA par fractions d'au plus 3,2% molaire jusqu'à atteindre le taux visé. Ainsi, il sera possible d'obtenir un rendement élevé supérieur ou égal 80% et un taux d'époxydation proche du taux d'époxydation visé. In fact, it is possible, for example, to envisage targeting BR epoxidation rates that are much higher than that of this test, in particular greater than 10%, by adding the epoxidizing agent m-CPBA in fractions of at most 3, 2 mol% until the target level is reached. Thus, it will be possible to obtain a high yield greater than or equal to 80% and an epoxidation rate close to the targeted epoxidation rate.
Le procédé selon l'invention est plus productif que les procédés en masse de l'art antérieur et limite les étapes de traitement du polymère à époxyder et de récupération du polymère époxydé. Le procédé selon l'invention permet d'atteindre des taux d'époxydation du polymère en masse plus élevé que les procédés en masse de l'art antérieur. The process according to the invention is more productive than the bulk processes of the prior art and limits the stages of treatment of the polymer to be epoxidized and of recovery of the epoxidized polymer. The process according to the invention makes it possible to achieve higher mass polymer epoxidation rates than the mass processes of the prior art.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de préparation en masse d'un polymère diénique époxydé qui comprend 1. A process for the bulk preparation of an epoxidized diene polymer which comprises
- le chargement d'un polymère diénique dans un outil de mise en oeuvre du caoutchouc,- loading a diene polymer into a rubber processing tool,
- l'ajout, en au moins deux fois, d'un agent d'époxydation solide, - the addition, at least twice, of a solid epoxidizing agent,
- le mélangeage du polymère diénique avec l'agent d'époxydation, après chaque ajout de l'agent d'époxydation dans l'outil de mise en oeuvre du caoutchouc. - Mixing the diene polymer with the epoxidizing agent, after each addition of the epoxidizing agent in the tool for processing the rubber.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le polymère diénique est un élastomère diénique choisi parmi dans le groupe constitué par les polybutadiènes (BR), le caoutchouc naturel (NR), les polyisoprènes de synthèse (IR), les copolymères de butadiène- styrène (SBR), les copolymère de butadiène-éthylène, les copolymères d’isobutène-isoprène, les copolymère d’isoprène-styrène (SIR), les copolymère d’isoprène-butadiène (BIR) et les copolymère d’isoprène-butadiène-styrène (SBIR). 2. Method according to claim 1, characterized in that the diene polymer is a diene elastomer chosen from the group consisting of polybutadienes (BR), natural rubber (NR), synthetic polyisoprenes (IR), copolymers of butadiene-styrene (SBR), butadiene-ethylene copolymer, isobutene-isoprene copolymers, isoprene-styrene copolymer (SIR), isoprene-butadiene copolymer (BIR) and isoprene-copolymer butadiene-styrene (SBIR).
3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'outil de mise en oeuvre est un mélangeur à rouleaux. 3. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the implementation tool is a roller mixer.
4. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le chargement du polymère dans le mélangeur à rouleaux est suivi d'une étape de passage répété du polymère diénique afin de recouvrir uniformément les rouleaux d'une couche continue de polymère. 4. Method according to the preceding claim, characterized in that the loading of the polymer into the roller mixer is followed by a step of repeated passage of the diene polymer in order to uniformly cover the rolls with a continuous layer of polymer.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'agent d'époxydation est solide sous forme de poudre, de granules ou toute autre forme analogue. 5. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the epoxidizing agent is solid in the form of powder, granules or any other similar form.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'agent d'époxydation est choisi parmi les peracides aromatiques, de préférence parmi l'acide perbenzoïque et ses dérivés et l'acide monoperphthalique et ses dérivés, plus préférentiellement parmi les acides perbenzoïques halogénés, tout particulièrement l'agent d'époxydation est l’acide métachloroperbenzoïque. 6. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the epoxidizing agent is chosen from aromatic peracids, preferably from perbenzoic acid and its derivatives and monoperphthalic acid and its derivatives, more preferably. among halogenated perbenzoic acids, most particularly the epoxidizing agent is metachloroperbenzoic acid.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la quantité totale d'agent d'époxydation ajouté est au plus de 100% molaire et supérieur à 0% molaire, plus préférentiellement elle est au moins de 5% molaire, laquelle quantité est exprimée par rapport au nombre de moles de double liaison carbone-carbone du polymère diénique. 7. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the total amount of epoxidizing agent added is at most 100 mol% and greater than 0 mol%, more preferably it is at least 5 mol%. , which amount is expressed relative to the number of moles of carbon-carbon double bond of the diene polymer.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la quantité d'agent d'époxydation introduite à chaque ajout est inférieure ou égale à une quantité Qm d'agent d'époxydation permettant d'atteindre un rendement d'époxydation stabilisé d'au moins 85%, de préférence au moins 90%, plus préférentiellement de 100%, en un seul ajout. 8. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the quantity of epoxidizing agent introduced at each addition is less than or equal to a quantity Qm of epoxidizing agent making it possible to achieve a yield of. epoxidation stabilized by at least 85%, preferably at least 90%, more preferably 100%, in a single addition.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le nombre d'ajouts ou d'étapes d'ajout de l'agent d'époxydation est un nombre entier supérieur ou égal au rapport de la quantité totale d'agent d'époxydation à une quantité Qm d'agent d'époxydation, Qm étant une quantité d'agent d'époxydation permettant d'atteindre un rendement d'époxydation stabilisé d'au moins 85%, de préférence au moins 90%, plus préférentiellement de 100%, en un seul ajout. 9. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the number of additions or stages of addition of the epoxidizing agent is an integer greater than or equal to the ratio of the total amount of epoxidizing agent in an amount Qm of epoxidizing agent, Qm being an amount of epoxidizing agent making it possible to achieve a stabilized epoxidation yield of at least 85%, preferably at least 90%, plus preferably 100%, in a single addition.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la durée de mélangeage après chaque ajout d'agent d'époxydation est au moins égale au temps tm nécessaire pour atteindre le rendement d'époxydation stabilisé d'au moins 85%, de préférence au moins 90%, plus préférentiellement de 100%, pour une quantité Qm d'agent d'époxydation ajouté en une seule fois, Qm étant une quantité d'agent d'époxydation permettant d'atteindre ce rendement d'époxydation stabilisé d'au moins 85%, de préférence au moins 90%, plus préférentiellement de 100%, en un seul ajout. 10. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the mixing time after each addition of epoxidizing agent is at least equal to the time tm necessary to achieve the stabilized epoxidation yield of at least 85. %, preferably at least 90%, more preferably 100%, for a quantity Qm of epoxidizing agent added all at once, Qm being a quantity of epoxidizing agent making it possible to achieve this epoxidation yield stabilized by at least 85%, preferably at least 90%, more preferably 100%, in a single addition.
11. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la quantité d'agent d'époxydation introduite à chaque ajout est inférieure ou égale à une quantité notée Qm d'agent d'époxydation, le nombre d'étapes d'ajout de l'agent d'époxydation est un nombre entier supérieur ou égal au rapport de la quantité totale d'agent d'époxydation à la quantité Qm et la durée de mélangeage après chaque ajout d'agent d'époxydation est de préférence au moins égale au temps tm, laquelle Qm est une quantité d'agent d'époxydation permettant d'atteindre un rendement d'époxydation stabilisé d'au moins 85%, de préférence au moins 90%, plus préférentiellement de 100%, en un seul ajout et lequel tm est le temps nécessaire pour atteindre ce rendement d'époxydation stabilisé. 11. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the quantity of epoxidizing agent introduced at each addition is less than or equal to a quantity denoted Qm of epoxidizing agent, the number of steps d the addition of the epoxidizing agent is an integer greater than or equal to the ratio of the total amount of epoxidizing agent to the amount Qm and the mixing time after each addition of epoxidizing agent is preferably at less equal to the time tm, which Qm is an amount of epoxidizing agent making it possible to achieve a stabilized epoxidation yield of at least 85%, preferably at least 90%, more preferably 100%, in a single addition and which tm is the time required to achieve this stabilized epoxidation yield.
12. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la quantité d'agent d'époxydation introduite à chaque ajout est d'au moins 1,5% molaire et de moins de 8% molaire, laquelle quantité est exprimée par rapport au nombre de mole de double liaison carbone-carbone du polymère diénique. 12. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the amount of epoxidizing agent introduced at each addition is at least 1.5 mol% and less than 8 mol%, which amount is expressed. relative to the number of moles of carbon-carbon double bond of the diene polymer.
13. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le nombre d'ajouts d'agent d'époxydation est supérieur ou égal à 2 et inférieur ou égal à 10.13. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the number of additions of epoxidizing agent is greater than or equal to 2 and less than or equal to 10.
14. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la durée de mélangeage après chaque ajout d'agent d'époxydation est inférieure ou égale à 20 minutes. 14. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the mixing time after each addition of epoxidizing agent is less than or equal to 20 minutes.
15. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il présente au moins une des caractéristiques suivantes, de préférence deux, de préférence trois, de préférence quatre, de préférence cinq, de préférence toutes : le polymère diénique est un polymère du butadiène, de préférence un polybutadiène, le mélangeur est un mélangeur à rouleaux, l'agent d'époxydation est un acide perbenzoïque ou un de ses dérivés, de préférence l'acide métachloroperbenzoïque, la quantité d'agent d'époxydation ajouté à chaque étape d'ajout est inférieure ou égale à une quantité Qm, Qm étant une quantité d'agent d'époxydation permettant d'atteindre un rendement d'époxydation stabilisé d'au moins 85%, de préférence au moins 90%, plus préférentiellement de 100%, en un seul ajout, laquelle Qm est de préférence d'au moins 1,5% molaire et de moins de 8% molaire le nombre d'ajouts d'agent d'époxydation est un nombre entier supérieur ou égal à au rapport de la quantité totale d'agent d'époxydation à une quantité Qm d'agent d'époxydation, le nombre d'ajout étant de préférence inférieur ou égal à 5, de préférence encore inférieur ou égal 4, la durée de mélangeage après chaque ajout d'agent d'époxydation est supérieure ou égale à un temps tm, tm étant le temps nécessaire pour atteindre un rendement d'époxydation stabilisé d'au moins 85%, au moins 90%, plus préférentiellement de 100%, pour une quantité Qm d'agent d'époxydation ajouté en une seule fois, tm étant de préférence d'au moins 3 minutes. 15. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that it has at least one of the following characteristics, preferably two, preferably three, preferably four, preferably five, preferably all: the diene polymer is a polymer of butadiene, preferably a polybutadiene, the mixer is a roller mixer, the epoxidizing agent is a perbenzoic acid or a derivative thereof, preferably metachloroperbenzoic acid, the amount of epoxidizing agent added at each addition step is less than or equal in an amount Qm, Qm being an amount of epoxidizing agent making it possible to achieve a stabilized epoxidation yield of at least 85%, preferably at least 90%, more preferably 100%, in a single addition, which Qm is preferably at least 1.5 mol% and less than 8 mol% the number of additions of epoxidizing agent is an integer greater than or equal to the ratio of the total amount of agent d epoxidation at a quantity Qm of epoxidizing agent, the number of additions preferably being less than or equal to 5, more preferably less than or equal to 4, the mixing time after each addition of epoxidizing agent is greater or equal to a time tm, tm being the time necessary to achieve an epoxidation yield s tabilised at least 85%, at least 90%, more preferably 100%, for a quantity Qm of epoxidizing agent added all at once, tm preferably being at least 3 minutes.
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Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5541125B2 (en) 1976-03-17 1980-10-22
US4775240A (en) 1986-01-21 1988-10-04 Pomini Farrel S.P.A. Closed parallel-rotor mixer with adjustable interaxial separation
EP0810237A1 (en) 1995-12-14 1997-12-03 Daicel Chemical Industries, Ltd. Process for producing epoxidized organic polymer, thermoplastic resin composition, primer composition, unvulcanized rubber composition, rubber moldings, and process for procucing the moldings
CN1263902A (en) 2000-03-16 2000-08-23 上海交通大学 Process for preparing epoxidized elastomer
CN1292388A (en) * 2000-10-29 2001-04-25 青岛化工学院 Synthesis method of epoxidation trans-1,4-polyisoprene
EP1403287A1 (en) 2001-05-14 2004-03-31 DAICEL CHEMICAL INDUSTRIES, Ltd. Process for producing epoxidized diene polymer
JP2012167215A (en) * 2011-02-15 2012-09-06 Ube Industries Ltd Modified diene rubber, method for manufacturing the same, and rubber composition using the same
EP2530094A1 (en) 2011-05-31 2012-12-05 TSRC Corporation Method for producing epoxidized polymer
RU2509780C1 (en) 2012-12-19 2014-03-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Башкирский государственный университет" Method of producing epoxidated 1,2-polybutadienes
CN108102009A (en) * 2017-12-26 2018-06-01 成都锦汇科技有限公司 A kind of epoxidation terminal hydroxyl polybutadiene liquid rubber
JP2019019221A (en) * 2017-07-18 2019-02-07 宇部興産株式会社 Method for producing epoxidated diene polymer

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5541125B2 (en) 1976-03-17 1980-10-22
US4775240A (en) 1986-01-21 1988-10-04 Pomini Farrel S.P.A. Closed parallel-rotor mixer with adjustable interaxial separation
EP0810237A1 (en) 1995-12-14 1997-12-03 Daicel Chemical Industries, Ltd. Process for producing epoxidized organic polymer, thermoplastic resin composition, primer composition, unvulcanized rubber composition, rubber moldings, and process for procucing the moldings
CN1263902A (en) 2000-03-16 2000-08-23 上海交通大学 Process for preparing epoxidized elastomer
CN1292388A (en) * 2000-10-29 2001-04-25 青岛化工学院 Synthesis method of epoxidation trans-1,4-polyisoprene
CN1113906C (en) 2000-10-29 2003-07-09 青岛化工学院 Synthesis method of epoxidation trans-1,4-polyisoprene
EP1403287A1 (en) 2001-05-14 2004-03-31 DAICEL CHEMICAL INDUSTRIES, Ltd. Process for producing epoxidized diene polymer
JP2012167215A (en) * 2011-02-15 2012-09-06 Ube Industries Ltd Modified diene rubber, method for manufacturing the same, and rubber composition using the same
JP5598365B2 (en) 2011-02-15 2014-10-01 宇部興産株式会社 Process for producing modified diene rubber
EP2530094A1 (en) 2011-05-31 2012-12-05 TSRC Corporation Method for producing epoxidized polymer
RU2509780C1 (en) 2012-12-19 2014-03-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Башкирский государственный университет" Method of producing epoxidated 1,2-polybutadienes
JP2019019221A (en) * 2017-07-18 2019-02-07 宇部興産株式会社 Method for producing epoxidated diene polymer
CN108102009A (en) * 2017-12-26 2018-06-01 成都锦汇科技有限公司 A kind of epoxidation terminal hydroxyl polybutadiene liquid rubber

Non-Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DATABASE WPI Week 200063, Derwent World Patents Index; AN 2000-647915, XP002799148 *
DATABASE WPI Week 200145, Derwent World Patents Index; AN 2001-418751, XP002799147 *
DATABASE WPI Week 201260, Derwent World Patents Index; AN 2012-L50137, XP002799151 *
DATABASE WPI Week 201843, Derwent World Patents Index; AN 2018-44505B, XP002799150 *
DATABASE WPI Week 201914, Derwent World Patents Index; AN 2019-136852, XP002799149 *
DAVID B. TODD: "Handbook of Industrial Mixing: Science and Practice", 2004, JOHN WILEY AND SONS, article "Mixing of Highly Viscous Fluids, Polymers, and Pastes", pages: 998,1021

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