WO2014114607A1 - Composition de caoutchouc comprenant un élastomère diénique fortement saturé - Google Patents

Composition de caoutchouc comprenant un élastomère diénique fortement saturé Download PDF

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WO2014114607A1
WO2014114607A1 PCT/EP2014/051068 EP2014051068W WO2014114607A1 WO 2014114607 A1 WO2014114607 A1 WO 2014114607A1 EP 2014051068 W EP2014051068 W EP 2014051068W WO 2014114607 A1 WO2014114607 A1 WO 2014114607A1
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elastomer
rubber composition
highly saturated
composition according
reinforcing
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Application number
PCT/EP2014/051068
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Julien Thuilliez
Benoît SCHNELL
Julien Cladiere
Original Assignee
Compagnie Generale Des Etablissements Michelin
Michelin Recherche Et Technique S.A.
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    • B60C1/00—Tyres characterised by the chemical composition or the physical arrangement or mixture of the composition
    • B60C1/0016—Compositions of the tread
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C08L23/02—Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
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    • C08L23/0807—Copolymers of ethene with unsaturated hydrocarbons only containing more than three carbon atoms
    • C08L23/083—Copolymers of ethene with aliphatic polyenes, i.e. containing more than one unsaturated bond
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    • C08L9/06—Copolymers with styrene
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F236/00—Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, at least one having two or more carbon-to-carbon double bonds
    • C08F236/02—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
    • C08F236/04—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
    • C08F236/10—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 with vinyl-aromatic monomers
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    • C08L2205/00—Polymer mixtures characterised by other features
    • C08L2205/02—Polymer mixtures characterised by other features containing two or more polymers of the same C08L -group

Definitions

  • a rubber composition comprising a highly saturated diene elastomer.
  • the present invention relates to a reinforced rubber composition based on an elastomeric matrix comprising a highly saturated diene elastomer, and a semi-finished article comprising such a composition and a tire incorporating such a semi-finished article.
  • a tire tread must meet a large number of technical, often antithetical, requirements including high wear resistance while offering the tire low rolling resistance and high adhesion both on the tire and the tire. dry soil only on wet, snowy or icy ground.
  • this stiffening of the tread can be obtained for example by increasing the rate of reinforcing filler or by incorporating certain reinforcing resins in the constituent rubber compositions of these treads.
  • This objective is achieved in that the inventors have developed a tire rubber composition that achieves a satisfactory level of rigidity by maintaining acceptable hysteresis properties.
  • the subject of the invention is a tire rubber composition comprising a reinforcing filler and a highly saturated elastomer, making it possible to achieve the desired property compromise.
  • Another object of the invention is a method for preparing such a tire rubber composition.
  • the invention further relates to a semi-finished article comprising such a rubber composition.
  • the invention also relates to a tire incorporating such a semi-finished article.
  • any range of values designated by the expression "between a and b" represents the range of values from more than a to less than b (i.e. terminals a and b excluded) while any range of values designated by the term “from a to b” means the range from a to b (i.e., including the strict limits a and b).
  • composition based on means a composition comprising the mixture and / or the reaction product of the various constituents used, some of these basic constituents being capable of or intended to react with one another at least in part. during the various phases of manufacture of the composition, in particular during its crosslinking or vulcanization.
  • a first object of the invention is a rubber composition based on a reinforcing filler and an elastomer matrix comprising at least one highly saturated diene elastomer, characterized in that the highly saturated elastomer comprises at least the following units, statistically distributed within the elastomer: AT)
  • R1 and R2 which are identical or different, denote a hydrogen atom, a methyl radical or a phenyl radical which may or may not be substituted in the ortho, meta or para position by a methyl radical; preferably, R 1 and R 2, which are identical or different, denote a hydrogen atom or a methyl radical, more preferably R 1 and R 2 both denote a hydrogen atom, D)
  • the molar levels of each of the units of the highly saturated elastomer have at least one of the following criteria, and more preferably all: ⁇ m> 65
  • the highly saturated elastomer consists solely of units selected from categories A, B, C, D and E according to their respective molar ratios.
  • the highly saturated elastomer comprises, in addition to units chosen from categories A, B, C, D and E, units of category F with a molar ratio of less than 25%, especially less than 10%, relative to the totality of the elastomer:
  • the highly saturated elastomer is such that R1 and R2 are identical and designate a hydrogen atom.
  • this highly saturated diene elastomer may consist of a mixture of highly saturated diene elastomers which differ from each other by their microstructures or by their macrostructures.
  • the highly saturated diene elastomer has a number average molecular weight (Mn) of at least 60,000 g / mol and at most 1,500,000 g / mol.
  • the polydispersity index Ip equal to Mw / Mn (Mw being the average molar mass by weight), is between 1.20 and 3.00.
  • the highly saturated elastomer can be obtained according to various synthesis methods known to those skilled in the art, in particular according to the target values of m, n, o, p, q and r.
  • the highly saturated elastomer can be prepared by copolymerization of at least one conjugated diene monomer and ethylene and according to known synthetic methods.
  • conjugated diene monomer is suitable in particular a conjugated diene having from 4 to 12 carbon atoms.
  • 1,3-Butadiene, 2-methyl-1,3-butadiene, 2,3-dimethyl-1,3-butadiene, 1-aryl-1,3-butadiene and 1,3-pentadiene may be mentioned.
  • the diene monomer is butadiene-1,3 or 2-methyl-1,3-butadiene, more preferably 1,3-butadiene.
  • the highly saturated elastomer can be obtained by copolymerization of at least one conjugated diene monomer and ethylene, in the presence of a catalyst system comprising a metallocene lanthanide complex with ligands. fluorenyl type ansa.
  • a catalyst system comprising a metallocene lanthanide complex with ligands. fluorenyl type ansa.
  • the highly saturated elastomer can be obtained by copolymerization of at least one conjugated diene monomer and two olefins, such as ethylene and an alpha-olefin, in the presence of a catalyst system comprising a metallocene lanthanide complex with ansa cyclopentadienyl-fluorenyl type ligands.
  • a catalyst system comprising a metallocene lanthanide complex with ansa cyclopentadienyl-fluorenyl type ligands.
  • a styrene derivative as termonomer, associated with at least one conjugated diene monomer and ethylene.
  • alpha-olefin monomer suitable for example an alpha-olefin having 3 to 18 carbon atoms, preferably having 3 to 6 carbon atoms.
  • alpha-olefin monomer suitable for example an alpha-olefin having 3 to 18 carbon atoms, preferably having 3 to 6 carbon atoms.
  • the highly saturated elastomer it is prepared according to the documents cited above, by adapting the polymerization conditions by means known to those skilled in the art, so as to achieve values of number average molecular weight (Mn) of at least 60,000 g / mol.
  • Mn number average molecular weight
  • the polymerization time can be significantly increased so that the conversion to monomer is greater, thus leading to the obtaining of molar masses of at least 60,000 g / mol.
  • the stoichiometry of the alkylating agent with respect to the metallocene complex (s) is decreased, so as to reduce the chain transfer reactions and to obtain molar masses of at least 60 000 g / mol.
  • the rubber composition according to the invention comprises, according to one variant, the highly saturated diene elastomer as sole constituent of the elastomer matrix.
  • the elastomer matrix of the rubber composition according to the invention may further comprise at least one other diene elastomer other than the highly saturated diene elastomer.
  • this other elastomer is present in proportions of at most 60 phr (parts by weight per hundred parts of total elastomer), preferably at most 45 phr.
  • this elastomer is preferably present in proportions of at least 5 phr.
  • this other diene elastomer may be any homopolymer obtained by polymerization of a conjugated diene monomer having 4 to 12 carbon atoms, or any copolymer obtained by copolymerization of one or more conjugated dienes with one another or with one or more compounds vinylaromatic compounds having 8 to 20 carbon atoms.
  • the copolymer contains from 20 to 99% by weight of diene units and from 1 to 80% by weight of vinylaromatic units.
  • conjugated dienes 1,3-butadiene, 2-methyl-1,3-butadiene, 2,3-di (C 1 -C 5) alkyl-1,3-butadienes, such as, for example, 2 3-dimethyl-1,3-butadiene, 2,3-diethyl-1,3-butadiene, 2-methyl-3-ethyl-1,3-butadiene, 2-methyl-3-isopropyl-1, 3-butadiene, an aryl-1,3-butadiene, the 1, 3- pentadiene, 2,4-hexadiene.
  • alkyl-1,3-butadienes such as, for example, 2 3-dimethyl-1,3-butadiene, 2,3-diethyl-1,3-butadiene, 2-methyl-3-ethyl-1,3-butadiene, 2-methyl-3-isopropyl-1, 3-butadiene, an aryl-1,3-butadiene, the 1, 3- pentadiene,
  • Suitable vinyl aromatic compounds are, for example, styrene, ortho-, meta-, para-methylstyrene, the "vinyl-toluene" commercial mixture, para-tert-butylstyrene, methoxystyrenes, chlorostyrenes, vinylmesitylene, divinylbenzene, vinylnaphthalene.
  • This other diene elastomer may have any microstructure. It can be block, statistical, sequenced, microsequenced, and be prepared in emulsion or in solution. It can be coupled and / or starred or functionalized with a coupling agent and / or starring or functionalization.
  • this other diene elastomer used in the invention is chosen from the group of highly unsaturated diene elastomers (namely comprising at least 50% by weight of units of diene origin) consisting of polybutadienes (BR), polyisoprenes (IR Synthetic rubber, natural rubber (NR), butadiene copolymers, isoprene copolymers.
  • BR polybutadienes
  • IR polyisoprenes
  • NR natural rubber
  • butadiene copolymers isoprene copolymers.
  • Such copolymers are more preferably selected from the group consisting of butadiene-styrene copolymers (SBR), isoprene-butadiene copolymers (BIR), isoprene-styrene copolymers (SIR) and isoprene-copolymers.
  • SBIR butadiene-styrene
  • this other diene elastomer may consist of a mixture of diene elastomers which differ from one another by their microstructure, by their macrostructure or by the presence of a function, by the nature or the position of the latter. on the elastomer chain.
  • Another essential feature of the rubber composition according to the invention is to comprise a reinforcing filler, for example carbon black, a reinforcing inorganic filler such as silica with which a coupling agent is associated in a known manner, or a mix of these two types of filler.
  • a reinforcing filler for example carbon black
  • a reinforcing inorganic filler such as silica with which a coupling agent is associated in a known manner, or a mix of these two types of filler.
  • the reinforcing filler is mainly composed of carbon black, that is to say that it comprises at least 50% by weight of the total weight of the filler, carbon black.
  • the reinforcing filler may consist of 100% by weight of carbon black. If the reinforcing filler comprises less than 100% by weight of carbon black, the additional filler is provided by at least one other reinforcing filler, especially silica.
  • the reinforcing filler is predominantly other than carbon black, that is to say it comprises more than 50% by weight of the total weight of the filler, of one or of several charges other than black carbon, in particular a reinforcing inorganic filler such as silica, or it consists exclusively of such a filler.
  • carbon black when carbon black is also present, it may be used at a level of less than 20 phr, more preferably less than 10 phr (for example between 0.5 and 20 phr, in particular between 2 and 10 phr). In the ranges indicated, the coloring properties (black pigmentation agent) and anti-UV properties of carbon blacks are beneficial.
  • the content of total reinforcing filler is between 10 and 200 phr, more preferably between 30 and 150 phr, the optimum being in a known manner different according to the particular applications targeted.
  • Suitable carbon blacks are all carbon blacks, used individually or in the form of mixtures, especially blacks conventionally used in tires or their treads (so-called pneumatic grade blacks).
  • These carbon blacks can be used in the isolated state, as commercially available, or in any other form, for example as a carrier for some of the rubber additives used.
  • reinforcing inorganic filler other than carbon black shall be understood here any other inorganic or inorganic filler, whatever its color and origin (natural or synthetic), capable of reinforcing on its own, without any other means than intermediate coupling agent, a rubber composition for the manufacture of tires; such a charge is generally characterized, in known manner, by the presence of hydroxyl groups (OH) on its surface.
  • OH hydroxyl groups
  • Such reinforcing inorganic fillers are in particular mineral fillers of the siliceous type, preferentially silica (SiO2).
  • the silica used may be any reinforcing silica known to those skilled in the art, in particular any precipitated or fumed silica having a BET surface and a CTAB specific surface both less than 450 m 2 / g, preferably from 30 to 400 m 2 / g, especially between 60 and 300 m2 / g.
  • Mention may also be made of mineral fillers of the aluminous type, in particular alumina (Al 2 O 3) or aluminum (oxide) hydroxides, or reinforcing titanium oxides, for example described in US 6,610,261 and US 6,747,087.
  • Reinforcing fillers of other nature are also suitable as reinforcing fillers. especially carbon black, since these reinforcing fillers would be covered with a siliceous layer, or would comprise on its surface functional sites, especially hydroxyl, requiring the use of a coupling agent to establish the connection between the load and the elastomer.
  • carbon blacks for tires as described for example in documents WO 96/37547 and WO 99/28380.
  • reinforcing inorganic filler is present indifferent, whether in the form of powder, microbeads, granules or beads.
  • reinforcing inorganic filler is also understood to mean mixtures of different reinforcing fillers, in particular highly dispersible silicas as described above.
  • the rubber composition according to the invention further comprises, in a conventional manner, an agent capable of effectively provide this link.
  • organosilanes especially polysulfurized alkoxysilanes or mercaptosilanes, or else at least bifunctional polyorganosiloxanes.
  • Silica / elastomer bonding agents in particular, have been described in a large number of documents, the best known being bifunctional alkoxysilanes such as polysulfurized alkoxysilanes.
  • the level of coupling agent is advantageously less than 20 phr, it being understood that it is generally desirable to use as little as possible. Its rate is preferably between 0.5 and 12 phr.
  • the presence of the coupling agent depends on that of the reinforcing inorganic filler other than carbon black. Its rate is easily adjusted by the skilled person according to the rate of this charge; it is typically of the order of 0.5% to 15% by weight relative to the amount of reinforcing inorganic filler other than carbon black.
  • the rubber compositions in accordance with the invention may also contain, in addition to the coupling agents, coupling activators, charge-recovery agents or, more generally, processing aid agents which can be used in a known manner, thanks to to improve the dispersion of the filler in the rubber matrix and to lower the viscosity of the compositions, to improve their ability to use in the green state, these agents being, for example, hydrolysable silanes such as alkylalkoxysilanes, polyols, polyethers, primary, secondary or tertiary amines, hydroxylated or hydrolysable polyorganosiloxanes.
  • these agents being, for example, hydrolysable silanes such as alkylalkoxysilanes, polyols, polyethers, primary, secondary or tertiary amines, hydroxylated or hydrolysable polyorganosiloxanes.
  • the rubber compositions in accordance with the invention may also contain reinforcing organic fillers which may replace all or part of the carbon blacks or other reinforcing inorganic fillers described above.
  • reinforcing organic fillers that may be mentioned are functionalized polyvinyl organic fillers as described in the applications WO-A-2006/069792, WO-A-2006/069793, WO-A-2008/003434 and WO-A-1. 2008/003435.
  • the rubber compositions in accordance with the invention may also comprise all or part of the usual additives normally used in elastomer compositions intended for the manufacture of tires, for example pigments, protective agents such as anti-ozone waxes, chemical antiozonants, anti-oxidants, anti-fatigue agents, reinforcing or plasticizing resins, acceptors (for example phenolic novolac resin) or methylene donors (for example HMT or H3M) as described, for example, in the application WO 02/10269, a crosslinking system based on either sulfur, or sulfur and / or peroxide donors and / or bismaleimides, vulcanization accelerators, vulcanization activators, adhesion promoters such as compounds based on cobalt, plasticizing agents, preferably non-aromatic or very weakly aromatic selected from the group consisting of naphthenic, paraffinic, MES oils, TDAE oils, ethers plasticizers, ester plasticizers, hydrocarbon resins having a high Tg,
  • the invention also relates to a process for preparing a rubber composition as described above.
  • composition is manufactured in appropriate mixers, using two successive preparation phases well known to those skilled in the art: a first phase of work or thermomechanical mixing (so-called “nonproductive” phase) at high temperature, up to a maximum of maximum temperature between 1 10 ° C and 190 ° C, preferably between 130 ° C and 180 ° C, followed by a second phase of mechanical work (so-called “productive” phase) to a lower temperature, typically lower at 110 ° C, for example between 40 ° C and 100 ° C, finishing phase during which the crosslinking system is incorporated.
  • the process according to the invention for preparing a rubber composition according to the invention comprises at least the following steps: the production, at a maximum temperature of between 130 ° C. and 200 ° C., preferably between 145 ° C. and 185 ° C., of a first thermomechanical working time (sometimes referred to as a "non-productive" phase) of the basic constituents; of the rubber composition, with the exception of the crosslinking system and optionally an adhesion promoter, by intimately incorporating, by kneading into one or more steps, the elastomer matrix comprising the highly saturated elastomer, ingredients of the composition, then
  • the process for preparing the rubber composition comprises the step of preparing the highly saturated elastomer as described above according to its various synthetic methods.
  • the final composition thus obtained can then be calendered, for example in the form of a sheet, a plate or extruded, for example to form a rubber profile usable as a semi-finished rubber product for the tire.
  • the invention also relates to a semi-finished rubber product comprising a reinforced rubber composition according to the invention.
  • the invention also relates to a tire of which at least one of its constituent elements is a semi-finished rubber product comprising a reinforced rubber composition according to the invention.
  • a tire whose tread comprises the composition has a wear resistance. advantageous without penalizing the rolling resistance.
  • the rubber compositions are characterized after curing as indicated below.
  • the dynamic properties G * and tan (5) max, representative of the hysteresis, are measured on a viscoanalyzer (Metravib VA4000), according to the ASTM D 5992-96 standard.
  • the response of a sample of vulcanized composition (cylindrical specimen 4 mm in thickness and 400 mm 2 in section), subjected to a sinusoidal stress in alternating simple shear, at the frequency of 10 Hz, is recorded under normal conditions. temperature (23 ° C.) according to ASTM D 1349-99 or, depending on the case, at a different temperature, in particular in the examples mentioned, the measurement temperature is 60 ° C.
  • the following tests demonstrate the improvement of the rigidity of a rubber composition according to the invention, while maintaining the same level of hysteresis and rolling resistance, or even improving the hysteresis by lowering its value, compared to control compositions.
  • the compositions tested can especially constitute a tread, for which the reinforcing filler is carbon black.
  • Elastomer 2 is natural rubber.
  • Elastomer A is an EBR (Ethylene Butadiene Rubber) with 68 mol% of ethylenic units obtained by copolymerization of ethylene and butadiene, according to a polymerization method according to Example 4-2 of patent application EP1954705B1 to name of the applicants.
  • Elastomer B is an EBR (Ethylene Butadiene Rubber) with 68 mol% of ethylenic units obtained by copolymerization of ethylene and butadiene, according to a polymerization method according to Example 7-2 of Patent Application EP1954705B1. name of the applicants.
  • the polymerization time was increased to obtain higher molar masses, Mn equal to 164,000 g / mol, without significant modifications of the other characteristics of the RBE.
  • T1 composition control with unsaturated diene elastomer
  • Composition T2 control with rigidified unsaturated diene elastomer via the increase of the loading rate
  • Composition T3 control with a blend of unsaturated diene elastomers.
  • compositions M1 and M2 are in accordance with the invention and based on the highly saturated diene elastomer noted A.
  • composition N is in accordance with the invention and is based on the highly saturated diene elastomer noted B.
  • Thermomechanical work (non-productive phase) is then carried out in one step, which lasts a total of about 3 to 4 minutes, until a maximum temperature of "fall" of 165 ° C is reached.
  • the mixture thus obtained is recovered, cooled and then sulfur and a sulfamide-type accelerator are incorporated on a mixer (homo-finisher) at 30 ° C., mixing the whole (productive phase) for a suitable time (for example a dozen minutes).
  • compositions thus obtained are then calendered either in the form of plates (thickness of 2 to 3 mm) or thin sheets of rubber for the measurement of their physical or mechanical properties.
  • the low and medium strain rigidity of the compositions according to the invention is greater than that of the control compositions T1 and T3, and of the same order as that of the control composition T2 having a higher loading rate than the control composition. T1 to improve stiffness. It is observed that this increase in the rate of charge penalizes the hysteresis properties of the control composition T2 in view of the control composition T1. This improvement of the mechanical properties is favorable in terms of the wear resistance of a tire provided with a tread constituted by such a composition.
  • composition according to the invention exhibits significantly improved hysteretic properties compared to those of the control compositions T1 and T3, contrary to what is observed for the control composition T2 compared to compositions T1 and T3.

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Abstract

La présente invention concerne une composition de caoutchouc à base d'une charge renforçante et d'une matrice élastomère comprenant un élastomère diénique fortement saturé comprenant au moins les unités des catégories A, B, C, D et E suivantes, distribuées statistiquement au sein de l'élastomère: Formule (A) selon une fracition molaire de m %, Formule (C) selon une fraction molaire de 0%, Formule (B) selon une fraction molaire de n %, Formule (D), selon une fraction molaire de p %, le motif D formant un cycle hydrocarboné bivalent à 6 atomes de carbone, de type 1,2-cyclohexane, Formule (E) selon une fraction molaire de q %, le motif E formant un cycle hydrocarboné bivalent à 6 atomes de carbone, de type 1,4-cyclohexane • m + n + o + p + q = 100 • m ≥ 50 • n + o + p + q ≥ 10 • 15 ≥ p + q ≥ 2 avec R1 et R2, identiques ou différents, désignent un atome d'hydrogène, un radical méthyle ou un radical phényle, substitué ou non en position ortho, méta ou para, par un radical méthyle; m, n, o p et q sont des nombres allant de 0 à 100. Cette composition de caoutchouc permet d'atteindre un niveau de rigidité satisfaisant en maintenant des propriétés d'hystérèse acceptable pour une utilisation dans la fabrication de pneumatique pour véhicule roulant.

Description

Composition de caoutchouc comprenant un élastomère diénique fortement saturé.
DOMAINE DE L'INVENTION
La présente invention concerne une composition de caoutchouc renforcée à base d'une matrice élastomère comprenant un élastomère diénique fortement saturé, ainsi qu'un article semi-fini comprenant une telle composition et qu'un pneumatique incorporant un tel article semi-fini.
ETAT DE LA TECHNIQUE
Depuis que les économies de carburant et la nécessité de préserver l'environnement sont devenues une priorité, il est souhaitable de produire des mélanges possédant de bonnes propriétés de résistance à l'usure tout en ayant une hystérèse aussi faible que possible afin de pouvoir les mettre en œuvre sous forme de compositions de caoutchouc utilisables pour la fabrication de divers produits semi-finis entrant dans la composition de pneumatique, tels que par exemple des bandes de roulement, ce afin d'obtenir des pneumatiques possédant une résistance à l'usure améliorée sans pénalisation de la résistance au roulement.
Idéalement, par exemple, une bande de roulement de pneumatique doit obéir à un grand nombre d'exigences techniques, souvent antinomiques, parmi lesquelles une résistance élevée à l'usure tout en offrant au pneumatique une faible résistance au roulement et une adhérence élevée tant sur sol sec que sur sol mouillé, enneigé ou verglacé.
Pour améliorer la résistance à l'usure, on le sait, une certaine rigidité de la bande de roulement est souhaitable, cette rigidification de la bande de roulement pouvant être obtenue par exemple en augmentant le taux de charge renforçante ou en incorporant certaines résines renforçantes dans les compositions de caoutchouc constitutives de ces bandes de roulement.
Malheureusement, l'expérience montre qu'une telle rigidification de la bande de roulement pénalise de manière connue, le plus souvent de manière rédhibitoire, les propriétés de résistance au roulement, en s'accompagnant d'une augmentation importante des pertes hystérétiques de la composition de caoutchouc. L'amélioration de la performance de rigidité en gardant une faible résistance au roulement est de ce fait une préoccupation permanente pour les concepteurs de pneumatique.
II existe donc un besoin permanent de fournir une composition de caoutchouc qui permette d'obtenir des pneumatiques possédant une résistance à l'usure améliorée sans pénalisation de la résistance au roulement. Au vu de ce qui précède, il est un objectif général de fournir des compositions de caoutchouc pour pneumatique qui satisfassent un compromis de propriétés rigidité/hystérèse acceptable pour un usage en pneumatique.
BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION
Cet objectif est atteint en ce que les Inventeurs ont mis au point une composition de caoutchouc pour pneumatique qui permette d'atteindre un niveau de rigidité satisfaisant en maintenant des propriétés d'hystérèse acceptables.
Ainsi, l'invention a pour objet une composition de caoutchouc pour pneumatique comprenant une charge renforçante et un élastomère fortement saturé, permettant d'atteindre le compromis de propriété visé.
Un autre objet de l'invention est un procédé de préparation d'une telle composition de caoutchouc pour pneumatique.
L'invention a encore pour objet un article semi-fini comprenant une telle composition de caoutchouc.
L'invention a aussi pour objet un pneumatique incorporant un tel article semi-fini.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
Dans la présente description, sauf indication expresse différente, tous les pourcentages (%) indiqués sont des % en poids. D'autre part, tout intervalle de valeurs désigné par l'expression "entre a et b" représente le domaine de valeurs allant de plus de a à moins de b (c'est-à-dire bornes a et b exclues) tandis que tout intervalle de valeurs désigné par l'expression "de a à b" signifie le domaine de valeurs allant de a jusqu'à b (c'est-à-dire incluant les bornes strictes a et b).
Par "composition à base de", il faut entendre une composition comportant le mélange et/ou le produit de réaction des différents constituants utilisés, certains de ces constituants de base étant susceptibles de, ou destinés à, réagir entre eux, au moins en partie, lors des différentes phases de fabrication de la composition, en particulier au cours de sa réticulation ou vulcanisation.
Un premier objet de l'invention est une composition de caoutchouc à base d'une charge renforçante et d'une matrice élastomère comprenant au moins un élastomère diénique fortement saturé, caractérisé en ce que l'élastomère fortement saturé comprend au moins les unités suivantes, distribuées statistiquement au sein de l'élastomère: A)
— CH2— CH2— selon une fraction molaire de m %
B)
R1
— CH2- CH = CH - CH2— selon une fraction molaire de n%
R2
C)
R1
— CH - C— selon une fraction molaire de o %
I
R2 - CH
II
CH2
avec R1 et R2 , identiques ou différents, désignent un atome d'hydrogène, un radical méthyle ou un radical phényle substitué ou non en position ortho, méta ou para par un radical méthyle; de préférence R1 et R2 , identiques ou différents, désignent un atome hydrogène ou un radical méthyle, plus préférentiellement R1 et R2 désignent tous deux un atome d'hydrogène, D)
— CH - CH— selon un pourcentage molaire de p %
(CH2)4
le motif D formant un cycle hydrocarboné bivalent à 6 atomes de carbone, de type 1 ,2-cyclohexane E)
— CH - CH2)2 - CH— selon un pourcentage molaire de q %
Figure imgf000006_0001
le motif E formant un cycle hydrocarboné bivalent à 6 atomes de carbone de type 1 ,4-cyclohexane,
avec m, n, o, p et q étant des nombres allant de 0 à 100,
et en ce que l'élastomère fortement saturé présente les caractéristiques suivantes:
• m + n + o + p + q = 100
• m > 50
* n + o + p + q > 10
• 15 > p + q > 2
De préférence, les taux molaires de chacune des unités de l'élastomère fortement saturé présente au moins un des critères suivants, et plus préférentiellement tous: · m > 65
• n + o + p + q > 15, de préférence encore 20
• 10 > p + q > 2
• 1 > n / (o + p + q )
• Lorsque q est non nul, 20 > p / q > 1
Selon une variante de l'invention, l'élastomère fortement saturé est constitué uniquement d'unités choisies parmi les catégories A, B, C, D et E selon leurs taux molaires respectifs.
Selon une autre variante de l'invention, l'élastomère fortement saturé comprend, outre des unités choisies parmi les catégories A, B, C, D et E, des unités de catégorie F selon un taux molaire noté r% inférieur à 25 %, particulièrement inférieur à 10%, par rapport à la totalité de l'élastomère:
F)
— (CH2 - CH)— selon un pourcentage molaire de r%
|
R7 avec R7 désignant un radical alkyle ayant 1 à 4 atomes de carbone, ou un radical aryle, et la condition que m + n + o + p + q + r = 100. Selon ces deux variantes, il est une mise en œuvre particulière de l'invention selon laquelle l'élastomère fortement saturé est tel que R1 et R2 sont identiques et désignent un atome d'hydrogène.
Il est entendu que cet élastomère diénique fortement saturé peut être constitué par un mélange d'élastomères diéniques fortement saturés qui se différencient des uns des autres par leurs microstructures ou par leurs macrostructures.
Selon l'invention, l'élastomère diénique fortement saturé présente une masse molaire moyenne en nombre (Mn) d'au moins 60 000 g/mol et d'au plus 1 500 000 g/mol. L'indice de polydispersité Ip, égal à Mw/Mn (Mw étant la masse molaire moyenne en poids), est compris entre 1 ,20 et 3,00.
L'élastomère fortement saturé peut être obtenu selon différentes méthodes de synthèses connues de l'homme du métier, notamment en fonction des valeurs visées de m, n, o, p, q et r. Généralement, l'élastomère fortement saturé peut être préparé par copolymérisation d'au moins un monomère diène conjugué et d'éthylène et selon des méthodes de synthèse connues. On peut citer à ce titre les complexes métallocènes décrits dans les documents EP 1 092 731 A1 , EP 1 554 321 A1 , EP 1 656 400 A1 , EP 1 829 901 A1 , EP 1 954 705 A1 , EP 1 957 506 A1 , au nom des Demanderesses.
A titre de monomère diène conjugué convient notamment un diène conjugué ayant de 4 à 12 atomes de carbone. On peut citer le butadiène-1 ,3, le 2-méthyl-1 ,3- butadiène, 2,3-diméthyl-1 ,3-butadiène, un aryl-1 ,3-butadiène, le 1 ,3-pentadiène Selon un aspect préférentiel, le monomère diène est le butadiène-1 , 3 ou du 2- méthyl-1 ,3-butadiène, plus préférentiellement du butadiène-1 , 3.
Ainsi, selon certaines de ces méthodes de synthèse, l'élastomère fortement saturé peut être obtenu par copolymérisation d'au moins un monomère diène conjugué et de l'éthylène, en présence d'un système catalytique comprenant un complexe métallocène de lanthanide avec des ligands ansa de type fluorényle. On peut citer à ce titre les complexes métallocènes décrits dans les documents EP 1 092 731 A1 , EP 1 554 321 A1 , EP 1 954 705 A1 .
Selon la variante de l'invention introduisant le motif F dans la chaîne polymérique, l'élastomère fortement saturé peut être obtenu par copolymérisation d'au moins un monomère diène conjugué et de deux oléfines, telles que l'éthylène et une alpha- oléfine, en présence d'un système catalytique comprenant un complexe métallocène de lanthanide avec des ligands de type ansa cyclopentadiényle- fluorényle. Une variante consiste encore à utiliser un dérivé du styrène comme termonomère, associé à au moins un monomère diène conjugué et l'éthylène. On peut citer à ce titre les complexes métallocènes décrits dans les documents EP 1 092 731 A1 , EP 1 656 400 A1 , EP 1 829 901 A1 , EP 1 957 506 A1 , au nom des Demanderesses.
A titre de monomère alpha-oléfine convient par exemple une alpha-oléfine ayant de 3 à 18 atomes de carbone, avantageusement ayant 3 à 6 atomes de carbone. On peut citer le propylène, le butène, le pentène, l'hexène ou un mélange de ces composés.
Selon une ou plusieurs variantes de synthèse de l'élastomère fortement saturé, celui-ci est préparé conformément aux documents cités précédemment, en adaptant les conditions de polymérisation par des moyens connus de l'homme de l'art, de manière à atteindre des valeurs de masse molaire moyenne en nombre (Mn) d'au moins 60 000 g/mol. A titre d'illustration, le temps de polymérisation peut être significativement augmenté de telle sorte que la conversion en monomère soit supérieure, conduisant alors à l'obtention de masses molaires d'au moins 60 000 g/mol. A titre d'illustration, lors de la préparation des systèmes catalytiques selon les documents cités précédemment, la stoechiométrie de l'agent d'alkylation par rapport au(x) complexe(s) métallocène(s) est diminuée, de manière à diminuer les réactions de transfert de chaîne et permettre l'obtention de masses molaires d'au moins 60 000 g/mol.
La composition de caoutchouc objet de l'invention comprend, selon une variante, l'élastomère diénique fortement saturé comme constituant unique de la matrice élastomère.
Selon une autre variante, la matrice élastomère de la composition de caoutchouc conforme à l'invention peut comprendre en outre au moins un autre élastomère diénique différent de l'élastomère diénique fortement saturé. Selon cette variante, cet autre élastomère est présent dans des proportions d'au plus 60 pce (parties en poids pour cent parties d'élastomère total), de préférence d'au plus 45 pce. En outre, cet élastomère est présent de préférence dans des proportions d'au moins 5 pce.
Selon cette variante, cet autre élastomère diénique peut être tout homopolymère obtenu par polymérisation d'un monomère diène conjugué ayant 4 à 12 atomes de carbone, ou tout copolymère obtenu par copolymérisation d'un ou plusieurs diènes conjugués entre eux ou avec un ou plusieurs composés vinylaromatiques ayant de 8 à 20 atomes de carbone. Dans ce dernier cas, le copolymère contient de 20 à 99% en poids d'unités diéniques et de 1 à 80% en poids d'unités vinylaromatique. A titre de diènes conjugués conviennent notamment le butadiène-1 ,3, le 2-méthyl- 1 ,3-butadiène, les 2,3-di(alkyle en C1 -C5)-1 ,3-butadiènes tels que par exemple le 2,3-diméthyl-1 ,3-butadiène, le 2,3-diéthyl-1 ,3-butadiène, le 2-méthyl-3-éthyl-1 ,3- butadiène, le 2-méthyl-3-isopropyl-1 ,3-butadiène, un aryl-1 ,3-butadiène, le 1 ,3- pentadiène, le 2,4-hexadiène. A titre de composés vinylaromatique conviennent par exemple le styrène, l'ortho-, méta-, para-méthylstyrène, le mélange commercial "vinyle-toluène", le para-tertiobutylstyrène, les méthoxystyrènes, les chlorostyrènes, le vinylmésitylène, le divinylbenzène, le vinylnaphtalène.
Cet autre élastomère diénique peut avoir toute microstructure. Il peut être à blocs, statistique, séquencé, microséquencé, et être préparé en émulsion ou en solution. Il peut être couplé et/ou étoilé ou encore fonctionnalisé avec un agent de couplage et/ou d'étoilage ou de fonctionnalisation.
Préférentiellement, cet autre élastomère diénique utilisé dans l'invention est choisi dans le groupe des élastomères diéniques fortement insaturés (à savoir comprenant au moins 50% en poids de motifs d'origine diénique) constitué par les polybutadiènes (BR), les polyisoprènes (IR) de synthèse, le caoutchouc naturel (NR), les copolymères de butadiène, les copolymères d'isoprène. De tels copolymères sont plus préférentiellement choisis dans le groupe constitué par les copolymères de butadiène-styrène (SBR), les copolymères d'isoprène-butadiène (BIR), les copolymères d'isoprène-styrène (SIR) et les copolymères d'isoprène- butadiène-styrène (SBIR).
Il est entendu que cet autre élastomère diénique peut être constitué par un mélange d'élastomères diéniques qui se différencient des uns des autres par leur microstructure, par leur macrostructure ou par la présence d'une fonction, par la nature ou la position de cette dernière sur la chaîne élastomère.
La composition de caoutchouc conforme à l'invention a pour autre caractéristique essentielle de comprendre une charge renforçante par exemple du noir de carbone, une charge inorganique renforçante telle que de la silice à laquelle est associé de manière connue un agent de couplage, ou encore un mélange de ces deux types de charge.
Selon une variante de l'invention, la charge renforçante est majoritairement constituée de noir de carbone, c'est-à-dire qu'elle comprend au moins 50% en poids du poids total de la charge, de noir de carbone.
Selon cette variante la charge renforçante peut être constituée à 100% en poids de noir de carbone. Si la charge renforçante comprend moins de 100% en poids de noir de carbone, le complément de charge est apporté par au moins une autre charge renforçante, notamment la silice.
Selon une autre variante de l'invention, la charge renforçante est majoritairement autre que du noir de carbone, c'est-à-dire qu'elle comprend plus de 50% en poids du poids total de la charge, d'une ou de plusieurs charges autres que du noir de carbone, notamment une charge inorganique renforçante telle que la silice, voire elle est exclusivement constituée d'une telle charge.
Selon cette autre variante, lorsque du noir de carbone est également présent, il peut être utilisé à un taux inférieur à 20 pce, plus préférentiellement inférieur à 10 pce (par exemple entre 0.5 et 20 pce, notamment entre 2 et 10 pce). Dans les intervalles indiqués, on bénéficie des propriétés colorantes (agent de pigmentation noire) et anti-UV des noirs de carbone.
De manière préférentielle, le taux de charge renforçante totale (noir de carbone et/ou autre charge renforçante telle que la silice) est compris entre 10 et 200 pce, plus préférentiellement entre 30 et 150 pce, l'optimum étant de manière connue différent selon les applications particulières visées.
Comme noirs de carbone conviennent tous les noirs de carbone, utilisés individuellement ou sous forme de mélanges, notamment les noirs conventionnellement mis en œuvre dans les pneumatiques ou leurs bandes de roulement (noirs dits de grade pneumatique). Parmi ces derniers, on citera plus particulièrement les noirs de carbone renforçants des séries 100, 200, 300, ou les noirs de série 500, 600 ou 700 (grades ASTM), comme par exemple les noirs N1 15, N134, N234, N326, N330, N339, N347, N375, N550, N683, N772). Ces noirs de carbone peuvent être utilisés à l'état isolé, tels que disponibles commercialement, ou sous tout autre forme, par exemple comme support de certains des additifs de caoutchouterie utilisés.
Comme charge inorganique renforçante autre que du noir de carbone, doit être entendu ici toute autre charge inorganique ou minérale, quelles que soient sa couleur et son origine (naturelle ou de synthèse), capable de renforcer à elle seule, sans autre moyen qu'un agent de couplage intermédiaire, une composition de caoutchouc destinée à la fabrication de pneumatiques; une telle charge se caractérise généralement, de manière connue, par la présence de groupes hydroxyles (OH) à sa surface.
De telles charges inorganiques renforçantes sont notamment des charges minérales du type siliceux, préférentiellement la silice (SiO2). La silice utilisée peut être toute silice renforçante connue de l'homme du métier, notamment toute silice précipitée ou pyrogénée présentant une surface BET ainsi qu'une surface spécifique CTAB toutes deux inférieures à 450 m2/g, de préférence de 30 à 400 m2/g, notamment entre 60 et 300 m2/g. On citera également les charges minérales du type alumineux, en particulier de l'alumine (AI2O3) ou des (oxyde)hydroxydes d'aluminium, ou encore des oxydes de titane renforçants, par exemple décrits dans US 6 610 261 et US 6 747 087. Comme charges renforçantes conviennent également des charges renforçantes d'une autre nature, notamment du noir de carbone, dès lors que ces charges renforçantes seraient recouvertes d'une couche siliceuse, ou bien comporteraient à sa surface des sites fonctionnels, notamment hydroxyles, nécessitant l'utilisation d'un agent de couplage pour établir la liaison entre la charge et l'élastomère. A titre d'exemple, on peut citer par exemple des noirs de carbone pour pneumatiques tels que décrits par exemple dans les documents brevet WO 96/37547, WO 99/28380.
L'état physique sous lequel se présente la charge inorganique renforçante est indifférent, que ce soit sous forme de poudre, de microperles, de granulés, ou encore de billes. Bien entendu on entend également par charge inorganique renforçante des mélanges de différentes charges renforçantes, en particulier de silices hautement dispersibles telles que décrites ci-dessus.
Lorsque la charge renforçante comprend une charge nécessitant l'utilisation d'un agent de couplage pour établir la liaison entre la charge et l'élastomère, la composition de caoutchouc selon l'invention comprend en outre, de manière classique, un agent susceptible d'assurer efficacement cette liaison. Lorsque la silice est présente dans la composition à titre de charge renforçante, on peut utiliser comme agents de couplage des organosilanes, notamment des aikoxysilanes polysulfurés ou des mercaptosilanes, ou encore des polyorganosiloxanes au moins bifonctionnels. Des agents de liaison silice/élastomère, notamment, ont été décrits dans un grand nombre de documents, les plus connus étant des aikoxysilanes bifonctionnels tels que des aikoxysilanes polysulfurés.
Dans les compositions conformes à l'invention, le taux d'agent de couplage est avantageusement inférieur à 20 pce, étant entendu qu'il est en général souhaitable d'en utiliser le moins possible. Son taux est préférentiellement compris entre 0,5 et 12 pce. La présence de l'agent de couplage dépend de celle de la charge inorganique renforçante autre que du noir de carbone. Son taux est aisément ajusté par l'homme du métier selon le taux de cette charge; il est typiquement de l'ordre de 0,5% à 15% en poids par rapport à la quantité de charge inorganique renforçante autre que du noir de carbone.
Les compositions de caoutchouc conformes à l'invention peuvent également contenir, en complément des agents de couplage, des activateurs de couplage, des agents de recouvrement des charges ou plus généralement des agents d'aide à la mise en œuvre susceptibles de manière connue, grâce à une amélioration de la dispersion de la charge dans la matrice de caoutchouc et à un abaissement de la viscosité des compositions, d'améliorer leur faculté de mise en œuvre à l'état cru, ces agents étant par exemple des silanes hydrolysables tels que des alkylalkoxysilanes, des polyols, des polyéthers, des aminés primaires, secondaires ou tertiaires, des polyorganosiloxanes hydroxylés ou hydrolysables. Les compositions de caoutchouc conformes à l'invention peuvent également contenir, des charges organiques renforçantes qui peuvent remplacer tout ou partie des noirs de carbone ou des autres charges inorganiques renforçantes décrites plus haut. Comme exemples de charges organiques renforçante, on peut citer les charges organiques de polyvinyle fonctionnalisé telles que décrites dans les demandes WO-A-2006/069792, WO-A-2006/069793, WO-A-2008/003434 et WO-A-2008/003435.
Les compositions de caoutchouc conformes à l'invention peuvent comporter également tout ou partie des additifs usuels habituellement utilisés dans les compositions d'élastomères destinées à la fabrication de pneumatiques, comme par exemple des pigments, des agents de protection tels que cires anti-ozone, anti-ozonants chimiques, anti-oxydants, des agents anti-fatigue, des résines renforçantes ou plastifiantes, des accepteurs (par exemple résine phénolique novolaque) ou des donneurs de méthylène (par exemple HMT ou H3M) tels que décrits par exemple dans la demande WO 02/10269, un système de réticulation à base soit de soufre, soit de donneurs de soufre et/ou de peroxyde et/ou de bismaléimides, des accélérateurs de vulcanisation, des activateurs de vulcanisation, des promoteurs d'adhésion tels que des composés à base de cobalt, des agents plastifiants, préférentiellement non aromatiques ou très faiblement aromatiques choisis dans le groupe constitué par les huiles naphténiques, paraffiniques, huiles MES, huiles TDAE, les plastifiants éthers, les plastifiants esters, les résines hydrocarbonées présentant une haute Tg, de préférence supérieure à 30 °C, telles que décrites par exemple dans les demandes WO 2005/087859, WO 2006/061064 et WO 2007/017060, et les mélanges de tels composés.
L'invention à également pour objet un procédé de préparation d'une composition de caoutchouc telle que décrite précédemment.
La composition est fabriquée dans des mélangeurs appropriés, en utilisant deux phases de préparation successives bien connues de l'homme du métier : une première phase de travail ou malaxage thermomécanique (phase dite "non- productive") à haute température, jusqu'à une température maximale comprise entre 1 10°C et 190°C, de préférence entre 130°C et 180°C, suivie d'une seconde phase de travail mécanique (phase dite "productive") jusqu'à une plus basse température, typiquement inférieure à 1 10°C, par exemple entre 40°C et 100°C, phase de finition au cours de laquelle est incorporé le système de réticulation.
Le procédé conforme à l'invention pour préparer une composition de caoutchouc selon l'invention comporte au moins les étapes suivantes : la réalisation, à une température maximale comprise entre 130 °C et 200 °C, de préférence entre 145°C et 185°C, d'un premier temps de travail thermomécanique (parfois qualifié de phase " non productive") des constituants de base nécessaires de la composition de caoutchouc, à l'exception du système de réticulation et le cas échéant un promoteur d'adhésion, par incorporation de manière intime, par malaxage en une ou plusieurs étapes, à la matrice élastomère comprenant l'élastomère fortement saturé, d'ingrédients de la composition, puis
la réalisation, à une température inférieure à ladite température maximale dudit premier temps, de préférence inférieure à 120 °C, d'un second temps de travail mécanique au cours duquel est incorporé ledit système de réticulation et le cas échéant un promoteur d'adhésion,
Selon des variantes de l'invention, le procédé de préparation de la composition de caoutchouc comprend l'étape de préparation de l'élastomère fortement saturé telle que décrite plus haut selon ses différentes méthodes de synthèse.
La composition finale ainsi obtenue peut ensuite être calandrée, par exemple sous la forme d'une feuille, d'une plaque ou encore extrudée, par exemple pour former un profilé de caoutchouc utilisable comme produit semi- fini en caoutchouc destiné au pneumatique.
L'invention a également pour objet un produit semi-fini en caoutchouc comprenant une composition de caoutchouc renforcée selon l'invention.
L'invention a également pour objet un pneumatique dont au moins un de ses éléments constitutifs est un produit semi-fini en caoutchouc comprenant une composition de caoutchouc renforcée selon l'invention.
En raison de l'amélioration de la rigidité qui caractérise une composition de caoutchouc renforcée selon l'invention, sans détériorer les propriétés d'hystérèse, on notera qu'un pneumatique dont la bande de roulement comprend la composition présente une résistance à l'usure avantageuse sans pénaliser la résistance au roulement.
Les caractéristiques précitées de la présente invention, ainsi que d'autres, seront mieux comprises à la lecture de la description suivante de plusieurs exemples de réalisation de l'invention, donnés à titre illustratif et non limitatif. • MESURES ET TESTS UTILISES
Les compositions de caoutchouc sont caractérisées après cuisson, comme indiqué ci-après.
a) Propriétés mécaniques
Essais de traction
Ces essais de traction permettent de déterminer les contraintes d'élasticité et les propriétés à la rupture. Sauf indication différente, ils sont effectués conformément à la norme française NF T 46-002 de septembre 1988. On mesure en seconde élongation (i.e., après un cycle d'accommodation au taux d'extension prévu pour la mesure elle-même) le module sécant nominal (ou contrainte apparente, en MPa) à 10% et 100% d'allongement (notés respectivement MA10 et MA100). Les mesures de traction pour déterminer les modules accommodés sécants sont effectuées à la température de 60°C +/-2°C, et dans les conditions normales d'hygrométrie (50 +/- 5% d'humidité relative).
a) Propriétés dynamiques
Les propriétés dynamiques G* et tan(5)max, représentative de l'hystérèse, sont mesurées sur un viscoanalyseur (Metravib VA4000), selon la norme ASTM D 5992-96. On enregistre la réponse d'un échantillon de composition vulcanisée (éprouvette cylindrique de 4 mm d'épaisseur et de 400 mm2 de section), soumis à une sollicitation sinusoïdale en cisaillement simple alterné, à la fréquence de 10Hz, dans les conditions normales de température (23°C) selon la norme ASTM D 1349-99, ou selon les cas à une température différente, en particulier dans les exemples cités, la température de mesure est de 60°C. On effectue un balayage en amplitude de déformation de 0,1 % à 100% crête-crête (cycle aller), puis de 100% à 0,1 % crête-crête (cycle retour). Les résultats exploités sont le module complexe de cisaillement dynamique (G*) et le facteur de perte tan(5). Pour le cycle retour, on indique la valeur maximale de tan(5) observée, noté tan(5)max. • EXEMPLIFICATION
Les essais qui suivent démontrent l'amélioration de la rigidité d'une composition de caoutchouc selon l'invention, tout en conservant le même niveau d'hystérèse donc de résistance au roulement, voire en améliorant l'hystérèse en baissant sa valeur, comparativement à des compositions témoins. Les compositions testées peuvent tout particulièrement constituer une bande de roulement, pour lesquelles la charge renforçante est du noir de carbone.
L'élastomère 1 est un SBR constitué de la façon suivante: 15% de motifs styrène, 20% de motifs butadiène 1 ,2 et 65% de motifs butadiène 1 ,4 (Tg = -49°C) ;
L'élastomère 2 est du caoutchouc naturel.
L'élastomère A est un EBR (Ethylene Butadiène Rubber) avec 68% molaire de motifs éthyléniques obtenu par copolymérisation de l'éthylène et du butadiène, selon une méthode de polymérisation conforme à l'exemple 4-2 de la demande de brevet EP1954705B1 au nom des Demanderesses. Le temps de polymérisation a été ajusté de manière à obtenir une masse molaire Mn = 170 000 g/mol avec un indice de polydispersité égal à 1 ,8.
L'élastomère B est un EBR (Ethylene Butadiène Rubber) avec 68% molaire de motifs éthyléniques obtenu par copolymérisation de l'éthylène et du butadiène, selon une méthode de polymérisation conforme à l'exemple 7-2 de la demande de brevet EP1954705B1 au nom des Demanderesses. Le temps de polymérisation a été augmenté de manière à obtenir des masses molaires supérieures, Mn égale à 164 000 g/mol, sans modifications significatives des autres caractéristiques de l'EBR.
Les caractéristiques des élastomères sont récapitulées dans le tableau 1
Tableau 1
Elastomère 1 A B
Double liaison
85 24 24
(% molaire)
Cycle intrachaîne
1 ,2-cyclohexyl - 8 6
(% molaire)
Cycle intrachaîne
1 ,4-cyclohexyl - - 2
(% molaire)
1 ,2 (% molaire) 20 15 18
1 ,4 (% molaire) 65 9 6
Motif éthylénique
CH2-CH2 68 68
(% molaire) Les compositions
On compare six compositions reportées dans le tableau 2 ci-après. Trois d'entre elles sont non-conformes vis-à-vis de la formulation préconisée par l'invention :
Composition T1 : témoin avec élastomère diénique insaturé,
Composition T2 : témoin avec élastomère diénique insaturé rigidifié via l'augmentation du taux de charge
Composition T3 : témoin avec un coupage d'élastomères diéniques insaturés.
Les compositions M1 et M2 sont conformes à l'invention et à base de l'élastomère diénique fortement saturé noté A.
La composition N est conforme à l'invention et est à base de l'élastomère diénique fortement saturé noté B.
Pour les essais qui suivent, on procède de la manière suivante :
On introduit dans un mélangeur interne (taux de remplissage final : environ 70% en volume), dont la température initiale de cuve est d'environ 80°C, successivement le ou les élastomère(s) diénique(s), les charges renforçantes (silice et noir de carbone), ainsi que les divers autres ingrédients a l'exception du système de vulcanisation. On conduit alors un travail thermomécanique (phase non-productive) en une étape, qui dure au total environ 3 à 4 min, jusqu'à atteindre une température maximale de « tombée » de 165°C. On récupère le mélange ainsi obtenu, on le refroidit puis on incorpore du soufre et un accélérateur type sulfamide sur un mélangeur (homo-finisseur) à 30 °C, en mélangeant le tout (phase productive) pendant un temps approprié (par exemple une dizaine de minutes).
Les compositions ainsi obtenues sont ensuite calandrées soit sous la forme de plaques (épaisseur de 2 à 3 mm) ou de feuilles fines de caoutchouc pour la mesure de leurs propriétés physiques ou mécaniques.
Dans le tableau 2 qui suit sont détaillées les compositions testées: ableau 2
Figure imgf000017_0001
(V Elastomère insaturé 1 décrit plus haut
(2) Caoutchouc naturel
(3) Elastomère fortement saturé préparé plus haut
(4) Noir de carbone N347
(5) Résine formophénolique
(6) 2,2,4-trimethyl-1,2-dihydroquinolineN-cyclohexyl-2-benzothiazyl-sulfénamide (7) Hexaméthylène tétramine
Résultats
Les propriétés des compositions sont reportées dans le tableau 3 ci-dessous. Tableau 3
Figure imgf000018_0001
On constate que la rigidité à faible et moyenne déformations des compositions conformes à l'invention est supérieure de celle des compositions témoins T1 et T3, et du même ordre que celle de la composition témoin T2 comportant un taux de charge plus élevé que la composition témoin T1 en vue d'améliorer la rigidité. On observe bien que cette augmentation du taux de charge pénalise les propriétés hystérétiques de la composition témoin T2 au vu de la composition témoin T1 . Cette amélioration des propriétés mécaniques est favorable en matière de résistance à l'usure d'un pneumatique muni d'une bande de roulement constituée par une telle composition.
Malgré cette amélioration de la rigidité, la composition conforme à l'invention exhibe des propriétés hystérétiques nettement améliorées par rapport à celles des compositions témoins T1 et T3, contrairement à ce qui est observé pour la composition témoin T2 comparativement aux compositions T1 et T3.
Ceci est favorable pour diminuer la résistance au roulement d'un pneumatique muni d'une bande de roulement constituée par une telle composition.
En conclusion, les résultats de ces essais démontrent que l'emploi d'un élastomère diénique fortement saturé selon l'invention, permet d'améliorer de manière notable la rigidité des compositions de caoutchouc selon l'invention et donc d'améliorer la résistance à l'usure de pneumatiques les contenant, tout en diminuant l'hystérèse des compositions et donc la résistance au roulement des pneumatiques par rapport à un pneumatique conventionnel.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Composition de caoutchouc à base d'une charge renforçante et d'une matrice élastomère comprenant un élastomère diénique fortement saturé, caractérisée en ce que l'élastomère fortement saturé comprend au moins les unités des catégories A, B, C, D et E suivantes, distribuées statistiquement au sein de l'élastomère,
— CH2— CH2 selon une fraction molaire de m %
B)
R1
— CH2— CH— CH— CH2— selon une fraction molaire de n% R2 C)
R1
— CH - C— selon une fraction molaire de o % R2 - CH
CH2
avec R1 et R2 , identiques ou différents, désignent un atome d'hydrogène, un radical méthyle ou un radical phényle substitué ou non en position ortho, méta ou para par un radical méthyle, CH - CH— selon un pourcentage molaire de p %
(CH2)4
le motif D formant un cycle hydrocarboné bivalent à 6 atomes de carbone, de type 1 ,2-cyclohexane,
E)
— CH - CH2)2 - CH— selon un pourcentage molaire de q %
Figure imgf000020_0001
le motif E formant un cycle hydrocarboné bivalent à 6 atomes de carbone de type 1 ,4-cyclohexane,
avec m, n, o, p et q étant des nombres allant de 0 à 100,
et en ce que l'élastomère fortement saturé présente les caractéristiques suivantes:
• m + n + o + p + q = 100
• m > 50
• n + o + p + q > 10
• 15 > p + q > 2
2. Composition de caoutchouc selon la revendication 1 , caractérisée en ce que l'élastomère fortement saturé comprend des unités F
F)
— (CH2 - CH)— selon un pourcentage molaire de r %
R7
avec R7 désignant un radical alkyle ayant 1 à 4 atomes de carbone, ou un radical aryle,
et en ce que l'élastomère fortement saturé présente les caractéristiques suivantes: • m + n + o + p + q + r = 100
• 25 > r > 0
3. Composition de caoutchouc selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les substituants R1 et R2 sont identiques et désignent un atome d'hydrogène
4. Composition de caoutchouc selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'élastomère fortement saturé présente au moins un des critères suivants, et plus préférentiel lement tous:
• m > 65
• n + o + p + q > 15, de préférence encore 20
• 10 > p + q > 2
• 1 > n / (o + p + q )
· lorsque q est non nul, 20 > p / q > 1
5. Composition de caoutchouc selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la matrice élastomère est uniquement constituée de l'élastomère diénique fortement saturé.
6. Composition de caoutchouc selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la matrice élastomère comprend au moins 40 pce d'élastomère diénique fortement saturé et au plus 60 pce d'au moins un autre élastomère diénique.
7. Composition de caoutchouc selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la charge renforçante comprend du noir de carbone.
8. Composition de caoutchouc selon la revendication 7, caractérisée en ce que la charge renforçante est constituée à 100% de noir de carbone.
9. Composition de caoutchouc selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que la charge renforçante comprend une charge inorganique renforçante autre que du noir de carbone, de préférence de la silice.
10. Procédé de préparation d'une composition de caoutchouc telle que définie dans l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins les étapes suivantes :
la réalisation, à une température maximale comprise entre 130 °C et 200 °C, de préférence entre 145°C et 185°C, d'un premier temps de travail thermomécanique des constituants de base nécessaires de la composition de caoutchouc, à l'exception du système de réticulation et le cas échéant un promoteur d'adhésion, par incorporation de manière intime, par malaxage en une ou plusieurs étapes, à la matrice élastomère comprenant l'élastomère fortement saturé, d'ingrédients de la composition, puis la réalisation, à une température inférieure à ladite température maximale dudit premier temps, de préférence inférieure à 120 °C, d'un second temps de travail mécanique au cours duquel sont incorporé ledit système de réticulation et le cas échéant un promoteur d'adhésion.
1 1 . Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'elle comprend l'étape de préparation de l'élastomère fortement saturé.
12. Article semi-fini comprenant une composition de caoutchouc telle que définie dans l'une quelconque des revendications 1 à 9.
13. Pneumatique incorporant un article semi-fini selon la revendication 12.
14. Pneumatique selon la revendication 13, caractérisé en ce que l'article semi- fini est une bande de roulement.
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