WO2015124679A1 - Composition de caoutchouc comprenant un systeme plastifiant a base d'huile et de resine hydrocarbonee de faible temperature de transition vitreuse - Google Patents

Composition de caoutchouc comprenant un systeme plastifiant a base d'huile et de resine hydrocarbonee de faible temperature de transition vitreuse Download PDF

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WO2015124679A1
WO2015124679A1 PCT/EP2015/053517 EP2015053517W WO2015124679A1 WO 2015124679 A1 WO2015124679 A1 WO 2015124679A1 EP 2015053517 W EP2015053517 W EP 2015053517W WO 2015124679 A1 WO2015124679 A1 WO 2015124679A1
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phr
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hydrocarbon resin
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composition
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Application number
PCT/EP2015/053517
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Philippe Labrunie
Jean-Christophe GALLEGO
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Compagnie Generale Des Etablissements Michelin
Michelin Recherche Et Technique S.A.
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Publication date
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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60C—VEHICLE TYRES; TYRE INFLATION; TYRE CHANGING; CONNECTING VALVES TO INFLATABLE ELASTIC BODIES IN GENERAL; DEVICES OR ARRANGEMENTS RELATED TO TYRES
    • 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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    • C08L45/02—Compositions of homopolymers or copolymers of compounds having no unsaturated aliphatic radicals in side chain, and having one or more carbon-to-carbon double bonds in a carbocyclic or in a heterocyclic ring system; Compositions of derivatives of such polymers of coumarone-indene polymers
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    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L91/00—Compositions of oils, fats or waxes; Compositions of derivatives thereof

Definitions

  • the invention relates to compositions, especially for tires and more particularly to compositions comprising a plasticizer system based on low glass transition temperature resin (Tg).
  • Tg glass transition temperature resin
  • JP-2005213486 proposes the use of low Tg resin at a rate of between 0.5 and 5 phr to improve the stickiness at vintage and the industrial feasibility of the compositions.
  • Document US-2007/0167557 proposes the use of low Tg resin at a rate of 10 phr to improve the resistance to flaking.
  • JP-2001 144262 discloses compositions which have improved abrasion resistance and adhesion and include low Tg resins.
  • compositions based on low Tg resin allowed to have an improved compromise between the many desired performances for the tire compositions, that is to say the rolling, adhesion on dry ground, adhesion on wet soil, hardness of the cooked compositions, at the same time as the viscosity of the raw compositions.
  • the invention therefore relates to a rubber composition based on at least one diene elastomer, a reinforcing filler, a vulcanization system and a combination of plasticizers, said combination of plasticizers comprising a plasticizing oil and more than 15 phr ( parts by weight per hundred parts by weight of elastomer) of hydrocarbon resin, said carbon resin having a glass transition temperature (Tg) of between -40 ° C and 20 ° C, the total plasticizer content being greater than or equal to 40 and the levels of reinforcing filler and plasticizer being such that the ratio of the total charge rate and the total plasticizer content is in a range from 1, 3 to 2.
  • Tg glass transition temperature
  • the invention relates to a composition as defined above wherein said diene elastomer is selected from the group consisting of polybutadienes, synthetic polyisoprenes, natural rubber, butadiene copolymers, copolymers of isoprene and mixtures of these elastomers.
  • said diene elastomer is selected from the group consisting of polybutadienes, butadiene and styrene copolymers, and mixtures of these elastomers.
  • the invention relates to a composition as defined above in which the reinforcing filler is selected from the group consisting of silicas, carbon blacks and mixtures thereof.
  • the level of reinforcing filler is in a range from 30 to 200 phr, preferably from 30 to 150 phr.
  • the invention relates to a composition as defined above in which the majority reinforcing filler is carbon black.
  • the level of carbon black is in a range from 50 to 140 phr, preferably from 60 to 10 phr.
  • the invention relates to a composition as defined above in which the majority reinforcing filler is silica.
  • the silica content is in a range from 50 to 140 phr, preferably from 70 to 120 phr.
  • the invention relates to a composition as defined above in which the total level of plasticizers is greater than or equal to 50. pce, preferably in a range from 50 to 120 phr. Preferably, the total level of plasticizers is in a range from 50 to 100 phr, preferably from 50 to 80 phr.
  • the invention relates to a composition as defined above in which the plasticizing oil is chosen from the group consisting of naphthenic oils, paraffinic oils, MES oils (Medium Extracted Solvates), TDAE oils. (Treated Distillate Aromatic Extracts), mineral oils, vegetable oils, ethers plasticizers, ester plasticizers, phosphate plasticizers, sulphonate plasticizers and mixtures thereof.
  • the plasticizing oil is chosen from the group consisting of naphthenic oils, paraffinic oils, MES oils (Medium Extracted Solvates), TDAE oils. (Treated Distillate Aromatic Extracts), mineral oils, vegetable oils, ethers plasticizers, ester plasticizers, phosphate plasticizers, sulphonate plasticizers and mixtures thereof.
  • the invention relates to a composition as defined above wherein the level of plasticizing oil is in a range from 2 to 80 phr, preferably from 5 to 60 phr.
  • the invention relates to a composition as defined above in which the hydrocarbon resin content of Tg between -40 ° C and 20 ° C is in a range from 15 to 70 phr, from preferably from 15 to 50 phr, and more preferably from 20 to 40 phr.
  • the invention relates to a composition as defined above in which the hydrocarbon resin previously mentioned as a hydrocarbon resin of Tg between -40 ° C and 20 ° C has a Tg between -40 ° C and 0 ° C, more preferably between -30 ° C and 0 ° C and even more preferably between -20 ° C and 0 ° C.
  • the invention relates to a composition as defined above in which the hydrocarbon resin previously mentioned as a hydrocarbon resin with a Tg of between -40 ° C. and 20 ° C. has a number-average molecular mass less than 800 g / mol, preferably less than 600 g / mol; and more preferably, less than 400 g / mol.
  • the invention relates to a composition as defined above in which the hydrocarbon resin previously mentioned as a hydrocarbon resin of Tg between -40 ° C and 20 ° C has a softening point included in a range from 0 to 50 ° C, preferably 0 to 40 ° C, more preferably 10 to 40 ° C, preferably 10 to 30 ° C.
  • the invention relates to a composition as defined above in which the hydrocarbon resin mentioned above. as hydrocarbon resin of Tg between -40 ° C and 20 ° C has a polymolecularity index (Ip) less than 3, preferably less than 2.
  • Ip polymolecularity index
  • the invention relates to a composition as defined above in which the ratio of the total charge rate and the total plasticizer content is in a range from 1, 3 to 1, 8, preferably from 1, 4 to 1, 7.
  • the invention relates to a composition as defined above further comprising in the combination of plasticizers, a Tg resin greater than 20 ° C.
  • the invention also relates to a tire comprising a composition as defined above.
  • the invention relates to a tire as defined above comprising said composition as defined above in all or part of the tread.
  • the tire according to the invention will be selected from tires intended to equip a two-wheeled vehicle, a passenger vehicle, or a vehicle called “heavyweight” (that is to say, subway, bus , off-the-road vehicles, road transport vehicles such as trucks, tractors, trailers), or aircraft, civil engineering, agrarian, or handling equipment.
  • a two-wheeled vehicle a passenger vehicle
  • a vehicle called “heavyweight” that is to say, subway, bus , off-the-road vehicles, road transport vehicles such as trucks, tractors, trailers
  • aircraft civil engineering, agrarian, or handling equipment.
  • the rubber compositions according to the invention are based on at least one diene elastomer, a reinforcing filler, a vulcanization system and a combination of plasticizers, said combination of plasticizers comprising a plasticizing oil and more than 15 phr ( parts by weight per hundred parts by weight of elastomer) of hydrocarbon resin, said carbon resin having a glass transition temperature (Tg) of between -40 ° C and 20 ° C, the total plasticizer content being greater than or equal to 40 and the levels of reinforcing filler and plasticizer being such that the ratio of the total charge rate and the total plasticizer content is in a range from 1, 3 to 2.
  • Tg glass transition temperature
  • composition based on is meant a composition comprising the mixture and / or the reaction product in situ of the various basic constituents used, some of these constituents being able to react and / or being intended to react. between them, at least partially, during the various phases of manufacture of the composition, or during subsequent firing, modifying the composition as it was initially prepared.
  • the compositions as implemented for the invention may be different in the uncrosslinked state and in the crosslinked state.
  • 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).
  • compositions may contain a single diene elastomer or a mixture of several diene elastomers.
  • elastomer or "rubber”, the two terms being considered synonymous
  • the two terms being considered synonymous
  • elastomer or "rubber”, the two terms being considered synonymous
  • diene monomers monomers bearing two carbon-carbon double bonds, conjugated or otherwise
  • the diene elastomers can be classified in two categories: "essentially unsaturated” or “essentially saturated”.
  • the term "essentially unsaturated” is generally understood to mean a diene elastomer derived at least in part from conjugated diene monomers, having a level of units or units of diene origin (conjugated dienes) which is greater than 15% (mol%);
  • diene elastomers such as butyl rubbers or copolymers of dienes and alpha-olefins of the EPDM type do not fall within the above definition and may in particular be described as "essentially saturated” diene elastomers ( low or very low diene origin, always less than 15%).
  • the term “highly unsaturated” diene elastomer is particularly understood to mean a diene elastomer having a content of units of diene origin (conjugated dienes) which is greater than 50%.
  • diene elastomer may be used in the compositions according to the invention: (a) any homopolymer obtained by polymerization of a conjugated diene monomer having from 4 to 12 carbon atoms;
  • diene elastomer any type of diene elastomer
  • the person skilled in the art of the tire will understand that the present invention is preferably implemented with essentially unsaturated diene elastomers, in particular of the type (a) or (b) above.
  • 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, rary-1,3-butadiene, 1,3-pentadiene, 2,4-hexadiene.
  • Suitable vinylaromatic compounds are, for example, styrene, ortho-, meta-, para-methylstyrene, the "vinyl-toluene" commercial mixture, para-tert-butylstyrene, methoxystyrenes, chlorostyrenes, vinylmesitylene and divinylbenzene. vinylnaphthalene.
  • the copolymers may contain between 99% and 20% by weight of diene units and between 1% and 80% by weight of vinylaromatic units.
  • the elastomers may have any microstructure which is a function of the polymerization conditions used, in particular the presence or absence of a modifying and / or randomizing agent and the amounts of modifying and / or randomizing agent used.
  • the elastomers can be for example block, statistical, sequenced, microsequenced, and be prepared in dispersion or in solution; they may be coupled and / or starred or functionalized with a coupling agent and / or starring or functionalization.
  • silanol or polysiloxane functional groups having a silanol end as described, for example, in FR 2,740,778, US 6,013,718 and WO 2008/141702
  • alkoxysilane groups as described for example in FR 2,765,882 or US 5,977,238,
  • carboxylic groups as described for example in WO 01/92402 or US 6,815,473, WO 2004/096865 or US 2006/0089445).
  • elastomers such as SBR, BR, NR or IR of the epoxidized type.
  • These functionalized elastomers may be used in a blend with each other or with unfunctionalized elastomers.
  • a silanol or polysiloxane functionalized elastomer having a silanol end in admixture with a coupled and / or tin-starred elastomer (described in WO 11/042507), may be used, the latter representing a level of from 5 to 50%, for example 25 to 50%.
  • Suitable polybutadienes and in particular those having a content (mol%) in units -1, 2 between 4% and 80% or those having a content (mol%) in cis-1, 4 greater than 80%, polyisoprenes, butadiene-styrene copolymers and in particular those having a Tg (glass transition temperature (Tg, measured according to ASTM D3418) between 0 ° C. and -70 ° C. and more particularly between -10 ° C. and -60 ° C.
  • Tg glass transition temperature
  • styrene content of between 5% and 60% by weight and more particularly between 20% and 50%, a content (mol%) of -1,2 bonds of the butadiene part of between 4% and 75%, a content (mol%) in trans-1,4 bonds of between 10% and 80%, butadiene-isoprene copolymers and in particular those having an isoprene content of between 5% and 90% by weight and a Tg of -40
  • butadiene-styrene-isoprene copolymers those having a styrene content of between 5% and 50% by weight and more particularly between 10% and 40% are particularly suitable.
  • an isoprene content of between 15% and 60% by weight and more particularly between 20% and 50% a butadiene content of between 5% and 50% by weight and more particularly between 20% and 40%
  • a content of (mol%) in units -1, 2 of the butadiene part of between 4% and 85% a content (mol%) in trans units -1, 4 of the butadiene part of between 6% and 80%
  • any butadiene-styrene-isoprene copolymer having a Tg between -20 ° C and
  • the diene elastomer of the composition is preferably chosen from the group of highly unsaturated diene elastomers consisting of polybutadienes (abbreviated as "BR"), synthetic polyisoprenes (IR) and natural rubber (NR). , butadiene copolymers, isoprene copolymers and mixtures of these elastomers.
  • BR polybutadienes
  • IR synthetic polyisoprenes
  • NR natural rubber
  • Such copolymers are more preferably selected from the group consisting of butadiene-styrene copolymers (SBR), isoprene-butadiene copolymers (BIR), isoprene-styrene copolymers (SIR), isoprene-copolymers of butadiene-styrene (SBIR), butadiene-acrylonitrile copolymers (NBR), butadiene-styrene-acrylonitrile copolymers (NSBR) or a mixture of two or more of these compounds.
  • SBR butadiene-styrene copolymers
  • BIR isoprene-butadiene copolymers
  • SIR isoprene-styrene copolymers
  • NBR butadiene-acrylonitrile copolymers
  • NSBR butadiene-styrene-acrylonitrile copolymers
  • the composition comprises from 50 to 100 phr of an SBR elastomer, whether it is an emulsion prepared SBR ("ESBR”) or an SBR prepared in solution. ( "SSBR”).
  • SBR emulsion prepared SBR
  • SSBR SBR prepared in solution.
  • the diene elastomer is a blend (mixture) SBR / BR.
  • the diene elastomer is a SBR / NR (or SBR / IR), BR / NR (or BR / IR) or SBR / BR / NR (or SBR / BR / IR).
  • an SBR elastomer In the case of an SBR elastomer (ESBR or SSBR), an SBR having an average styrene content, for example between 20% and 35% by weight, or a high styrene content, for example, is used. from 35 to 45%, a vinyl content of the butadiene part of between 15% and 70%, a content (mol%) of trans-1,4 bonds of between 15% and 75% and a Tg of between -10 ° C and -55 ° C; such an SBR can be advantageously used in admixture with a BR preferably having more than 90% (mol%) of cis-1,4 bonds.
  • the diene elastomer is a predominantly isoprene elastomer (that is to say whose mass fraction of isoprene elastomer is the largest, compared to the mass fraction of other elastomers) .
  • isoprene elastomer is meant in known manner a homopolymer or copolymer of isoprene, in other words an elastomer diene selected from the group consisting of natural rubber (NR) which can be plasticized or peptized, synthetic polyisoprenes (IR), different isoprene copolymers and mixtures of these elastomers.
  • NR natural rubber
  • IR synthetic polyisoprenes
  • isoprene copolymers examples include butyl rubber - NR), isoprene-styrene (SIR), isoprene-butadiene (BIR) or isoprene-butadiene-styrene (SBIR).
  • This isoprene elastomer is preferably natural rubber or a synthetic cis-1,4 polyisoprene; of these synthetic polyisoprenes, polyisoprenes having a level (mol%) of cis-1,4 bonds greater than 90%, more preferably still greater than 98%, are preferably used.
  • the rubber composition comprises predominantly (that is to say, with the highest mass ratio), a non-isoprene diene elastomer.
  • non-isoprene diene elastomer is meant within the meaning of the present application an elastomer derived at least in part (ie, a homopolymer or a copolymer) from monomers dienes (monomers bearing two carbon-carbon double bonds) other than isoprene.
  • the non-isoprenic diene elastomers within the meaning of the present definition also include copolymers comprising isoprene as co-monomer.
  • Natural rubber and isoprenic homopolymers are excluded from the present definition. According to this preferred embodiment, all the elastomers mentioned above with the exception of natural rubber and polyisoprenes are suitable as non-isoprene diene elastomer.
  • non-isoprenic diene elastomers preferably chosen from the group of highly unsaturated diene elastomers consisting of polybutadienes (abbreviated to "BR"), butadiene copolymers, isoprene copolymers and mixtures of these elastomers.
  • Such copolymers are more preferably selected from the group consisting of butadiene-styrene copolymers (SBR), isoprene-butadiene copolymers (BIR), isoprene-styrene copolymers (SIR) and isoprene-copolymers.
  • SBR butadiene-styrene copolymers
  • BIR isoprene-butadiene copolymers
  • SIR isoprene-styrene copolymers
  • SBIR butadiene-styrene
  • the level of non-isoprene diene elastomer is more than 50 phr, more preferably at least 60 phr, of more preferentially at least 70 phr, more preferably still at least 80 phr, and very preferably at least 90 phr.
  • the level of non-isoprene diene elastomer is very preferably 100 phr.
  • the rubber composition comprises a blend of one (or more) diene elastomer said "high Tg” having a Tg between -70 ° C and 0 ° C and a (one or more) diene elastomers called "low Tg” between -1 10 ° C and -80 ° C, more preferably between -105 ° C and -90 ° C.
  • the high Tg elastomer is preferably selected from the group consisting of S-SBR, E-SBR, natural rubber, synthetic polyisoprenes (having a molar ratio (% molar) of C 1 -C 4 preferably greater than 95%), BIRs, SIRs, SBIRs, and mixtures of these elastomers.
  • the low Tg elastomer preferably comprises butadiene units at a level (mol%) of at least 70%; it consists preferably of a polybutadiene (BR) having a content (mol%) of cis-1,4 chains greater than 90%.
  • the rubber composition comprises for example between 30 and 90 phr, in particular between 40 and 90 phr, of a high Tg elastomer in a blend with a low-grade elastomer. Tg.
  • the diene elastomer of the composition according to the invention comprises a blend of a BR (as low elastomer Tg) having a molar ratio (mol%) of cis-1, 4 chains higher than 90%, with one or more S-SBR or E-SBR (as high elastomer (s))
  • the composition according to the invention comprises a reinforcing filler.
  • a reinforcing filler Any type of reinforcing filler known for its ability to reinforce a rubber composition that can be used for the manufacture of tires, for example an organic filler such as carbon black, a reinforcing inorganic filler such as silica, silica, can be used. alumina, or a blend of these two types of filler.
  • carbon blacks are suitable for all carbon blacks, including so-called pneumatic grade blacks.
  • carbon blacks of the 100, 200 or 300 series such as, for example, the blacks N1 15, N134, N234, N326, N330, N339, N347, N375, or, depending on the intended applications, the blacks of higher series (eg N660, N683, N772).
  • the carbon blacks could for example already be incorporated into an isoprene elastomer in the form of a masterbatch (see for example WO 97/36724 or WO 99/16600).
  • organic fillers other than carbon blacks mention may be made of functionalized polyvinyl organic fillers as described in applications WO-A-2006/069792, WO-A-2006/069793, 2008/003434 and WO-A-2008/003435.
  • the composition may contain a type of silica or a blend of several silicas.
  • 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 / boy Wut.
  • HDS highly dispersible precipitated silicas
  • the silica preferably has a BET surface area of between 45 and 400 m 2 / g, more preferably between 60 and 300 m 2 / g.
  • compositions may optionally also contain, in addition to the coupling agents, coupling activators, inorganic charge-covering agents or, more generally, processing aid agents that are capable in a known manner, by means of a improving the dispersion of the filler in the rubber matrix and lowering 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, fatty acids, polyethers, primary, secondary or tertiary amines, hydroxylated or hydrolysable polyorganosiloxanes.
  • hydrolysable silanes such as alkylalkoxysilanes, polyols, fatty acids, polyethers, primary, secondary or tertiary amines, hydroxylated or hydrolysable polyorganosiloxanes.
  • polysulfide silanes called “symmetrical” or “asymmetrical” silanes according to their particular structure, are used, as described for example in the US Pat. WO03 / 002648 (or US 2005/016651) and WO03 / 002649 (or US 2005/016650).
  • polysulphide silanes known as "symmetrical" silanes having the following general formula (III): (III) Z - A - Sx - A - Z, in which:
  • x is an integer of 2 to 8 (preferably 2 to 5);
  • A is a divalent hydrocarbon radical (preferably C 1 -C 18 alkylene groups or C 6 -C 12 arylene groups, more particularly C 1 -C 10 alkylenes, in particular C 1 -C 4 alkylenes, in particular propylene);
  • R2 R2 in which:
  • the average value of "x" is a fractional number preferably between 2 and 5 more preferably close to 4.
  • polysulphurized silanes By way of examples of polysulphurized silanes, mention may be made more particularly of polysulphides (in particular disulfides, trisulphides or tetrasulfides) of bis (C 1 -C 4 alkoxyl) -alkyl (C 1 -C 4) alkyl-silyl (C 1 -C 4) )), such as polysulfides of bis (3- trimethoxysilylpropyl) or bis (3-triethoxysilylpropyl).
  • polysulphides in particular disulfides, trisulphides or tetrasulfides of bis (C 1 -C 4 alkoxyl) -alkyl (C 1 -C 4) alkyl-silyl (C 1 -C 4) )
  • TESPT bis (3-triethoxysilylpropyl) tetrasulfide
  • TESPD bis (3-triethoxysilylpropyl) tetrasulfide
  • polysulfides in particular disulphides, trisulphides or tetrasulfides
  • polysulfides of bis- (monoalkoxyl (C1 -C4) -dialkyl (C1 -C4) silylpropyl), more particularly bis-monoethoxydimethylsilylpropyl tetrasulfide, as described above. in the patent application WO 02/083782 (or US 2004/132880).
  • the content of coupling agent is preferably between 2 and 15 phr, more preferably between 3 and 13 and even more preferably between 5 and 1 1 phr.
  • the physical state in which the reinforcing filler is present is indifferent, whether in the form of powder, microbeads, granules, beads or any other suitable densified form.
  • the volume fraction of reinforcing filler in the rubber composition is defined as being the ratio of the volume of the reinforcing filler to the volume of all the constituents of the composition, it being understood that the volume of all the constituents is calculated by adding the volume of each of the constituents of the composition.
  • the volume fraction of reinforcing filler in a composition is therefore defined as the ratio of the volume of the reinforcing filler to the sum of the volumes of each of the constituents of the composition.
  • this volume fraction is between 10% and 30%, preferably between 15% and 25%.
  • the total reinforcing filler content (carbon black and / or reinforcing inorganic filler such as silica) is 30 to 200 phr, more preferably 30 to 150 phr, and very preferably 50 to 100 phr. 135 pce. Below 30 pce of load, the composition could be less effective in wear resistance while above 200 pce of load, the composition could be less effective in rolling resistance.
  • major reinforcing filler is meant that which has the highest rate among the reinforcing fillers present in the composition.
  • major reinforcing filler means any reinforcing filler which represents at least 50% by weight of the reinforcing fillers present, preferably more than 50% and more preferably more than 60%.
  • the composition comprises carbon black as a majority filler, in optional cutting with silica, as a minority filler.
  • the black content is preferably within a range of from 50 to 140 phr, preferably from 60 to 10 phr.
  • the level of silica is preferably in a range from 0 to 50 phr, preferably from 0 to 30 phr.
  • the silica content is preferably 0 phr or less than 10 phr.
  • the composition comprises silica as a majority filler, optionally in the form of carbon black, as a minority filler.
  • the silica content is preferably in a range from 50 to 140 phr, preferably from 70 to 120 phr.
  • the level of black is preferably in a range from 0 to 50 phr, preferably from 1 to 30 phr. In this embodiment, the black level is preferably in a range from 1 to 5 phr and preferably less than or equal to 4 phr.
  • the vulcanization system itself is based on sulfur (or a sulfur donor agent) and a primary vulcanization accelerator.
  • sulfur or a sulfur donor agent
  • a primary vulcanization accelerator To this basic vulcanization system are added, incorporated during the first non-productive phase and / or during the productive phase as described later, various secondary accelerators or vulcanization activators. known as zinc oxide, stearic acid or equivalent compounds, guanidine derivatives (in particular diphenylguanidine).
  • Sulfur is used at a preferential level of between 0.5 and 10 phr, more preferably between 0.5 and 5 phr, in particular between 0.5 and 3 phr, when the composition of the invention is intended, according to a preferred embodiment of the invention, to constitute a tire tread.
  • the vulcanization system of the composition according to the invention may also comprise one or more additional accelerators, for example compounds of the thiuram family, zinc dithiocarbamate derivatives, sulfenamides, guanidines or thiophosphates.
  • additional accelerators for example compounds of the thiuram family, zinc dithiocarbamate derivatives, sulfenamides, guanidines or thiophosphates.
  • any compound capable of acting as a vulcanization accelerator for diene elastomers in the presence of sulfur in particular thiazole type accelerators and their derivatives, thiuram type accelerators, zinc dithiocarbamates, may be used in particular.
  • accelerators are more preferably selected from the group consisting of 2-mercaptobenzothiazyl disulfide (abbreviated "MBTS”), N-cyclohexyl-2-benzothiazyl sulfenamide (abbreviated “CBS”), N, N-dicyclohexyl-2-benzothiazyl sulphenamide (abbreviated “DCBS”), N-tert-butyl-2-benzothiazyl sulphenamide (abbreviated “TBBS”), N-tert-butyl-2-benzothiazyl sulphenimide (abbreviated “TBSI”), zinc dibenzyldithiocarbamate (in abbreviated “ZBEC”) and mixtures of these compounds.
  • MBTS 2-mercaptobenzothiazyl disulfide
  • CBS N-cyclohexyl-2-benzothiazyl sulfenamide
  • DCBS N-dicyclohexy
  • the composition according to the invention further comprises a combination of plasticizers or plasticizer system.
  • This combination of plasticizer is composed of at least plasticizing oil and a hydrocarbon resin of low Tg.
  • the composition may optionally comprise a hydrocarbon resin of high Tg.
  • the total level of plasticizer in the composition is greater than or equal to 40 phr, more preferably greater than or equal to 50 phr, preferably 50 to 120 phr, in particular 50 to 100 phr, for example 50 to 80 phr. pc. Below 50 phr, and especially below 40 phr of plasticizer, the composition could be less efficient in terms of industrial processability.
  • the first plasticizer of the plasticizer combination of the composition of the invention is an oil extender (or plasticizing resin) liquid at 20 ° C, said to "low Tg", that is to say, which by definition has a Tg lower than -20 ° C, preferably lower than -40 ° C.
  • any extender oil whether of aromatic or non-aromatic nature known for its plasticizing properties vis-à-vis diene elastomers, is usable. At ambient temperature (20 ° C), these oils, more or less viscous, are liquids (that is to say, as a reminder, substances having the ability to eventually take the shape of their container), as opposed in particular to hydrocarbon plasticizing resins which are inherently solid at room temperature.
  • Particularly suitable extension oils selected from the group consisting of naphthenic oils (low or high viscosity, in particular hydrogenated or not), paraffinic oils, MES oils (Medium Extracted Solvates), TDAE oils (Treated Distillate Aromatic Extracts), mineral oils, vegetable oils, ethers plasticizers, ester plasticizers, phosphate plasticizers, sulphonate plasticizers and mixtures of these compounds.
  • naphthenic oils low or high viscosity, in particular hydrogenated or not
  • paraffinic oils MES oils (Medium Extracted Solvates)
  • TDAE oils Teated Distillate Aromatic Extracts
  • mineral oils mineral oils
  • vegetable oils ethers plasticizers, ester plasticizers, phosphate plasticizers, sulphonate plasticizers and mixtures of these compounds.
  • ethers plasticizers ester plasticizers
  • phosphate plasticizers phosphate plasticizers
  • sulphonate plasticizers and mixtures of these compounds.
  • non-aqueous and non-water-soluble ester plasticizers mention may be made in particular of compounds selected from the group consisting of trimellitates, pyromellitates, phthalates, 1,2-cyclohexane dicarboxylates, adipates, azela- sebacates, glycerol triesters and mixtures of these compounds.
  • glycerol triesters preferably consisting mainly (for more than 50%, more preferably for more than 80% by weight) of a C18 unsaturated fatty acid, that is, that is to say chosen from the group consisting of oleic acid, linoleic acid, linolenic acid and mixtures of these acids. More preferably, whether of synthetic or natural origin (for example vegetable oils of sunflower or rapeseed), the fatty acid used is more than 50% by weight, more preferably still more than 80% by weight. % by weight of oleic acid.
  • the extension oil content is between 2 and 80 phr, more preferably between 5 and 60 phr, more preferably between 10 and 50 phr. Below 2 phr of oil or above 80 phr of oil, the composition could be less effective in adhesion on wet ground, with a Tg of the mixture too high or too low.
  • the second plasticizer of the plasticizer combination of the composition of the invention is a viscous hydrocarbon resin at 20 ° C, said to "low Tg", that is to say which by definition has a Tg included in a range of -40 ° C to 20 ° C.
  • the low-Tg hydrocarbon plasticizing resin has at least one of the following characteristics:
  • Tg between -40 ° C and 0 ° C, more preferably between -30 ° C and 0 ° C and even more preferably between -20 ° C and 0 ° C;
  • Mn a number-average molecular weight (Mn) of less than 800 g / mol, preferably less than 600 g / mol and more preferably less than 400 g / mol;
  • a softening point in a range from 0 to 50 ° C, preferably 0 to 40 ° C, more preferably 10 to 40 ° C, preferably 10 to 30 ° C;
  • this low Tg hydrocarbon plasticizing resin has all of the above preferred characteristics.
  • the softening point is measured according to ISO 4625 ("Ring and Bail” method). Tg is measured according to ASTM D3418 (1999).
  • the macrostructure (Mw, Mn and Ip) of the hydrocarbon resin is determined by steric exclusion chromatography (SEC): solvent tetrahydrofuran; temperature 35 ° C; concentration 1 g / l; flow rate 1 ml / min; filtered solution on 0.45 ⁇ porosity filter before injection; Moore calibration with polystyrene standards; set of 3 "WATERS” columns in series (“STYRAGEL” HR4E, HR1 and HR0.5); differential refractometer detection ("WATERS 2410") and its associated operating software (“WATERS EMPOWER”).
  • thermoplastic hydrocarbon resins may be aliphatic or aromatic or alternatively of the aliphatic / aromatic type, that is to say based on aliphatic and / or aromatic monomers. They may be natural or synthetic, whether or not based on petroleum (if so, also known as petroleum resins).
  • Suitable aromatic monomers are styrene, alpha-methylstyrene, ortho-, meta-, para-methylstyrene, vinyl-toluene, para-tertiarybutylstyrene, methoxystyrenes, chlorostyrenes, vinylmesitylene, divinylbenzene, vinylnaphthalene, any vinylaromatic monomer from a C9 cut (or more generally from a C8 to C10 cut).
  • the vinylaromatic monomer is styrene or a vinylaromatic monomer derived from a C9 cut (or more generally from a C8 to C10 cut).
  • the vinylaromatic monomer is the minor monomer, expressed as a mole fraction, in the copolymer under consideration.
  • the plasticizing hydrocarbon resin is selected from the group consisting of homopolymer resins or copolymers of cyclopentadiene (abbreviated CPD) or dicyclopentadiene (abbreviated DCPD), homopolymer resins or terpene copolymers, terpene phenol homopolymer or copolymer resins, C5 resins of homopolymers or copolymers, C9 resins of homopolymers or copolymers, and mixtures of these resins, which may be used alone or in combination with a plasticizer liquid, for example a MES or TDAE oil.
  • a plasticizer liquid for example a MES or TDAE oil.
  • pene here combines in a known manner the alpha-pinene, beta-pinene and limonene monomers; preferably, a limonene monomer is used which is present in a known manner in the form of three possible isomers: L-limonene (laevorotatory enantiomer), D-limonene (dextrorotatory enantiomer), or the dipentene, racemic of the dextrorotatory and levorotatory enantiomers. .
  • hydrocarbon plasticizing resins there may be mentioned resins of homo- or copolymers of alphapinene, betapinene, dipentene or polylimonene.
  • the level of hydrocarbon plasticizing resin of low Tg is greater than or equal to 15 phr, preferably in a range from 15 phr to 70 phr, preferably from 15 to 50 phr, more preferably between 20 and 40 phr. Indeed, below 15 phr of low Tg resin, the composition could have sticky problems and therefore industrial processability
  • the combination of plasticizer may also contain a thermoplastic hydrocarbon resin whose Tg is greater than 20 ° C.
  • This resin is a solid at room temperature (23 ° C), as opposed to a liquid plasticizer such as an oil or viscous such as a low Tg resin.
  • thermoplastic hydrocarbon plasticizing resin has at least one of the following characteristics:
  • Mn a number-average molecular weight (Mn) of between 400 and 2000 g / mol, more preferentially between 500 and 1500 g / mol;
  • thermoplastic hydrocarbon plasticizing resin has all of the above preferred characteristics.
  • the macrostructure (Mw, Mn and Ip) of the hydrocarbon resin is determined by steric exclusion chromatography (SEC) solvent tetrahydrofuran; temperature 35 ° C; concentration 1 g / l; flow rate 1 ml / min; filtered solution on 0.45 ⁇ porosity filter before injection; Moore calibration with polystyrene standards; set of 3 "WATERS” columns in series (“STYRAGEL” HR4E, HR1 and HR0.5); differential refractometer detection (“WATERS 2410") and its associated operating software (“WATERS EMPOWER”).
  • SEC steric exclusion chromatography
  • thermoplastic hydrocarbon resins may be aliphatic or aromatic or alternatively of the aliphatic / aromatic type, that is to say based on aliphatic and / or aromatic monomers. They may be natural or synthetic, whether or not based on petroleum (if so, also known as petroleum resins).
  • Suitable aromatic monomers are styrene, alpha-methylstyrene, ortho-, meta-, para-methylstyrene, vinyl-toluene, para-tertiarybutylstyrene, methoxystyrenes, chlorostyrenes, vinylmesitylene, divinylbenzene, vinylnaphthalene, any vinylaromatic monomer from a C9 cut (or more generally from a C8 to C10 cut).
  • the vinylaromatic monomer is styrene or a vinylaromatic monomer derived from a C9 cut (or more generally from a C8 to C10 cut).
  • the vinylaromatic monomer is the minor monomer, expressed as a mole fraction, in the copolymer under consideration.
  • the plasticizing hydrocarbon resin is chosen from the group consisting of homopolymer resins or copolymers of cyclopentadiene (abbreviated as CPD) or dicyclopentadiene (abbreviated as DCPD), homopolymer resins or terpene copolymers, terpene phenol homopolymer or copolymer resins, homopolymer resins or C5 cutting copolymers, C9 homopolymer or copolymer resins, alpha-methyl-styrene homopolymer and copolymer resins, and mixtures of these resins, which may be used alone or in combination with a liquid plasticizer, for example a MES or TDAE oil.
  • a liquid plasticizer for example a MES or TDAE oil.
  • pene here combines in a known manner the alpha-pinene, beta-pinene and limonene monomers; preferably, a limonene monomer is used which is in a known manner in the form of three possible isomers: L-limonene (laevorotatory enantiomer), D-limonene (dextrorotatory enantiomer), or the dipentene, racemic of the dextrorotatory and levorotatory enantiomers. .
  • hydrocarbon plasticizing resins there may be mentioned resins of homo- or copolymers of alphapinene, betapinene, dipentene or polylimonene.
  • the preferred resins above are well known to those skilled in the art and commercially available, for example sold with regard to:
  • C5 / vinylaromatic cut copolymer resins in particular C5 / styrene cut or C5 cut / C9 cut: by Neville Chemical Company under the names "Super Nevtac 78", “Super Nevtac 85” or “Super Nevtac 99", by Goodyear Chemicals under the name “Wingtack Extra”, by Kolon under the names "Hikorez T1095" and “Hikorez T1 100", by Exxon under the names "Escorez 2101" and "Escorez 1273”;
  • phenol-modified alpha-methyl-styrene resins By way of examples of other preferred resins, mention may also be made of phenol-modified alpha-methyl-styrene resins. To characterize these phenol-modified resins, it is recalled that a so-called "hydroxyl number" index (measured according to ISO 4326 and expressed in mg KOH / g) is used in a known manner.
  • the level of plasticizing hydrocarbon resin when it is included in the composition, is in a range from 5 to 50 phr, preferably from 7 to 40 phr, more preferably more preferably from 10 to 35 phr.
  • the level of plasticizing resin is in a range from 5 to 20 phr, and more preferably from 5 to 15 phr. 1-5 Load and plasticizer ratio
  • the levels of reinforcing filler and plasticizer are such that the ratio of the total charge rate and the total plasticizer content is in a range from 1, 3 to 2. Below 1, 3 the composition may have a lower hardness leading to a lower performance of vehicle behavior while above 2 the composition could have a strong mooney resulting in less industrial processability.
  • the ratio of the total charge rate and the total plasticizer content is in a range from 1.3 to 1.8, and preferably from 1.4 to 1.7.
  • the rubber compositions according to the invention optionally also include all or part of the usual additives usually used in elastomer compositions intended in particular for the manufacture of treads, such as for example pigments, protective agents such as anti-ozone waxes, chemical antiozonants, anti-oxidants, plasticizers other than those previously described, anti-fatigue agents, reinforcing resins, acceptors (for example phenolic novolac resin) or methylene donors (for example HMT or H3M).
  • additives usually used in elastomer compositions intended in particular for the manufacture of treads, such as for example pigments, protective agents such as anti-ozone waxes, chemical antiozonants, anti-oxidants, plasticizers other than those previously described, anti-fatigue agents, reinforcing resins, acceptors (for example phenolic novolac resin) or methylene donors (for example example HMT or H3M).
  • compositions according to the invention can be used alone or in cutting (i.e., mixed) with any other rubber composition used for the manufacture of tires.
  • the invention relates to the previously described rubber compositions both in the so-called “raw” or uncrosslinked state (ie, before cooking) in the so-called “cooked” or crosslinked state, or still vulcanized (ie, after crosslinking or vulcanization).
  • compositions are 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 (sometimes called “non-productive" phase) to high temperature, up to a maximum temperature of between 110 ° C. and 190 ° C., preferably between 130 ° C.
  • the first phase is preferably carried out in several thermomechanical steps.
  • a first step the elastomers, the reinforcing fillers, the combination of plasticizers (and optionally the coupling agents and / or other ingredients at the same time) are introduced into a suitable mixer such as a conventional internal mixer.
  • a suitable mixer such as a conventional internal mixer.
  • the vulcanization system at a temperature of between 20 ° C and 100 ° C and preferably between 25 ° C and 100 ° C.
  • the other ingredients ie, those that remain if all were not put initially
  • the total mixing time is preferably between 2 and 10 minutes at a temperature of less than or equal to 180 ° C, and preferably less than or equal to 170 ° C.
  • the vulcanization system is then incorporated at low temperature (typically below 100 ° C), generally in an external mixer such as a roll mill; the whole is then mixed (productive phase) for a few minutes, for example between 5 and 15 min.
  • low temperature typically below 100 ° C
  • an external mixer such as a roll mill
  • the final composition thus obtained is then calendered, for example in the form of a sheet or a plate, in particular for a characterization in the laboratory, or extruded, to form for example a rubber profile used for the manufacture semi-finished to obtain products such as a tread. These products can then be used for the manufacture of tires, according to the techniques known to those skilled in the art.
  • the vulcanization (or cooking) is conducted in a known manner at a temperature generally between 130 ° C and 200 ° C, under pressure, for a sufficient time which may vary for example between 5 and 90 min depending in particular on the cooking temperature, the vulcanization system adopted, the kinetics of vulcanization of the composition in question or the size of the tire.
  • a temperature generally between 130 ° C and 200 ° C, under pressure, for a sufficient time which may vary for example between 5 and 90 min depending in particular on the cooking temperature, the vulcanization system adopted, the kinetics of vulcanization of the composition in question or the size of the tire.
  • the examples which follow illustrate the invention without however limiting it.
  • the rubber compositions are characterized before and / or after cooking as indicated below.
  • the Shore A hardness of the compositions after firing is assessed according to the ASTM D 2240-86 standard.
  • the dynamic properties G * and tan (5) max are measured on a viscoanalyzer (Metravib V A4000) according to ASTM D 5992 - 96.
  • the response of a sample of vulcanized composition (cylindrical specimen with a thickness of 4 mm and a cross sectional thickness of 400 mm 2), subjected to a sinusoidal stress in alternating simple shear, at the frequency of 10 Hz, under variable temperature conditions, in particular at 0 ° C, 23 ° C, 40 ° C and 100 ° C according to ASTM D 1349-99.
  • a peak to peak strain sweep of 0.1 to 50% (forward cycle) is performed, then 50% to 1% (return cycle).
  • compositions are manufactured with an introduction of all the constituents on an internal mixer, with the exception of the vulcanization system.
  • the vulcanizing agents (sulfur and accelerator) are introduced on an external mixer at low temperature (the constituent rolls of the mixer being at about 30 ° C.).
  • Table 1 The examples presented in Table 1 are intended to compare the different rubber properties of control compositions (T1 to T9) to the composition C1 according to the invention.
  • the measurement results of the properties measured before and after firing are presented in Table 2.
  • composition according to the invention has the best performance compromise between the Mooney, the hardness and the various measures of Tan (6) max at 0 ° C, 23 ° C, 40 ° C and 100 ° C.

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Abstract

L'invention concerne donc une composition de caoutchouc à base d'au moins un élastomère diénique, une charge renforçante, un système de vulcanisation et une combinaison de plastifiants, ladite combinaison de plastifiants comprenant une huile plastifiante et plus de 15 pce (parties en poids pour cent parties en poids d'élastomère) de résine hydrocarbonée, ladite résine carbonée présentant une température de transition vitreuse (Tg) comprise entre -40°C et 20°C, le taux total de plastifiant étant supérieur ou égal à 40 pce et les taux de charge renforçante et de plastifiant étant tels que le rapport du taux total de charge et du taux total de plastifiant est compris dans un domaine allant de 1,3 à 2.

Description

COMPOSITION DE CAOUTCHOUC COMPRENANT UN SYSTEME PLASTIFIANT A BASE D'HUILE ET DE RESINE HYDROCARBONEE DE FAIBLE TEMPERATURE
DE TRANSITION VITREUSE
[001] L'invention est relative aux compositions, notamment pour pneumatiques et plus particulièrement aux compositions comprenant un système plastifiant à base de résine de faible température de transition vitreuse (Tg).
[002] Depuis que les économies de carburant et la nécessité de protéger l'environnement sont devenues une priorité, il s'est avéré nécessaire de produire des pneumatiques ayant une résistance au roulement réduite, sans pénalisation des autres propriétés du pneumatique. Les manufacturiers ont développé des compositions de pneumatique permettant de diminuer cette résistance au roulement, notamment par l'introduction de silice comme charge renforçante, ou de résine de haute température de transition vitreuse comme plastifiant.
[003] Par exemple, les Demanderesses ont déjà décrit l'utilisation de résines de haute Tg, comme décrit dans les documents WO-2005/087859 ou WO-2006/061064.
[004] Quelques documents décrivent l'utilisation de résines de faible Tg, comme par exemple dans le document JP-2005213486 qui propose l'utilisation de résine de faible Tg à un taux compris entre 0,5 et 5 pce pour améliorer le collant à cru et la faisabilité industrielle des compositions. Le document US-2007/0167557 propose l'utilisation de résine de faible Tg à un taux de 10 pce pour améliorer la résistance à l'écaillement. Quant au document JP-2001 144262, il décrit des compositions dont la résistance à l'abrasion et l'adhérence sont améliorées, et qui comprennent des résines de faible Tg.
[005] Néanmoins, les manufacturiers cherchent toujours des solutions pour améliorer en même temps toutes les performances des compositions pour pneumatique et notamment la résistance au roulement, l'adhésion sur sol sec, l'adhésion sur sol humide, la dureté des compositions cuites, associée au comportement routier et au confort de conduite, en même temps que la viscosité des compositions crues, associée à la facilité de mise en œuvre industrielle des compositions (processabilité).
[006] A présent, les Demanderesses ont montré que des compositions particulières à base de résine de faible Tg, permettaient d'avoir un compromis amélioré entre de nombreuses performances recherchées pour les compositions de pneumatique, c'est- à-dire la résistance au roulement, l'adhésion sur sol sec, l'adhésion sur sol humide, la dureté des compositions cuites, en même temps que la viscosité des compositions crues.
[007] L'invention concerne donc une composition de caoutchouc à base d'au moins un élastomère diénique, une charge renforçante, un système de vulcanisation et une combinaison de plastifiants, ladite combinaison de plastifiants comprenant une huile plastifiante et plus de 15 pce (parties en poids pour cent parties en poids d'élastomère) de résine hydrocarbonée, ladite résine carbonée présentant une température de transition vitreuse (Tg) comprise entre -40°C et 20°C, le taux total de plastifiant étant supérieur ou égal à 40 pce et les taux de charge renforçante et de plastifiant étant tels que le rapport du taux total de charge et du taux total de plastifiant est compris dans un domaine allant de 1 ,3 à 2.
[008] Préférentiellement, l'invention concerne une composition telle que définie ci- dessus dans laquelle ledit élastomère diénique est choisi dans le groupe constitué par les polybutadiènes, les polyisoprènes de synthèse, le caoutchouc naturel, les copolymères de butadiène, les copolymères d'isoprène et les mélanges de ces élastomères. De préférence, ledit élastomère diénique est choisi dans le groupe constitué par les polybutadiènes, les copolymères de butadiène et de styrène, et les mélanges de ces élastomères.
[009] Préférentiellement également, l'invention concerne une composition telle que définie ci-dessus dans laquelle la charge renforçante est choisie dans le groupe constitué par les silices, les noirs de carbone et les mélanges de ces derniers. De préférence, le taux de charge renforçante est compris dans un domaine allant de 30 à 200 pce, de préférence de 30 à 150 pce.
[0010] Selon un premier mode de réalisation préférentiel, l'invention concerne une composition telle que définie ci-dessus dans laquelle la charge renforçante majoritaire est du noir de carbone. De préférence, le taux de noir de carbone est compris dans un domaine allant de 50 à 140 pce, de préférence de 60 à 1 10 pce.
[0011] Selon un second mode de réalisation préférentiel, alternatif au premier mode de réalisation ci-dessus, l'invention concerne une composition telle que définie ci-dessus dans laquelle la charge renforçante majoritaire est de la silice. De préférence, le taux de silice est compris dans un domaine allant de 50 à 140 pce, de préférence de 70 à 120 pce.
[0012] De manière préférentielle, l'invention concerne une composition telle que définie ci-dessus dans laquelle le taux total de plastifiants est supérieur ou égal à 50 pce, de préférence compris dans un domaine allant de 50 à 120 pce. De préférence, le taux total de plastifiants est compris dans un domaine allant de 50 à 100 pce, de préférence de 50 à 80 pce.
[0013] Préférentiellement, l'invention concerne une composition telle que définie ci- dessus dans laquelle l'huile plastifiante est choisie dans le groupe constitué par les huiles naphténiques, les huiles paraffiniques, les huiles MES (Médium Extracted Solvates), les huiles TDAE (Treated Distillate Aromatic Extracts), les huiles minérales, les huiles végétales, les plastifiants éthers, les plastifiants esters, les plastifiants phosphates, les plastifiants sulfonates et les mélanges de ces composés.
[0014] Préférentiellement également, l'invention concerne une composition telle que définie ci-dessus dans laquelle le taux d'huile plastifiante est compris dans un domaine allant de 2 à 80 pce, de préférence de 5 à 60 pce.
[0015] De préférence, l'invention concerne une composition telle que définie ci-dessus dans laquelle le taux de résine hydrocarbonée de Tg comprise entre -40°C et 20°C est compris dans un domaine allant de 15 à 70 pce, de préférence de 15 à 50 pce, et plus préférentiellement, de 20 à 40 pce.
[0016] De préférence également, l'invention concerne une composition telle que définie ci-dessus dans laquelle la résine hydrocarbonée précédemment mentionnée comme résine hydrocarbonée de Tg comprise entre -40°C et 20°C présente une Tg comprise entre -40°C et 0°C, plus préférentiellement entre -30°C et 0°C et plus préférentiellement encore entre -20°C et 0°C.
[0017] De préférence encore, l'invention concerne une composition telle que définie ci- dessus dans laquelle la résine hydrocarbonée précédemment mentionnée comme résine hydrocarbonée de Tg comprise entre -40°C et 20°C présente une masse moléculaire moyenne en nombre inférieure à 800 g/mol, de préférence inférieure à 600 g/mol ; et plus préférentiellement, inférieure à 400 g/mol.
[0018] Préférentiellement, l'invention concerne une composition telle que définie ci- dessus dans laquelle la résine hydrocarbonée précédemment mentionnée comme résine hydrocarbonée de Tg comprise entre -40°C et 20°C présente un point de ramollissement compris dans un domaine allant de 0 à 50°C, préférentiellement de 0 à 40°C, plus préférentiellement de 10 à 40°C, de préférence de 10 à 30°C.
[0019] Préférentiellement également, l'invention concerne une composition telle que définie ci-dessus dans laquelle la résine hydrocarbonée précédemment mentionnée comme résine hydrocarbonée de Tg comprise entre -40°C et 20°C présente un indice de polymolécularité (Ip) inférieur à 3, de préférence inférieur à 2.
[0020] Plus préférentiellement, l'invention concerne une composition telle que définie ci-dessus dans laquelle le rapport du taux total de charge et du taux total de plastifiant est compris dans un domaine allant de 1 ,3 à 1 ,8, de préférence de 1 ,4 à 1 ,7.
[0021] De manière préférentielle, l'invention concerne une composition telle que définie ci-dessus comprenant en outre dans la combinaison de plastifiants, une résine de Tg supérieure à 20°C.
[0022] L'invention concerne également un pneumatique comprenant une composition telle que définie ci-dessus.
[0023] De préférence, l'invention concerne un pneumatique tel que défini ci-dessus comprenant ladite composition telle que définie ci-dessus dans tout ou partie de la bande de roulement.
[0024] Préférentiellement, le pneumatique selon l'invention sera choisi parmi les pneumatiques destinés à équiper un véhicule à deux roues, un véhicule de tourisme, ou encore un véhicule dit « poids lourd » (c'est-à-dire métro, bus, véhicules hors-la- route, engins de transport routier tels que camions, tracteurs, remorques), ou encore des avions, des engins de génie civil, agraire, ou de manutention.
I- Constituants de la composition
[0025] Les compositions de caoutchouc selon l'invention sont à base d'au moins un élastomère diénique, une charge renforçante, un système de vulcanisation et une combinaison de plastifiants, ladite combinaison de plastifiants comprenant une huile plastifiante et plus de 15 pce (parties en poids pour cent parties en poids d'élastomère) de résine hydrocarbonée, ladite résine carbonée présentant une température de transition vitreuse (Tg) comprise entre -40°C et 20°C, le taux total de plastifiant étant supérieur ou égal à 40 pce et les taux de charge renforçante et de plastifiant étant tels que le rapport du taux total de charge et du taux total de plastifiant est compris dans un domaine allant de 1 ,3 à 2.
[0026] Par l'expression «composition à base de» il faut entendre une composition comportant le mélange et/ou le produit de réaction in situ des différents constituants de base utilisés, certains de ces constituants pouvant réagir et/ou étant destinés à réagir entre eux, au moins partiellement, lors des différentes phases de fabrication de la composition, ou lors de la cuisson ultérieure, modifiant la composition telle qu'elle est préparée au départ. Ainsi les compositions telles que mises en œuvre pour l'invention peuvent être différentes à l'état non réticulé et à l'état réticulé.
[0027] Dans la présente description, sauf indication expresse différente, tous les pourcentages (%) indiqués sont des pourcentages en masse. D'autre part, tout intervalle de valeurs désigné par l'expression "entre a et b" représente le domaine de valeurs allant de plus de a à moins de b (c'est-à-dire bornes a et b exclues) 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).
1-1 Elastomère diénique
[0028] Les compositions peuvent contenir un seul élastomère diénique ou un mélange de plusieurs élastomères diéniques.
[0029] Par élastomère (ou « caoutchouc », les deux termes étant considérés comme synonymes) du type "diénique", on rappelle ici que doit être compris de manière connue un (on entend un ou plusieurs) élastomère issu au moins en partie (i.e., un homopolymère ou un copolymère) de monomères diènes (monomères porteurs de deux doubles liaisons carbone-carbone, conjuguées ou non).
[0030] Les élastomères diéniques peuvent être classés dans deux catégories : "essentiellement insaturés" ou "essentiellement saturés". On entend en général par "essentiellement insaturé", un élastomère diénique issu au moins en partie de monomères diènes conjugués, ayant un taux de motifs ou unités d'origine diénique (diènes conjugués) qui est supérieur à 15% (% en moles) ; c'est ainsi que des élastomères diéniques tels que les caoutchoucs butyle ou les copolymères de diènes et d'alpha-oléfines type EPDM n'entrent pas dans la définition précédente et peuvent être notamment qualifiés d'élastomères diéniques "essentiellement saturés" (taux de motifs d'origine diénique faible ou très faible, toujours inférieur à 15%). Dans la catégorie des élastomères diéniques "essentiellement insaturés", on entend en particulier par élastomère diénique "fortement insaturé" un élastomère diénique ayant un taux de motifs d'origine diénique (diènes conjugués) qui est supérieur à 50%.
[0031] Ces définitions étant données, on entend plus particulièrement par élastomère diénique susceptible d'être utilisé dans les compositions selon l'invention: (a) tout homopolymère obtenu par polymérisation d'un monomère diène conjugué ayant de 4 à 12 atomes de carbone;
(b) tout copolymère obtenu par copolymérisation d'un ou plusieurs diènes conjugués entre eux ou avec un ou plusieurs composés vinyle aromatique ayant de 8 à 20 atomes de carbone;
(c) un copolymère ternaire obtenu par copolymérisation d'éthylène, d'une ooléfine ayant 3 à 6 atomes de carbone avec un monomère diène non conjugué ayant de 6 à 12 atomes de carbone, comme par exemple les élastomères obtenus à partir d'éthylène, de propylène avec un monomère diène non conjugué du type précité tel que notamment l'hexadiène-1 ,4, l'éthylidène norbornène, le dicyclopentadiène;
(d) un copolymère d'isobutène et d'isoprène (caoutchouc butyle), ainsi que les versions halogénées, en particulier chlorées ou bromées, de ce type de copolymère.
[0032] Bien qu'elle s'applique à tout type d'élastomère diénique, l'homme du métier du pneumatique comprendra que la présente invention est de préférence mise en œuvre avec des élastomères diéniques essentiellement insaturés, en particulier du type (a) ou (b) ci-dessus.
[0033] 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, raryl-1 ,3-butadiène, le 1 ,3- pentadiène, le 2,4-hexadiène. A titre de composés vinylaromatiques conviennent par exemple le styrène, l'ortho-, méta-, para-méthylstyrène, le mélange commercial "vinyle- toluène", le para-tertiobutylstyrène, les méthoxystyrènes, les chl orostyrènes, le vinylmésitylène, le divinylbenzène, le vinylnaphtalène.
[0034] Les copolymères peuvent contenir entre 99% et 20% en poids d'unités diéniques et entre 1 % et 80% en poids d'unités vinylaromatiques. Les élastomères peuvent avoir toute microstructure qui est fonction des conditions de polymérisation utilisées, notamment de la présence ou non d'un agent modifiant et/ou randomisant et des quantités d'agent modifiant et/ou randomisant employées. Les élastomères peuvent être par exemple à blocs, statistiques, séquencés, microséquencés, et être préparés en dispersion ou en solution ; ils peuvent être couplés et/ou étoilés ou encore fonctionnalisés avec un agent de couplage et/ou d'étoilage ou de fonctionnalisation. Pour un couplage à du noir de carbone, on peut citer par exemple des groupes fonctionnels comprenant une liaison C-Sn ou des groupes fonctionnels aminés tels que aminobenzophénone par exemple ; pour un couplage à une charge inorganique renforçante telle que silice, on peut citer par exemple des groupes fonctionnels silanol ou polysiloxane ayant une extrémité silanol (tels que décrits par exemple dans FR 2 740 778, US 6 013 718 et WO 2008/141702), des groupes alkoxysilane (tels que décrits par exemple dans FR 2 765 882 ou US 5 977 238), des groupes carboxyliques (tels que décrits par exemple dans WO 01/92402 ou US 6 815 473, WO 2004/096865 ou US 2006/0089445) ou encore des groupes polyéthers (tels que décrits par exemple dans EP 1 127 909, US 6 503 973, WO 2009/000750 et WO 2009/000752). Comme autres exemples d'élastomères fonctionnalisés, on peut citer également des élastomères (tels que SBR, BR, NR ou IR) du type époxydés.
[0035] Ces élastomères fonctionnalisés peuvent être utilisés en coupage entre eux ou avec des élastomères non fonctionnalisés. Par exemple, on peut utiliser un élastomère fonctionnalisé silanol ou polysiloxane ayant une extrémité silanol, en mélange avec un élastomère couplés et/ou étoilés à l'étain (décrit dans WO 1 1/042507), ce dernier représentant un taux compris de 5 à 50%, par exemple de 25 à 50%.
[0036] Conviennent les polybutadiènes et en particulier ceux ayant une teneur (% molaire) en unités -1 ,2 comprise entre 4% et 80% ou ceux ayant une teneur (% molaire) en cis-1 ,4 supérieure à 80%, les polyisoprènes, les copolymères de butadiène-styrène et en particulier ceux ayant une Tg (température de transition vitreuse (Tg, mesurée selon ASTM D3418) comprise entre 0°C et -70°C et plus particulièrement entre -10°C et -60°C, une teneur en styrène comprise entre 5% et 60% en poids et plus particulièrement entre 20% et 50%, une teneur (% molaire) en liaisons -1 ,2 de la partie butadiénique comprise entre 4% et 75%, une teneur (% molaire) en liaisons trans-1 ,4 comprise entre 10% et 80%, les copolymères de butadiène-isoprène et notamment ceux ayant une teneur en isoprène comprise entre 5% et 90% en poids et une Tg de -40°C à -80°C, les copolymères isoprène-styrène et notamment ceux ayant une teneur en styrène comprise entre 5% et 50% en poids et une Tg comprise entre -5°C et -60°C. Dans le cas des copolymères de butadiène- styrène-isoprène conviennent notamment ceux ayant une teneur en styrène comprise entre 5% et 50% en poids et plus particulièrement comprise entre 10% et 40%, une teneur en isoprène comprise entre 15% et 60% en poids et plus particulièrement entre 20% et 50%, une teneur en butadiène comprise entre 5% et 50% en poids et plus particulièrement comprise entre 20% et 40%, une teneur (% molaire) en unités -1 ,2 de la partie butadiénique comprise entre 4% et 85%, une teneur (% molaire) en unités trans -1 ,4 de la partie butadiénique comprise entre 6% et 80%, une teneur (% molaire) en unités -1 ,2 plus -3,4 de la partie isoprénique comprise entre 5% et 70% et une teneur (% molaire) en unités trans -1 ,4 de la partie isoprénique comprise entre 10% et 50%, et plus généralement tout copolymère butadiène-styrène-isoprène ayant une Tg comprise entre -20°C et -70°C.
[0037] En résumé, l'élastomère diénique de la composition est choisi préférentiellement dans le groupe des élastomères diéniques fortement insaturés constitué par les polybutadiènes (en abrégé "BR"), les polyisoprènes (IR) de synthèse, le caoutchouc naturel (NR), les copolymères de butadiène, les copolymères d'isoprène et les mélanges de ces élastomères. De tels copolymères sont plus préférentiellement choisis dans le groupe constitué par les copolymères de butadiène-styrène (SBR), les copolymères d'isoprène-butadiène (BIR), les copolymères d'isoprène-styrène (SIR), les copolymères d'isoprène-butadiène-styrène (SBIR), les copolymères de butadiène- acrylonitrile (NBR), les copolymères de butadiène-styrène-acrylonitrile (NSBR) ou un mélange de deux ou plus de ces composés.
[0038] Selon un mode de réalisation particulier, la composition comporte de 50 à 100 pce d'un élastomère SBR, qu'il s'agisse d'un SBR préparé en émulsion ("ESBR") ou d'un SBR préparé en solution ("SSBR").
[0039] Selon un autre mode particulier de réalisation, l'élastomère diénique est un coupage (mélange) SBR/BR.
[0040] Selon d'autres modes de réalisation possibles, l'élastomère diénique est un coupage SBR/NR (ou SBR/IR), BR/NR (ou BR/IR), ou encore SBR/BR/NR (ou SBR/BR/IR).
[0041] Dans le cas d'un élastomère SBR (ESBR ou SSBR), on utilise notamment un SBR ayant une teneur en styrène moyenne, par exemple comprise entre 20% et 35% en poids, ou une teneur en styrène élevée, par exemple de 35 à 45%, une teneur en liaisons vinyliques de la partie butadiénique comprise entre 15% et 70%, une teneur (% molaire) en liaisons trans-1 ,4 comprise entre 15% et 75% et une Tg comprise entre -10°C et -55°C ; un tel SBR peut être avantageusement utilisé en mélange avec un BR possédant de préférence plus de 90% (% molaire) de liaisons cis-1 ,4.
[0042] Selon un autre mode de réalisation particulier, l'élastomère diénique est un élastomère majoritairement isoprénique (c'est-à-dire dont la fraction massique d'élastomère isoprénique est la plus grande, comparée à la fraction massique des autres élastomères). Par "élastomère isoprénique", on entend de manière connue un homopolymère ou un copolymère d'isoprène, en d'autres termes un élastomère diénique choisi dans le groupe constitué par le caoutchouc naturel (NR) qui peut être plastifié ou peptisé, les polyisoprènes de synthèse (IR), les différents copolymères d'isoprène et les mélanges de ces élastomères. Parmi les copolymères d'isoprène, on citera en particulier les copolymères d'isobutène-isoprène (caoutchouc butyle - NR), d'isoprène-styrène (SIR), d'isoprène-butadiène (BIR) ou d'isoprène-butadiène-styrène (SBIR). Cet élastomère isoprénique est de préférence du caoutchouc naturel ou un polyisoprène cis-1 ,4 de synthèse; parmi ces polyisoprènes de synthèse, sont utilisés de préférence des polyisoprènes ayant un taux (% molaire) de liaisons cis-1 ,4 supérieur à 90%, plus préférentiellement encore supérieur à 98%.
[0043] Préférentiellement, selon un autre mode de réalisation, la composition de caoutchouc comprend de façon majoritaire (c'est-à-dire avec le taux massique le plus élevé), un élastomère diénique non isoprénique. Par « élastomère diénique non isoprénique », doit être compris au sens de la présente demande un élastomère issu au moins en partie (i.e., un homopolymère ou un copolymère) de monomères diènes (monomères porteurs de deux doubles liaisons carbone-carbone) autres que l'isoprène. Ainsi, les élastomères diéniques non isopréniques au sens de la présente définition, comprennent donc également des copolymères comprenant de l'isoprène à titre de co-monomère. Le caoutchouc naturel et les homopolymères isopréniques (c'est-à-dire constitués de monomères isoprène fonctionnalisés ou non) sont exclus de la présente définition. Selon ce mode préférentiel de réalisation, tous les élastomères cités précédemment à l'exception du caoutchouc naturel et des polyisoprènes conviennent à titre d'élastomère diénique non isoprénique. Notamment, on pourra utiliser les élastomères diéniques non isopréniques choisis préférentiellement dans le groupe des élastomères diéniques fortement insaturés constitué par les polybutadiènes (en abrégé "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'isoprène-butadiène (BIR), les copolymères d'isoprène-styrène (SIR) et les copolymères d'isoprène-butadiène-styrène (SBIR). Toujours selon ce mode de réalisation préférentiel, on comprendra qu'en cas de coupage d'élastomères, le taux total des élastomères dits « non isopréniques » doit être supérieur au taux total des élastomères choisis dans le groupe constitué par le caoutchouc naturel, les polyisoprènes de synthèse et leurs mélanges. Préférentiellement selon ce mode de réalisation, le taux d'élastomère diénique non isoprénique est de plus de 50 pce, plus préférentiellement d'au moins 60 pce, de manière plus préférentielle d'au moins 70 pce, plus préférentiellement encore d'au moins 80 pce et de manière très préférentielle d'au moins 90 pce. En particulier selon ce mode de réalisation, le taux d'élastomère diénique non isoprénique est très préférentiellement de 100 pce.
[0044] Selon un autre mode préférentiel de réalisation de l'invention, la composition de caoutchouc comprend un coupage d'un (un ou plusieurs) élastomère diénique dit "à haute Tg" présentant une Tg comprise entre -70°C et 0°C et d'un (un ou plusieurs) élastomère diénique dit "à basse Tg" comprise entre -1 10°C et -80°C, plus préférentiellement entre -105°C et -90°C. L'élastomère à haute Tg est choisi de préférence dans le groupe constitué par les S-SBR, les E-SBR, le caoutchouc naturel, les polyisoprènes de synthèse (présentant un taux (% molaire) d'enchaînements cis- 1 ,4 de préférence supérieur à 95%), les BIR, les SIR, les SBIR, et les mélanges de ces élastomères. L'élastomère à basse Tg comprend de préférence des unités butadiène selon un taux (% molaire) au moins égal à 70% ; il consiste de préférence en un polybutadiène (BR) présentant un taux (% molaire) d'enchaînements cis-1 ,4 supérieur à 90%.
[0045] Selon un autre mode particulier de réalisation de l'invention, la composition de caoutchouc comprend par exemple entre 30 et 90 pce, en particulier entre 40 et 90 pce, d'un élastomère à haute Tg en coupage avec un élastomère à basse Tg.
[0046] Selon un autre mode particulier de réalisation de l'invention, l'élastomère diénique de la composition selon l'invention comprend un coupage d'un BR (à titre d'élastomère basse Tg) présentant un taux (% molaire) d'enchaînements cis-1 ,4 supérieur à 90%, avec un ou plusieurs S-SBR ou E-SBR (à titre d'élastomère(s) haute
Tg).
I-2 Charge renforçante
[0047] La composition selon l'invention comprend une charge renforçante. On peut utiliser tout type de charge renforçante connue pour ses capacités à renforcer une composition de caoutchouc utilisable pour la fabrication de pneumatiques, par exemple une charge organique tel que du noir de carbone, une charge inorganique renforçante telle que de la silice, de l'alumine, ou encore un coupage de ces deux types de charge.
[0048] Comme noirs de carbone conviennent tous les noirs de carbone, notamment les noirs dits de grade pneumatique. Parmi ces derniers, on citera plus particulièrement les noirs de carbone renforçants des séries 100, 200 ou 300 (grades ASTM), comme par exemple les noirs N1 15, N134, N234, N326, N330, N339, N347, N375, ou encore, selon les applications visées, les noirs de séries plus élevées (par exemple N660, N683, N772). Les noirs de carbone pourraient être par exemple déjà incorporés à un élastomère isoprénique sous la forme d'un masterbatch (voir par exemple demandes WO 97/36724 ou WO 99/16600).
[0049] Comme exemples de charges organiques autres que des noirs de carbone, 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.
[0050] La composition peut contenir un type de silice ou un coupage de plusieurs silices. La silice utilisée peut être toute silice renforçante connue de l'homme du métier, notamment toute silice précipitée ou pyrogénée présentant une surface BET ainsi qu'une surface spécifique CTAB toutes deux inférieures à 450 m2/g, de préférence de 30 à 400 m2/g. A titres de silices précipitées hautement dispersibles (dites "HDS"), on citera par exemple les silices « Ultrasil 7000 » et « Ultrasil 7005 » de la société Degussa, les silices « Zeosil » 1 165MP, 1 135MP et 1 1 15MP de la société Rhodia, la silice « Hi-Sil EZ150G » de la société PPG, les silices « Zeopol » 8715, 8745 et 8755 de la Société Huber, des silices précipitées traitées telles que par exemple les silices "dopées" à l'aluminium décrites dans la demande EP-A-0735088 ou les silices à haute surface spécifique telles que décrites dans la demande WO 03/16837.
[0051] La silice a de préférence une surface BET comprise entre 45 et 400 m2/g, plus préférentiellement comprise entre 60 et 300 m2/g.
[0052] Ces compositions peuvent optionnellement également contenir, en complément des agents de couplage, des activateurs de couplage, des agents de recouvrement des charges inorganiques ou plus généralement des agents d'aide à la mise en œuvre susceptibles de manière connue, grâce à une amélioration de la dispersion de la charge dans la matrice de caoutchouc et à un abaissement de la viscosité des compositions, d'améliorer leur faculté de mise en œuvre à l'état cru, ces agents étant par exemple des silanes hydrolysables tels que des alkylalkoxysilanes, des polyols, des acides gras, des polyéthers, des aminés primaires, secondaires ou tertiaires, des polyorganosiloxanes hydroxylés ou hydrolysables.
[0053] On utilise notamment des silanes polysulfurés, dits "symétriques" ou "asymétriques" selon leur structure particulière, tels que décrits par exemple dans les demandes WO03/002648 (ou US 2005/016651 ) et WO03/002649 (ou US 2005/016650).
[0054] Conviennent en particulier, sans que la définition ci-après soit limitative, des silanes polysulfurés dits "symétriques" répondant à la formule générale (III) suivante: (III) Z - A - Sx - A - Z , dans laquelle:
- x est un entier de 2 à 8 (de préférence de 2 à 5) ;
- A est un radical hydrocarboné divalent (de préférence des groupements alkylène en C1 -C18 ou des groupements arylène en C6-C12, plus particulièrement des alkylènes en C1 -C10, notamment en C1 -C4, en particulier le propylène) ;
- Z répond à l'une des formules ci-après:
R1 R1 R2
—Si— R1 ; — Si— R2 ; — Si— R2 ,
R2 R2 dans lesquelles:
- les radicaux R1 , substitués ou non substitués, identiques ou différents entre eux, représentent un groupe alkyle en C1 -C18, cycloalkyle en C5-C18 ou aryle en C6-C18 (de préférence des groupes alkyle en C1 -C6, cyclohexyle ou phényle, notamment des groupes alkyle en C1 -C4, plus particulièrement le méthyle et/ou l'éthyle).
- les radicaux R2, substitués ou non substitués, identiques ou différents entre eux, représentent un groupe alkoxyle en C1 -C18 ou cycloalkoxyle en C5-C18 (de préférence un groupe choisi parmi alkoxyles en C1 -C8 et cycloalkoxyles en C5-C8, plus préférentiellement encore un groupe choisi parmi alkoxyles en C1 -C4, en particulier méthoxyle et éthoxyle).
[0055] Dans le cas d'un mélange d'alkoxysilanes polysulfurés répondant à la formule (III) ci-dessus, notamment des mélanges usuels disponibles commercialement, la valeur moyenne des "x" est un nombre fractionnaire de préférence compris entre 2 et 5, plus préférentiellement proche de 4. Mais l'invention peut être aussi avantageusement mise en œuvre par exemple avec des aikoxysilanes disulfurés (x = 2).
[0056] A titre d'exemples de silanes polysulfurés, on citera plus particulièrement les polysulfures (notamment disulfurés, trisulfures ou tétrasulfures) de bis-(alkoxyl(C1 -C4)- alkyl(C1 -C4)silyl-alkyl(C1 -C4)), comme par exemple les polysulfures de bis(3- triméthoxysilylpropyl) ou de bis(3-triéthoxysilylpropyl). Parmi ces composés, on utilise en particulier le tétrasulfure de bis(3-triéthoxysilylpropyl), en abrégé TESPT, de formule [(C2H50)3Si(CH2)3S2]2 ou le disulfure de bis-(triéthoxysilylpropyle), en abrégé TESPD, de formule [(C2H50)3Si(CH2)3S]2. On citera également à titre d'exemples préférentiels les polysulfures (notamment disulfures, trisulfures ou tétrasulfures) de bis- (monoalkoxyl(C1 -C4)-dialkyl(C1 -C4)silylpropyl), plus particulièrement le tétrasulfure de bis-monoéthoxydiméthylsilylpropyl tel que décrit dans la demande de brevet WO 02/083782 (ou US 2004/132880).
[0057] A titre d'agent de couplage autre qu'alkoxysilane polysulfuré, on citera également les POS (polyorganosiloxanes) bifonctionnels ou encore des polysulfures d'hydroxysilane (R2 = OH dans la formule III ci-dessus) tels que décrits dans les demandes de brevet WO 02/30939 (ou US 6,774,255) et WO 02/31041 (ou US 2004/051210), ou encore des silanes ou POS porteurs de groupements fonctionnels azo-dicarbonyle, tels que décrits par exemple dans les demandes de brevet WO 2006/125532, WO 2006/125533, WO 2006/125534.
[0058] Dans les compositions de caoutchouc conformes à l'invention, la teneur en agent de couplage est préférentiellement comprise entre 2 et 15 pce, plus préférentiellement entre 3 et 13 et encore plus préférentiellement entre 5 et 1 1 pce.
[0059] L'homme du métier comprendra qu'à titre de charge équivalente de la silice décrite dans le présent paragraphe, pourrait être utilisée une charge renforçante d'une autre nature, notamment organique, dès lors que cette charge renforçante serait recouverte d'une couche de silice, ou bien comporterait à sa surface des sites fonctionnels, notamment hydroxyles, nécessitant l'utilisation d'un agent de couplage pour établir la liaison entre la charge et l'élastomère.
[0060] L'état physique sous lequel se présente la charge renforçante est indifférent, que ce soit sous forme de poudre, de microperles, de granulés, de billes ou toute autre forme densifiée appropriée.
[0061] La fraction volumique de charge renforçante dans la composition de caoutchouc est définie comme étant le rapport du volume de la charge renforçante sur le volume de l'ensemble des constituants de la composition, étant entendu que le volume de l'ensemble des constituants est calculé en additionnant le volume de chacun des constituants de la composition. La fraction volumique de charge renforçante dans une composition est donc définie comme le rapport du volume de la charge renforçante sur la somme des volumes de chacun des constituants de la composition, typiquement, cette fraction volumique est comprise entre 10 % et 30 %, préférentiellement entre 15 % et 25%. D'une manière préférentielle équivalente, le taux de charge renforçante totale (noir de carbone et/ou charge inorganique renforçante telle que silice) est de 30 à 200 pce, plus préférentiellement de 30 à 150 pce et de manière très préférentielle, de 50 à 135 pce. En dessous de 30 pce de charge, la composition pourrait être moins performante en résistance à l'usure tandis qu'au- dessus de 200 pce de charge, la composition pourrait être moins performante en résistance au roulement.
[0062] Par charge renforçante majoritaire, on entend celle qui présente le plus fort taux parmi les charges renforçantes présentes dans la composition. Notamment, on entend par charge renforçante majoritaire toute charge renforçante qui représente au moins 50% en poids des charges renforçantes présentes, préférentiellement plus de 50% et plus préférentiellement plus de 60%.
[0063] Selon un mode de réalisation, la composition comprend du noir de carbone comme charge majoritaire, en coupage éventuel avec de la silice, comme charge minoritaire. Dans ce cas, le taux de noir est préférentiellement compris dans un domaine allant de 50 à 140 pce, de préférence de 60 à 1 10 pce. Le taux de silice est préférentiellement compris dans un domaine allant de 0 à 50 pce, de préférence de 0 à 30 pce. Dans ce mode de réalisation, le taux de silice est préférentiellement de 0 pce ou inférieur à 10 pce.
[0064] Selon un mode de réalisation, la composition comprend de la silice comme charge majoritaire, en coupage éventuel avec du noir de carbone, comme charge minoritaire. Dans ce cas, le taux de silice est préférentiellement compris dans un domaine allant de 50 à 140 pce, de préférence de 70 à 120 pce. Le taux de noir est préférentiellement compris dans un domaine allant de 0 à 50 pce, de préférence de 1 à 30 pce. Dans ce mode de réalisation, le taux de noir est préférentiellement compris dans un domaine allant de 1 à 5 pce et préférentiellement inférieur ou égal à 4 pce.
I-3 Système de vulcanisation
[0065] Le système de vulcanisation proprement dit est à base de soufre (ou d'un agent donneur de soufre) et d'un accélérateur primaire de vulcanisation. A ce système de vulcanisation de base viennent s'ajouter, incorporés au cours de la première phase non-productive et/ou au cours de la phase productive telles que décrites ultérieurement, divers accélérateurs secondaires ou activateurs de vulcanisation connus tels qu'oxyde de zinc, acide stéarique ou composés équivalents, dérivés guanidiques (en particulier diphénylguanidine).
[0066] Le soufre est utilisé à un taux préférentiel compris entre 0,5 et 10 pce, plus préférentiellement compris entre 0,5 et 5 pce, en particulier entre 0,5 et 3 pce lorsque la composition de l'invention est destinée, selon un mode préférentiel de l'invention, à constituer une bande de roulement de pneumatique.
[0067] Le système de vulcanisation de la composition selon l'invention peut également comprendre un ou plusieurs accélérateurs additionnels, par exemple les composés de la famille des thiurames, les dérivés dithiocarbamates de zinc, les sulfénamides, les guanidines ou les thiophosphates. On peut utiliser en particulier tout composé susceptible d'agir comme accélérateur de vulcanisation des élastomères diéniques en présence de soufre, notamment des accélérateurs du type thiazoles ainsi que leurs dérivés, des accélérateurs de type thiurames, dithiocarbamates de zinc. Ces accélérateurs sont plus préférentiellement choisis dans le groupe constitué par le disulfure de 2-mercaptobenzothiazyle (en abrégé "MBTS"), N-cyclohexyl-2- benzothiazyle sulfénamide (en abrégé "CBS"), N,N-dicyclohexyl-2-benzothiazyle sulfénamide (en abrégé "DCBS"), N-tert-butyl-2-benzothiazyle sulfénamide (en abrégé "TBBS"), N-tert-butyl-2-benzothiazyle sulfénimide (en abrégé "TBSI"), dibenzyldithiocarbamate de zinc (en abrégé "ZBEC") et les mélanges de ces composés. De préférence, on utilise un accélérateur primaire du type sulfénamide.
1-4 Combinaison de plastifiants
[0068] La composition selon l'invention comporte en outre une combinaison de plastifiants ou système plastifiant. Cette combinaison de plastifiant est composé au moins d'huile plastifiante et d'une résine hydrocarbonée de faible Tg. En plus de ces deux agents plastifiants, la composition peut comprendre de manière optionnelle une résine hydrocarbonée de haute Tg.
[0069] Le taux total de plastifiant dans la composition est supérieur ou égal à 40 pce, plus préférentiellement supérieur ou égal à 50 pce, de préférence de 50 à 120 pce, en particulier de 50 à 100 pce, par exemple de 50 à 80 pce. En dessous de 50 pce, et surtout en dessous de 40 pce de plastifiant, la composition pourrait être moins performante quant à la processabilité industrielle. 1-4-1 Huile plastifiante
[0070] Le premier plastifiant de la combinaison de plastifiant de la composition de l'invention est une huile d'extension (ou résine plastifiante) liquide à 20 °C, dit à « basse Tg », c'est-à-dire qui par définition présente une Tg inférieure à -20 °C, de préférence inférieure à -40 °C.
[0071] Toute huile d'extension, qu'elle soit de nature aromatique ou non-aromatique connue pour ses propriétés plastifiantes vis-à-vis d'élastomères diéniques, est utilisable. A température ambiante (20°C), ces huiles, plus ou moins visqueuses, sont des liquides (c'est-à-dire, pour rappel, des substances ayant la capacité de prendre à terme la forme de leur contenant), par opposition notamment à des résines plastifiantes hydrocarbonées qui sont par nature solides à température ambiante.
[0072] Conviennent particulièrement les huiles d'extension choisies dans le groupe constitué par les huiles naphténiques (à basse ou haute viscosité, notamment hydrogénées ou non), les huiles paraffiniques, les huiles MES (Médium Extracted Solvates), les huiles TDAE (Treated Distillate Aromatic Extracts), les huiles minérales, les huiles végétales, les plastifiants éthers, les plastifiants esters, les plastifiants phosphates, les plastifiants sulfonates et les mélanges de ces composés. Par exemple, on peut citer ceux qui contiennent entre 12 et 30 atomes de carbone, par exemple le trioctyle phosphate. A titre d'exemples de plastifiants esters non aqueux et non hydrosolubles, on peut citer notamment les composés choisis dans le groupe constitué par les trimellitates, les pyromellitates, les phtalates, les 1 ,2-cyclohexane dicarboxylates, les adipates, les azélaates, les sébacates, les triesters de glycérol et les mélanges de ces composés. Parmi les triesters ci-dessus, on peut citer notamment des triesters de glycérol, de préférence constitués majoritairement (pour plus de 50 %, plus préférentiellement pour plus de 80 % en poids) d'un acide gras insaturé en C18, c'est-à-dire choisi dans le groupe constitué par l'acide oléique, l'acide linoléique, l'acide linolénique et les mélanges de ces acides. Plus préférentiellement, qu'il soit d'origine synthétique ou naturelle (cas par exemple d'huiles végétales de tournesol ou de colza), l'acide gras utilisé est constitué pour plus de 50% en poids, plus préférentiellement encore pour plus de 80% en poids d'acide oléique. De tels triesters (trioléates) à fort taux d'acide oléique sont bien connus, ils ont été décrits par exemple dans la demande WO 02/088238, à titre d'agents plastifiants dans des bandes de roulement pour pneumatiques. [0073] Préférentiellement, le taux d'huile d'extension est compris entre 2 et 80 pce, plus préférentiellement entre 5 et 60 pce, encore plus préférentiellement entre 10 et 50 pce. En dessous de 2 pce d'huile ou au-dessus de 80 pce d'huile, la composition pourrait être moins performante en adhérence sur sol mouillé, de par une Tg du mélange trop haute ou trop basse.
I-4-2 Résine de faible Tg
[0074] Le deuxième plastifiant de la combinaison de plastifiant de la composition de l'invention est une résine hydrocarbonée visqueuse à 20 °C, dit à « faible Tg », c'est-à- dire qui par définition présente une Tg comprise dans un domaine allant de -40 °C à 20°C.
[0075] De préférence, la résine plastifiante hydrocarbonée de faible Tg présente au moins une quelconque des caractéristiques suivantes :
une Tg comprise entre -40°C et 0°C, plus préférentiellement entre -30°C et 0°C et plus préférentiellement encore entre -20°C et 0°C ;
une masse moléculaire moyenne en nombre (Mn) inférieure à 800 g/mol, de préférence inférieure à 600 g/mol et plus préférentiellement inférieure à 400 g/mol ;
un point de ramollissement compris dans un domaine allant de 0 à 50°C, préférentiellement de 0 à 40°C, plus préférentiellement de 10 à 40°C, de préférence de 10 à 30°C ;
un indice de polymolécularité (Ip) inférieur à 3, plus préférentiellement inférieur à 2 (rappel : Ip = Mw/Mn avec Mw masse moléculaire moyenne en poids).
[0076] Plus préférentiellement, cette résine plastifiante hydrocarbonée de faible Tg présente l'ensemble des caractéristiques préférentielles ci-dessus.
[0077] Le point de ramollissement est mesuré selon la norme ISO 4625 (méthode "Ring and Bail"). La Tg est mesurée selon la norme ASTM D3418 (1999). La macrostructure (Mw, Mn et Ip) de la résine hydrocarbonée est déterminée par chromatographie d'exclusion stérique (SEC) : solvant tétrahydrofurane ; température 35°C ; concentration 1 g/l ; débit 1 ml/min ; solution filtrée sur filtre de porosité 0,45 μηη avant injection ; étalonnage de Moore avec des étalons de polystyrène ; jeu de 3 colonnes "WATERS" en série ("STYRAGEL" HR4E, HR1 et HR0.5) ; détection par réfractomètre différentiel ("WATERS 2410") et son logiciel d'exploitation associé ("WATERS EMPOWER").
[0078] Les résines hydrocarbonées thermoplastiques peuvent être aliphatiques, ou aromatiques ou encore du type aliphatique/ aromatique c'est-à-dire à base de monomères aliphatiques et/ou aromatiques. Elles peuvent être naturelles ou synthétiques, à base ou non de pétrole (si tel est le cas, connues aussi sous le nom de résines de pétrole).
[0079] A titre de monomères aromatiques conviennent par exemple le styrène, l'alpha- méthylstyrène, l'ortho-, méta-, para-méthylstyrène, le vinyle-toluène, le para- tertiobutylstyrène, les méthoxystyrènes, les chl orostyrènes, le vinylmésitylène, le divinylbenzène, le vinylnaphtalène, tout monomère vinylaromatique issu d'une coupe C9 (ou plus généralement d'une coupe C8 à C10). De préférence, le monomère vinylaromatique est du styrène ou un monomère vinylaromatique issu d'une coupe C9 (ou plus généralement d'une coupe C8 à C10). De préférence, le monomère vinylaromatique est le monomère minoritaire, exprimé en fraction molaire, dans le copolymère considéré.
[0080] Selon un mode de réalisation particulièrement préférentiel, la résine plastifiante hydrocarbonée est choisie dans le groupe constitué par les résines d'homopolymères ou copolymères de cyclopentadiène (en abrégé CPD) ou dicyclopentadiène (en abrégé DCPD), les résines d'homopolymères ou copolymères terpène, les résines d'homopolymères ou copolymères terpène phénol, les résines d'homopolymères ou copolymères de coupe C5, les résines d'homopolymères ou copolymères de coupe C9, et les mélanges de ces résines, utilisables seules ou en combinaison avec un plastifiant liquide, par exemple une huile MES ou TDAE. Le terme "terpène" regroupe ici de manière connue les monomères alpha-pinène, beta-pinène et limonène ; préférentiellement est utilisé un monomère limonène, composé se présentant de manière connue sous la forme de trois isomères possibles : le L-limonène (énantiomère lévogyre), le D-limonène (énantiomère dextrogyre), ou bien le dipentène, racémique des énantiomères dextrogyre et lévogyre. Parmi les résines plastifiantes hydrocarbonées ci-dessus, on citera notamment les résines d'homo- ou copolymères d'alphapinène, betapinène, dipentène ou polylimonène.
[0081] Les résines préférentielles ci-dessus sont bien connues de l'homme du métier et disponibles commercialement, par exemple vendues en ce qui concerne les : résines aliphatiques : par la société CRAY VALLEY sous la dénomination« Wingtack 10» (Mn=480 g/mol ; Mw=595 g/mol ; lp=1.2 ; SP=10°C; Tg=-28°C),
résines coumarone indène : par la société Rutgers Chemicals sous la dénomination « Novares C30 » (Mn=295 g/mol ; Mw=378 g/mol ; lp=1 .28 ; SP=25°C ; Tg=-19°C) ;
résines de coupe C9 aliphatique et aromatique : par la société Rutgers Chemicals sous la dénomination « Novares TT30 » (Mn=329 g/mol ; Mw=434 g/mol ; lp=1 .32 ; SP=25°C ; Tg=-12°C).
[0082] Le taux de résine plastifiante hydrocarbonée de faible Tg est supérieur ou égal à 15 pce, de préférence compris dans un domaine allant de 15 pce à 70 pce, préférentiellement de 15 à 50 pce, encore plus préférentiellement entre 20 et 40 pce. En effet, en dessous de 15 pce de résine de faible Tg, la composition pourrait présenter des problèmes de collant et donc de processabilité industrielle
I-4-3 Résine de haute Tg
[0083] Optionnellement, la combinaison de plastifiant peut contenir également une résine hydrocarbonée thermoplastique dont la Tg est supérieure à 20°C. Cette résine est un solide à température ambiante (23°C), par opposition à un composé plastifiant liquide tel qu'une huile ou visqueux tel qu'une résine de faible Tg.
[0084] De préférence, la résine plastifiante hydrocarbonée thermoplastique présente au moins une quelconque des caractéristiques suivantes :
une Tg supérieure à 30°C ;
une masse moléculaire moyenne en nombre (Mn) comprise entre 400 et 2000 g/mol, plus préférentiellement entre 500 et 1500 g/mol ;
un indice de polymolécularité (Ip) inférieur à 3, plus préférentiellement inférieur à 2 (rappel : Ip = Mw/Mn avec Mw masse moléculaire moyenne en poids).
[0085] Plus préférentiellement, cette résine plastifiante hydrocarbonée thermoplastique présente l'ensemble des caractéristiques préférentielles ci-dessus.
[0086] La macrostructure (Mw, Mn et Ip) de la résine hydrocarbonée est déterminée par chromatographie d'exclusion stérique (SEC) solvant tétrahydrofurane ; température 35°C ; concentration 1 g/l ; débit 1 ml/min ; solution filtrée sur filtre de porosité 0,45 μηι avant injection ; étalonnage de Moore avec des étalons de polystyrène ; jeu de 3 colonnes "WATERS" en série ("STYRAGEL" HR4E, HR1 et HR0.5) ; détection par réfractomètre différentiel ("WATERS 2410") et son logiciel d'exploitation associé ("WATERS EMPOWER").
[0087] Les résines hydrocarbonées thermoplastiques peuvent être aliphatiques, ou aromatiques ou encore du type aliphatique/ aromatique c'est-à-dire à base de monomères aliphatiques et/ou aromatiques. Elles peuvent être naturelles ou synthétiques, à base ou non de pétrole (si tel est le cas, connues aussi sous le nom de résines de pétrole).
[0088] A titre de monomères aromatiques conviennent par exemple le styrène, l'alpha- méthylstyrène, l'ortho-, méta-, para-méthylstyrène, le vinyle-toluène, le para- tertiobutylstyrène, les méthoxystyrènes, les chl orostyrènes, le vinylmésitylène, le divinylbenzène, le vinylnaphtalène, tout monomère vinylaromatique issu d'une coupe C9 (ou plus généralement d'une coupe C8 à C10). De préférence, le monomère vinylaromatique est du styrène ou un monomère vinylaromatique issu d'une coupe C9 (ou plus généralement d'une coupe C8 à C10). De préférence, le monomère vinylaromatique est le monomère minoritaire, exprimé en fraction molaire, dans le copolymère considéré.
[0089] Selon un mode de réalisation particulièrement préférentiel, la résine plastifiante hydrocarbonée est choisie dans le groupe constitué par les résines d'homopolymères ou copolymères de cyclopentadiène (en abrégé CPD) ou dicyclopentadiène (en abrégé DCPD), les résines d'homopolymères ou copolymères terpène, les résines d'homopolymères ou copolymères terpène phénol, les résines d'homopolymères ou copolymères de coupe C5, les résines d'homopolymères ou copolymères de coupe C9, les résines d'homopolymères et copolymères d'alpha-méthyl-styrène et les mélanges de ces résines, utilisables seules ou en combinaison avec un plastifiant liquide, par exemple une huile MES ou TDAE. Le terme "terpène" regroupe ici de manière connue les monomères alpha-pinène, beta-pinène et limonène ; préférentiellement est utilisé un monomère limonène, composé se présentant de manière connue sous la forme de trois isomères possibles : le L-limonène (énantiomère lévogyre), le D-limonène (énantiomère dextrogyre), ou bien le dipentène, racémique des énantiomères dextrogyre et lévogyre. Parmi les résines plastifiantes hydrocarbonées ci-dessus, on citera notamment les résines d'homo- ou copolymères d'alphapinène, betapinène, dipentène ou polylimonène. [0090] Les résines préférentielles ci-dessus sont bien connues de l'homme du métier et disponibles commercialement, par exemple vendues en ce qui concerne les :
résines polylimonène : par la société DRT sous la dénomination "Dercolyte L120" (Mn=625 g/mol ; Mw=1010 g/mol ; lp=1 ,6 ; Tg=72°C) ou par la société ARIZONA sous la dénomination "Sylvagum TR7125C" (Mn=630 g/mol ; Mw=950 g/mol ; lp=1 ,5 ; Tg=70°C) ;
résines de copolymère coupe C5/ vinylaromatique, notamment coupe C5/ styrène ou coupe C5/ coupe C9 : par Neville Chemical Company sous les dénominations "Super Nevtac 78", "Super Nevtac 85" ou "Super Nevtac 99", par Goodyear Chemicals sous dénomination "Wingtack Extra", par Kolon sous dénominations "Hikorez T1095" et "Hikorez T1 100", par Exxon sous dénominations "Escorez 2101 " et "Escorez 1273" ;
résines de copolymère limonène/ styrène : par DRT sous dénomination "Dercolyte TS 105" de la société DRT, par ARIZONA Chemical Company sous dénominations "ZT1 15LT" et "ZT5100".
[0091] A titre d'exemples d'autres résines préférentielles, on peut citer également les résines alpha-méthyl-styrène modifiées phénol. Pour caractériser ces résines modifiées phénol, on rappelle qu'il est utilisé de manière connue un indice dit "indice hydroxyle" (mesuré selon norme ISO 4326 et exprimé en mg KOH/g). Les résines alpha-méthyl-styrène, notamment celles modifiées phénol, sont bien connues de l'homme du métier et disponibles commercialement, par exemple vendues par la société Arizona Chemical sous les dénominations "Sylvares SA 100" (Mn = 660 g/mol ; Ip = 1 ,5 ; Tg = 53°C) ; "Sylvares SA 120" (Mn = 1030 g/mol ; Ip = 1 ,9 ; Tg = 64°C) ; "Sylvares 540" (Mn = 620 g/mol ; Ip = 1 ,3 ; Tg = 36°C ; indice d'hydroxyle = 56 mg KOH/g) ; "Silvares 600" (Mn = 850 g/mol ; Ip = 1 ,4 ; Tg = 50°C ; indice d'hydroxyle = 31 mg KOH/g).
[0092] Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, lorsqu'elle est incluse dans la composition, le taux de résine plastifiante hydrocarbonée est compris dans un domaine allant de 5 à 50 pce, préférentiellement allant de 7 à 40 pce, encore plus préférentiellement de 10 à 35 pce. Préférentiellement également, le taux de résine plastifiante est compris dans un domaine allant de 5 à 20 pce, et plus préférentiellement de 5 à 15 pce. 1-5 Rapport des taux de charge et de plastifiant
[0093] Selon l'invention, les taux de charge renforçante et de plastifiant sont tels que le rapport du taux total de charge et du taux total de plastifiant est compris dans un domaine allant de 1 ,3 à 2. En dessous de 1 ,3 la composition pourrait présenter une moindre dureté entraînant une moindre performance de comportement véhicule tandis qu'au-dessus de 2 la composition pourrait présenter un fort mooney entraînant une moindre processabilité industrielle.
[0094] De préférence, le rapport du taux total de charge et du taux total de plastifiant est compris dans un domaine allant de 1 ,3 à 1 ,8 et de préférence de 1 ,4 à 1 ,7.
I- 6 Autres additifs possibles
[0095] Les compositions de caoutchouc conformes à l'invention comportent optionnellement également tout ou partie des additifs usuels habituellement utilisés dans les compositions d'élastomères destinées notamment à la fabrication de bandes de roulement, comme par exemple des pigments, des agents de protection tels que cires anti-ozone, anti-ozonants chimiques, anti-oxydants, des agents plastifiants autres que ceux précédemment décrits, des agents anti-fatigue, des résines renforçantes, des accepteurs (par exemple résine phénolique novolaque) ou des donneurs de méthylène (par exemple HMT ou H3M).
[0096] Bien entendu, les compositions conformes à l'invention peuvent être utilisées seules ou en coupage (i.e., en mélange) avec toute autre composition de caoutchouc utilisable pour la fabrication de pneumatiques.
[0097] Il va de soi que l'invention concerne les compositions de caoutchouc précédemment décrites tant à l'état dit "cru" ou non réticulé (i.e., avant cuisson) qu'à l'état dit "cuit" ou réticulé, ou encore vulcanisé (i.e., après réticulation ou vulcanisation).
II- Préparation des compositions de caoutchouc
[0098] Les compositions sont fabriquées 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 thermo-mécanique (parfois qualifiée de phase "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 deuxième phase de travail mécanique (parfois qualifiée de phase "productive") à plus basse température, typiquement inférieure à 1 10°C, par exemple entre 60°C et 100°C, phase de finition au cours de laquelle est incorporé le système de réticulation ou vulcanisation; de telles phases ont été décrites par exemple dans les demandes EP-A- 0501227, EP-A-0735088, EP-A-0810258, WO00/05300 ou WO00/05301.
[0099] La première phase (non-productive) est conduite préférentiellement en plusieurs étapes thermomécaniques. Au cours d'une première étape on introduit, dans un mélangeur approprié tel qu'un mélangeur interne usuel, les élastomères, les charges renforçantes, la combinaison de plastifiants (et éventuellement les agents de couplage et/ou d'autres ingrédients à l'exception du système de vulcanisation), à une température comprise entre 20°C et 100°C et, de préférence, entre 25°C et 100°C. Après quelques minutes, préférentiellement de 0,5 à 2 min et une montée de la température à 90°C à 100°C, les autres ingrédients (c'est-à-dire, ceux qui restent si tous n'ont pas été mis au départ) sont ajoutés en une fois ou par parties, à l'exception du système de vulcanisation durant un mélangeage allant de 20 secondes à quelques minutes. La durée totale du malaxage, dans cette phase non-productive, est de préférence comprise entre 2 et 10 minutes à une température inférieure ou égale à 180°C, et préférentiellement inférieure ou égale à 170°C.
[00100] Après refroidissement du mélange ainsi obtenu, on incorpore alors le système de vulcanisation à basse température (typiquement inférieure à 100°C), généralement dans un mélangeur externe tel qu'un mélangeur à cylindres; le tout est alors mélangé (phase productive) pendant quelques minutes, par exemple entre 5 et 15 min.
[00101] La composition finale ainsi obtenue est ensuite calandrée, par exemple sous la forme d'une feuille ou d'une plaque, notamment pour une caractérisation au laboratoire, ou encore extrudée, pour former par exemple un profilé de caoutchouc utilisé pour la fabrication de semi-finis afin d'obtenir des produits tels qu'une bande de roulement. Ces produits peuvent ensuite être utilisés pour la fabrication de pneumatiques, selon les techniques connues de l'homme du métier.
[00102] La vulcanisation (ou cuisson) est conduite de manière connue à une température généralement comprise entre 130°C et 200°C, sous pression, pendant un temps suffisant qui peut varier par exemple entre 5 et 90 min en fonction notamment de la température de cuisson, du système de vulcanisation adopté, de la cinétique de vulcanisation de la composition considérée ou encore de la taille du pneumatique. [00103] Les exemples qui suivent illustrent l'invention sans toutefois la limiter.
III- Exemples de réalisation de l'invention
111-1 Préparation des exemples
[00104] Dans les exemples qui suivent les compositions caoutchouteuses ont été réalisées comme décrit précédemment.
III-2 Caractérisation des exemples
[00105] Dans les exemples, les compositions de caoutchouc sont caractérisées avant et/ou après cuisson comme indiqué ci-après.
- Viscosité Mooney ou Plasticité Mooney (avant cuisson):
[00106] On utilise un consistomètre oscillant tel que décrit dans la norme française NF T 43-005 (1991 ). La mesure de plasticité Mooney se fait selon le principe suivant : la composition à l'état cru (i.e., avant cuisson) est moulée dans une enceinte cylindrique chauffée à 100°C. Après une minute de préchauffage, le rotor tourne au sein de l'éprouvette à 2 tours/minute et on mesure le couple utile pour entretenir ce mouvement après 4 minutes de rotation. La plasticité Mooney (ML 1 +4) est exprimée en "unité Mooney" (UM, avec 1 UM=0,83 Newton. mètre). Plus la valeur de Mooney est basse, plus la viscosité avant cuisson est faible et meilleure est la processabilité de la composition.
- Dureté Shore A :
[00107] La dureté shore A des compositions après cuisson est appréciée conformément à la norme ASTM D 2240-86.
- Propriétés dynamiques (après cuisson):
Les propriétés dynamiques G* et tan(5)max sont mesurées sur un viscoanalyseur (Metravib V A4000), 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 variables de température, notamment à 0°C, 23°C, 40°C et 100°C selon la norme ASTM D 1349 - 99. On effectue un balayage en amplitude de déformation crête à crête de 0,1 à 50% (cycle aller), puis de 50% à 1 % (cycle retour). Les résultats exploités sont le module complexe de cisaillement dynamique (G*) et le facteur de perte (tan δ). Pour le cycle retour, on indique la valeur maximale de tan δ observée (tan(ô)max), ainsi que l'écart de module complexe (AG*) entre les valeurs à 0,1 % et à 50% de déformation (effet Payne). Pour la valeur de tan(5)max à 0°C, plus la valeur est élevée, plus la composition permettra une bonne adhérence humide. Pour la valeur de tan(5)max à 100°C, plus la valeur est élevée, plus la composition permettra une bonne adhérence sur sol sec. Pour les valeurs de tan(5) max à 23°C et à 40°C, plus la valeur est basse, plus la composition aura une hystérèse faible et donc un résistance au roulement faible.
111-3 Exemples
[00108] Les compositions sont fabriquées avec une introduction de l'ensemble des constituants sur un mélangeur interne, à l'exception du système de vulcanisation. Les agents de vulcanisation (soufre et accélérateur) sont introduits sur un mélangeur externe à basse température (les cylindres constitutifs du mélangeur étant à environ 30°C).
[00109] Les exemples présentés dans le tableau 1 ont pour objet de comparer les différentes propriétés de caoutchouterie de compositions témoins (T1 à T9) à la composition C1 conforme à l'invention. Les résultats de mesure des propriétés mesurées avant et après cuisson sont présentés au tableau 2.
[00110] Par rapport aux compositions témoins, on note que la composition conforme à l'invention présente le meilleur compromis de performances entre le Mooney, la dureté et les différentes mesures de Tan(ô)max à 0°C, 23°C, 40°C et 100°C. Ces résultats montrent que les compositions de l'invention permettent de bonnes performances sur les aspects essentiels que sont la processabilité, le comportement routier, l'adhérence sur sol sec, l'adhérence sur sol humide et la résistance au roulement. Aucune des compositions témoin ne permet un aussi bon compromis de toutes ces performances à la fois. Tableau 1
Figure imgf000027_0001
(1 ) SBR avec 40% de motif styrène et 16% de motif 1 ,2 de la partie butadiénique (Tg = -30°C)
(2) SBR avec 41 % de motif styrène et 24% de motif 1 ,2 de la partie butadiénique (Tg = -29°C)
(3) Grade ASTM N134 (société Cabot)
(4) Silice « Zeosil 1 165 MP » de la société Rhodia type « HDS »
(5) Huile TDAE « Vivatec 500 » de la société Klaus Dahleke
(6) Résine hydrocarbonée de faible Tg « Novares C30 » de la société Rutgers Chemical
(7) Agent de couplage : TESPT (« Si69 » de la société Evonik - Degussa)
(8) N-(1 ,3-diméthylbutyl)-N'-phényl-p-phénylènediamine (Santoflex 6-PPD) de la société Flexsys et Cire anti-ozone
(9) Stéarine « Pristerene 4931 » de la société Uniqema
(10) N-cyclohexyl-2-benzothiazol-sulfénamide (« Santocure CBS » de la société Flexsys)
(1 1 ) Oxyde de zinc de grade industriel - société Umicore Tableau 2
Composition C1 T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9
Mooney 48,2 63,2 43,0 44,8 59,2 52,4 88,7 94, 1 135,4 22,5
Dureté Shore A. 55,9 59,0 54,8 56, 1 55,0 46,3 72,2 82,2 76,7 32,4
Tan(ô)max 0°C 0,94 1 ,06 0,79 0,82 0,91 0,74 0,71 0,48 0,83 0,76
Tan(ô)max 23°C 0,55 0,58 0,53 0,52 0,39 0,60 0, 17 0,52 0,63 0,28
Tan(ô)max 40°C 0,32 0,35 0,30 0,31 0,24 0,38 0, 12 0,41 0,43 0,22
Tan(ô)max 100°C 0,31 0,33 0,28 0,30 0, 19 0,36 0,07 0,33 0,46 0, 13

Claims

REVENDICATIONS
1. Composition de caoutchouc à base d'au moins un élastomère diénique, une charge renforçante, un système de vulcanisation et une combinaison de plastifiants, ladite combinaison de plastifiants comprenant une huile plastifiante et plus de 15 pce (parties en poids pour cent parties en poids d'élastomère) de résine hydrocarbonée, ladite résine carbonée présentant une température de transition vitreuse (Tg) comprise entre -40°C et 20°C, le taux total de plastifiant étant supérieur ou égal à 40 pce et les taux de charge renforçante et de plastifiant étant tels que le rapport du taux total de charge et du taux total de plastifiant est compris dans un domaine allant de 1 ,3 à 2.
2. Composition selon la revendication 1 , dans laquelle ledit élastomère diénique est choisi dans le groupe constitué par les polybutadiènes, les polyisoprènes de synthèse, le caoutchouc naturel, les copolymères de butadiène, les copolymères d'isoprène et les mélanges de ces élastomères.
3. Composition selon l'une quelconque des revendications précédentes dans laquelle ledit élastomère diénique est choisi dans le groupe constitué par les polybutadiènes, les copolymères de butadiène et de styrène, et les mélanges de ces élastomères.
4. Composition selon l'une quelconque des revendications précédentes dans laquelle la charge renforçante est choisie dans le groupe constitué par les silices, les noirs de carbone et les mélanges de ces derniers.
5. Composition selon l'une quelconque des revendications précédentes dans laquelle le taux de charge renforçante est compris dans un domaine allant de 30 à 200 pce, de préférence de 30 à 150 pce.
6. Composition selon l'une quelconque des revendications précédentes dans laquelle la charge renforçante majoritaire est du noir de carbone.
7. Composition selon l'une quelconque des revendications précédentes dans laquelle le taux de noir de carbone est compris dans un domaine allant de 50 à 140 pce, de préférence de 60 à 1 10 pce.
8. Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 dans laquelle la charge renforçante majoritaire est de la silice.
9. Composition selon la revendication 8 dans laquelle le taux de silice est compris dans un domaine allant de 50 à 140 pce, de préférence de 70 à 120 pce.
10. Composition selon l'une quelconque des revendications précédentes dans laquelle le taux total de plastifiants est supérieur ou égal à 50 pce, de préférence compris dans un domaine allant de 50 à 120 pce.
11. Composition selon l'une quelconque des revendications précédentes dans laquelle le taux total de plastifiants est compris dans un domaine allant de 50 à 100 pce, de préférence de 50 à 80 pce.
12. Composition selon l'une quelconque des revendications précédentes dans laquelle l'huile plastifiante est choisie dans le groupe constitué par les huiles naphténiques, les huiles paraffiniques, les huiles MES (Médium Extracted Solvates), les huiles TDAE (Treated Distillate Aromatic Extracts), les huiles minérales, les huiles végétales, les plastifiants éthers, les plastifiants esters, les plastifiants phosphates, les plastifiants sulfonates et les mélanges de ces composés.
13. Composition selon l'une quelconque des revendications précédentes dans laquelle le taux d'huile plastifiante est compris dans un domaine allant de 2 à 80 pce, de préférence de 5 à 60 pce.
14. Composition selon l'une quelconque des revendications précédentes dans laquelle le taux de résine hydrocarbonée de Tg comprise entre -40°C et 20°C est compris dans un domaine allant de 15 à 70 pce, de préférence de 15 à 50 pce.
15. Composition selon la revendication 14 dans laquelle le taux de résine hydrocarbonée de Tg comprise entre -40°C et 20°C est compris dans un domaine allant de 20 à 40 pce.
16. Composition selon l'une quelconque des revendications précédentes dans laquelle la résine hydrocarbonée précédemment mentionnée comme résine hydrocarbonée de Tg comprise entre -40°C et 20°C présente une Tg comprise entre - 40°C et 0°C, plus préférentiellement entre -30°C et 0°C et plus préférentiellement encore entre -20°C et 0°C.
17. Composition selon l'une quelconque des revendications précédentes dans laquelle la résine hydrocarbonée précédemment mentionnée comme résine hydrocarbonée de Tg comprise entre -40°C et 20°C présente une masse moléculaire moyenne en nombre inférieure à 800 g/mol, de préférence inférieure à 600 g/mol.
18. Composition selon la revendication 17 dans laquelle la résine hydrocarbonée précédemment mentionnée comme résine hydrocarbonée de Tg comprise entre -40°C et 20°C présente une masse moléculaire moyenne en nombre inférieure à 400 g/mol.
19. Composition selon l'une quelconque des revendications précédentes dans laquelle la résine hydrocarbonée précédemment mentionnée comme résine hydrocarbonée de Tg comprise entre -40°C et 20°C présente un point de ramollissement compris dans un domaine allant de 0 à 50°C, préférentiellement de 0 à 40°C, plus préférentiellement de 10 à 40°C, de préférence de 10 à 30°C.
20. Composition selon l'une quelconque des revendications précédentes dans laquelle la résine hydrocarbonée précédemment mentionnée comme résine hydrocarbonée de Tg comprise entre -40°C et 20°C présente un indice de polymolécularité (Ip) inférieur à 3, de préférence inférieur à 2.
21. Composition selon l'une quelconque des revendications précédentes dans laquelle le rapport du taux total de charge et du taux total de plastifiant est compris dans un domaine allant de 1 ,3 à 1 ,8, de préférence de 1 ,4 à 1 ,7.
22. Composition selon l'une quelconque des revendications précédentes comprenant en outre dans la combinaison de plastifiants, une résine de Tg supérieur à 20°C.
23. Pneumatique comprenant une composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 22.
24. Pneumatique selon la revendication précédente comprenant ladite composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 22 dans tout ou partie de la bande de roulement.
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