FR2797637A1 - Composition de caoutchouc pour bande de roulement de pneumatique et pneumatique la comprenant - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne une composition de caoutchouc pour bande de roulement de pneumatique.La composition comprend (a) environ 60 pcc à environ 90 pcc d'un caoutchouc 1, 4-polybutadiène à haute teneur en configuration cis, ayant une température de transition vitreuse d'environ -104degreC à environ -80degreC, (b) environ 10 pcc à environ 40 pcc d'au moins un autre polymère caoutchouteux choisi parmi un caoutchouc polyisoprène, un caoutchouc polybutadiène et un caoutchouc styrène-isoprène-butadiène, ayant une température de transition vitreuse d'environ -30degreC à environ -10degreC et (c) environ 20 pcc à environ 60 pcc de noir de carbone ayant un indice d'absorption de phtalate de dibutyle d'au moins 140 cm3 / 100 grammes et une aire d'adsorption de bromure de cétyltriméthylammonium d'environ 60 à environ 90. La composition peut également contenir de la silice et une huile plastifiante.Application à la fabrication des pneumatiques.
Description
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Il est très souhaitable pour des pneumatiques d'offrir une bonne usure de la bande de roulement, une faible résistance au roulement et une bonne friction d'entraînement sur des surfaces aussi bien humides que sèches. De façon à réduire la résistance au roulement d'un pneumatique, on peut utiliser des caoutchoucs ayant un grand rebond dans la fabrication de la bande de roulement du pneumatique. Les pneumatiques fabriqués avec ces caoutchoucs subissent une moindre perte d'énergie pendant le roulement.
Le problème classique qui accompagne cette stratégie est que la friction d'entraînement et la résistance au dérapage sur surface humide sont dégradées. La raison en est qu'une bonne résistance au roulement, qui favorise une faible perte d'énergie, et de bonnes caractéristiques de friction d'entraînement, qui favorisent une forte perte d'énergie, sont des propriétés incompatibles en termes de visco- élasticité.
Afin d'équilibrer ces deux propriétés incompatibles en termes de viscoélasticité, des mélanges de divers types de caoutchoucs synthétiques et naturels sont normalement utilisés dans les bandes de roulement des pneumatiques. Par exemple, divers mélanges de caoutchouc styrène-butadiène et de caoutchouc polybutadiène sont couramment utilisés dans les formulations pour bandes de roulement de pneumatiques d'automobiles. Les mélanges de caoutchoucs ayant une basse température de transition vitreuse avec des caoutchoucs ayant une haute température de transition vitreuse offrent des avantages importants en ce qui concerne l'usure de la bande de roulement et les caractéristiques de friction d'entraînement par rapport aux formulations pour bandes de roulement à faible résistance au roulement qui sont préparées avec des mélanges de caoutchoucs ayant des températures de transition vitreuse intermédiaires. Le principal inconvénient associé aux mélanges de caoutchoucs ayant des températures de transition vitreuse basses et élevées est qu'ils présentent une mauvaise aptitude à la transformation.
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Des mélanges de caoutchouc isoprène-butadiène à haut poids moléculaire avec du caoutchouc naturel peuvent être utilisés dans des formulations qui offrent une très faible résistance au roulement afin d'améliorer l'aptitude à la transformation. Cependant, ces mélanges de caoutchoucs ayant des températures de transition vitreuse intermédiaires ont un effet indésirable sur l'usure de la bande de roulement et la résistance au roulement sans améliorer notablement les caractéristiques de friction d'entraînement.
Le brevet US 4,843,120 enseigne que des pneumatiques ayant des caractéristiques fonctionnelles améliorées peuvent être fabriqués en utilisant comme caoutchouc de bande de roulement des polymères caoutchouteux ayant de multiples températures de transitions vitreuses. Ces polymères caoutchouteux ayant des températures de transitions vitreuses multiples présentent une première température de transition vitreuse qui se situe dans l'intervalle d'environ -110 C à -20 C et présentent une seconde température de transition vitreuse qui se situe dans l'intervalle d'environ -50 C à 0 C. Selon le brevet US 4,843,120, ces polymères sont préparés en polymérisant au moins un monomère dioléfinique conjugué dans une première zone de réaction, à une température et dans des conditions suffisantes pour produire un premier segment polymère ayant une température de transition vitreuse comprise entre -110 C et -20 C, puis en poursuivant cette polymérisation dans une seconde zone de réaction, à une température et- dans des conditions suffisantes pour produire un second segment polymère ayant une température de transition vitreuse comprise entre -20 C et 20 C. Ces polymérisations sont normalement catalysées par un catalyseur organolithié et sont normalement conduites dans un solvant organique inerte.
Le brevet US 5,137,998 enseigne un procédé pour préparer un terpolymère caoutchouteux de styrène, isoprène et butadiène ayant des températures de transitions vitreuses multiples et ayant une excellente combinaison de propriétés
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pour son utilisation dans la fabrication de bandes de roulement de pneumatiques, et qui consiste à terpolymériser du styrène, de l'isoprène et du 1,3-butadiène dans un solvant organique à une température ne dépassant pas environ 40 C en présence de (a) au moins un membre du groupe formé par l'oxyde de tripipéridino-phosphine et les alcoolates de métaux alcalins et (b) un composé organolithié.
Le brevet US 5,047,483 propose un pneumatique gonflable ayant une bande de roulement circonférentielle extérieure, ladite bande de roulement étant formée d'une composition de caoutchouc vulcanisé au soufre constituée, pour 100 parties en poids de caoutchouc (pcc), (A) d'environ 10 à environ 90 parties en poids d'un caoutchouc de terpolymère styrène-isoprène-butadiène (SIBR) et (B) d'environ 70 à environ 30 pour cent en poids de caoutchouc cis-1,4-polyisoprène et/ou de caoutchouc cis-1,4-polybutadiène, ledit caoutchouc SIBR étant constitué de (1) environ 10 à environ 35 pour cent en poids de styrène lié, (2) environ 30 à environ 50 pour cent en poids d'isoprène lié et (3) environ 30 à environ 40 pour cent en poids de butadiène lié, et étant caractérisé par une température de transition vitreuse (T ) unique comprise entre environ -10 C et environ -40 C et, en outre, ladite structure de butadiène lié contenant environ 30 à environ 40 pour cent de motifs 1,2-vinyle, ladite structure d'isoprène lié contenant environ 10 à environ 30 pour cent de motifs 3,4, et la somme du pourcentage de motifs 1 , 2-vinyle du butadiène lié et du pourcentage des motifs 3,4 de l'isoprène lié étant comprise entre environ 40 et environ 70 pour cent.
Le brevet US 5,272,220 propose un caoutchouc styrène-isoprène-butadiène qui est particulièrement intéressant à utiliser dans la fabrication de bandes de roulement pour pneumatiques de camions qui offrent de meilleures caractéristiques de résistance au roulement et d'usure de la bande de roulement, ledit caoutchouc étant constitué de motifs récurrents dérivés d'environ 5 pour cent en poids
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à environ 20 pour cent en poids de styrène, d'environ 7 pour cent en poids à environ 35 pour cent en poids d'isoprène et d'environ 55 pour cent en poids à environ 88 pour cent en poids de 1,3-butadiène, et, dans ce caoutchouc, les motifs récurrents dérivés de styrène, d'isoprène et de 1,3-butadiène sont répartis de façon essentiellement désordonnée, environ 25 pour cent à environ 40 pour cent des motifs récurrents dérivés du 1,3-butadiène ont la microstructure cis, environ 40 pour cent à environ 60 pour cent des motifs récurrents dérivés du 1,3-butadiène ont la microstructure trans, environ 5 pour cent à environ 25 pour cent des motifs récurrents dérivés du 1,3-butadiène ont la microstructure vinylique, environ 75 pour cent à environ 90 pour cent des motifs récurrents dérivés de l'isoprène ont la microstructure 1,4, environ 10 pour cent à environ 25 pour cent des motifs récurrents dérivés de l'isoprène ont la microstructure 3,4, le caoutchouc a une température de transition vitreuse comprise entre environ -90 C et environ -70 C, le caoutchouc a un poids moléculaire moyen en nombre d'environ 150 000 à environ 400 000, le caoutchouc a un poids moléculaire moyen en poids d'environ 300 000 à environ 800 000, et le caoutchouc a une non homogénéité d'environ 0,5 à environ 1,5.
Le brevet US 5,405,927 propose un caoutchouc isoprène-butadiène qui est mentionné comme étant particulièrement intéressant à utiliser dans la fabrication de bandes de roulement pour pneumatiques de camions, ledit caoutchouc étant constitué de motifs récurrents qui sont dérivés d'environ 20 pour cent en poids à environ 50 pour cent en poids d'isoprène et d'environ 50 pour cent en poids à environ 80 pour cent en poids de 1,3-butadiène, et, dans ce caoutchouc, les motifs récurrents dérivés d'isoprène et de 1,3-butadiène sont répartis de façon essentiellement désordonnée, environ 3 pour cent à environ 10 pour cent des motifs récurrents dudit caoutchouc sont des motifs de 1,2polybutadiène, environ 50 pour cent à environ 70 pour cent
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des motifs récurrents dudit caoutchouc sont des motifs de 1,4-polybutadiène, environ 1 pour cent à environ 4 pour cent des motifs récurrents dudit caoutchouc sont des motifs de 3,4-polyisoprène, environ 25 pour cent à environ 40 pour cent des motifs récurrents du polymère sont des motifs de 1,4-polyisoprène, le caoutchouc a une température de transition vitreuse comprise entre environ -90 C et environ -75 C, et le caoutchouc a une viscosité Mooney comprise entre environ 55 et environ 140. Le brevet US 5,405,927 propose en particulier des mélanges de ce caoutchouc isoprène-butadiène avec du caoutchouc naturel ou du 3,4-polyisoprène.
On découvert de façon surprenante que l'aptitude à la transformation de formulations pour bandes de roulement de pneumatiques à très faible résistance au roulement peut être notablement améliorée par l'incorporation d'un type spécifique de noir de carbone hautement structuré dans certains mélanges de caoutchouc 1,4-polybutadiène à haute teneur en configuration cis ayant une basse température de transition vitreuse avec un caoutchouc polybutadiène, un caoutchouc polyisoprène ou un caoutchouc styrèneisoprène-butadiène ayant une haute température de transition vitreuse. Le noir de carbone utilisé dans les formulations de caoutchouc pour bandes de roulement de pneumatiques de la présente invention a un indice d'absorption de PDB d'au moins 140 cm /100 grammes et une aire d'adsorption de BCTA qui se situe dans l'intervalle d'environ 60 à environ 90.
La présente invention propose plus spécifiquement une composition de caoutchouc pour bande de roulement de pneumatique qui est constituée (a) d'environ 60 pcc à environ 90 pcc d'un caoutchouc 1,4-polybutadiène à haute teneur en configuration cis, le caoutchouc 1,4-polybutadiène à haute teneur en configuration cis ayant une température de transition vitreuse d'environ -104 C à environ -80 C, (b) d'environ 10 pcc à environ 40 pcc d'au moins un autre
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polymère caoutchouteux choisi parmi un caoutchouc polyisoprène, un caoutchouc polybutadiène et un caoutchouc styrène-isoprène-butadiène, l'autre polymère caoutchouteux ayant une température de transition vitreuse d'environ -30 C à environ -1 0 C et (c) d'environ 20 pcc à environ 60 pcc de noir de carbone, le noir de carbone ayant un indice d'absorption de PDB d'au moins 140 cm3/100 grammes et ayant une aire d'adsorption de BCTA qui est d'environ 60 à environ 90.
La présente invention a en outre pour objet un pneumatique qui est constitué d'une carcasse de forme globalement toroïdale ayant une bande de roulement circonférentielle externe, deux talons espacés, au moins une nappe s'étendant d'un talon à l'autre et des parois latérales s'étendant radialement à partir de ladite bande de roulement et la reliant auxdits talons, ladite bande de roulement étant destinée à entrer en contact avec le sol ; caractérisé en ce que la bande de roulement est constituée de (a) environ 60 pcc à environ 90 pcc d'un caoutchouc 1,4-polybutadiène à haute teneur en configuration cis, le caoutchouc 1,4-polybutadiène à haute teneur en configuration cis ayant une température de transition vitreuse d'environ -104 C à environ -80 C, (b) environ 10 pcc à environ 40 pcc d'au moins un autre polymère caoutchouteux choisi parmi un caoutchouc polyisoprène, un caoutchouc polybutadiène et un caoutchouc styrène-isoprène-butadiène, l'autre polymère caoutchouteux ayant une température de transition vitreuse d'environ -30 C à environ -10 C et (c) environ 20 pcc à environ 60 pcc de noir de carbone, le noir de carbone ayant un indice d'absorption de PDB d'au moins 140 cm /100 grammes et le noir de carbone ayant une aire d'adsorption de BCTA qui est d'environ 60 à environ 90.
Les formulations de caoutchouc pour bandes de roulement de pneumatiques de la présente invention contiennent généralement environ 60 pcc (parties pour 100 parties en poids de caoutchouc) à environ 90 pcc du caoutchouc
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1,4-polybutadiène à haute teneur en configuration cis et environ 10 pcc à environ 40 pcc d'un polymère caoutchouteux ayant une haute température de transition vitreuse choisi parmi un caoutchouc polyisoprène, un caoutchouc polybutadiène et un caoutchouc styrène-isoprène-butadiène, le polymère caoutchouteux à haute Tv ayant une température de transition vitreuse d'environ -30 C à environ -10 C.
Il est très avantageux que les formulations de caoutchouc pour bandes de roulement de pneumatiques de la présente invention soient essentiellement dépourvues de polymères caoutchouteux ayant une température de transition vitreuse d'environ -70 C à environ -40 C. Par exemple, les formulations de caoutchouc pour bandes de roulement de la présente invention ne doivent pas contenir de caoutchouc naturel car les polymères caoutchouteux ayant une température de transition vitreuse intermédiaire sont nuisibles aux propriétés.
Dans la plupart des cas, la formulation de caoutchouc pour bande de roulement de pneumatique contient environ 70 pcc à environ 90 pcc du caoutchouc 1,4-polybutadiène à haute teneur en configuration cis et environ 10 pcc à environ 30 pcc d'un polymère caoutchouteux à haute Tv choisi parmi un caoutchouc polyisoprène, un caoutchouc polybutadiène et un caoutchouc styrène-isoprène-butadiène.
La formulation de caoutchouc pour bande de roulement de pneumatique contient de préférence environ 80 pcc à environ 90 pcc du caoutchouc 1,4-polybutadiène à haute teneur en configuration cis et environ 10 pcc à environ 20 pcc d'un polymère caoutchouteux à haute Tv.
Les formulations pour bandes de roulement de pneumatiques de la présente invention contiennent généralement environ 20 pcc à environ 60 pcc de noir de carbone, et contiennent plus couramment environ 30 pcc à environ 55 pcc de noir de carbone. La formulation pour bande de roulement de pneumatique contient de préférence 40 pcc à 50 pcc de noir de carbone. Les formulations pour bandes de roulement
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de pneumatiques de la présente invention peuvent également contenir facultativement jusqu'à 40 pcc de silice.
Le noir de carbone utilisé dans les mélanges de la présente invention a un indice d'absorption de phtalate de dibutyle (PDB) de 140 cm3/100 grammes à 200 cm3/100 grammes.
Le noir de carbone a habituellement un indice d'absorption de PDB d'au moins 150 cm3/100 grammes et il a de préférence un indice d'absorption de PDB d'au moins 160 cm3/1 00 grammes.
L'indice d'absorption de PDB est déterminé selon la méthode décrite dans la norme ASTM D2414. Le noir de carbone a également une aire d'adsorption de bromure de cétyltriméthylammonium (BCTA) qui est d'environ 60 à environ 90. Le noir de carbone a de préférence une aire d'adsorption de BCTA d'environ 70 à environ 85. L'aire d'adsorption de BCTA est déterminée par la méthode d'essai de la norme ASTM D3765-85.
Le caoutchouc 1,4-polybutadiène à haute teneur en configuration cis ayant une basse température de transition vitreuse, qui peut être utilisé dans les formulations de caoutchouc pour bandes de roulement de pneumatiques de la présente invention, peut être synthétisé par polymérisation en solution en utilisant le procédé décrit dans le brevet US 4,983,695 ou le brevet US 5,698,643. Le caoutchouc 1,4-polybutadiène à haute teneur en configuration cis a généralement une température de transition vitreuse d'environ -110 C à environ -80 C et une teneur en configuration cis d'au moins 85 pour cent. Le caoutchouc 1,4-polybutadiène à haute teneur en configuration cis a normalement une température de transition vitreuse d'environ -105 C à environ -85 C et une teneur en configuration cis d'au moins 90 pour cent. Le caoutchouc 1 , 4-polybutadiène à haute teneur en configuration cis a plus couramment une température de transition vitreuse comprise dans l'intervalle d'environ -105 C à environ -90 C et une teneur en configuration cis d'au moins 95 pour cent.
Le caoutchouc 1,4-polybutadiène à haute teneur en configuration cis possède normalement lui aussi une
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viscosité Mooney 1+4 d'environ 40 à environ 60. Le caoutchouc cis-1,4-polybutadiène Budene 1208 a une teneur en microstructure cis d'environ 98 pour cent, une viscosité Mooney 1+4 de 41-51 et une température de transition vitreuse de -104 C. Le caoutchouc Budene 1208 est fourni dans le commerce par Goodyear Tire & Rubber Company et il est hautement préféré pour sont utilisation dans les formulations pour bandes de roulement de pneumatiques de la présente invention. Aux fins de la présente demande de brevet, la microstructure du polymère est déterminée par spectrométrie à résonance magnétique nucléaire (RMN) et la température de transition vitreuse (T ) est déterminée par calorimétrie différentielle à balayage à une vitesse d'élévation de température de 10 C par minute.
Les formulations de caoutchouc pour bandes de roulement de la présente invention peuvent être préparées en utilisant des ingrédients classiques et des techniques courantes. Par exemple, les formulations pour bandes de roulement de pneumatiques de la présente invention sont habituellement mélangées avec du soufre, des charges, des accélérateurs, des huiles, des cires, des inhibiteurs de vulcanisation prématurée et des adjuvants de transformation.
Dans la plupart des cas, la formulation de caoutchouc est préparée avec du soufre et/ou un composé contenant du soufre, au moins un accélérateur, au moins un additif antidégradation, au moins une huile plastifiante, de l'oxyde de zinc, facultativement une résine d'adhésivité, facultativement une résine de renforcement, facultativement un ou plusieurs acides gras, facultativement un peptisant et facultativement un ou plusieurs inhibiteurs de vulcanisation prématurée. Ces mélanges contiennent normalement environ 0,5 à 5 pcc (parties pour cent parties en poids de caoutchouc) de soufre et/ou d'un composé contenant du soufre, une quantité préférée étant de 1 pcc à 2,5 pcc. Il peut être souhaitable d'utiliser du soufre insoluble dans les cas où se pose un problème d'efflorescence.
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La silice peut être utilisée conjointement au noir de carbone pour améliorer la résistance à la déchirure et la dissipation thermique. Des argiles et/ou du talc peuvent être inclus dans la charge pour abaisser le coût. Le mélange contient aussi normalement 0,1 à 2,5 pcc d'au moins un accélérateur, une quantité préférée étant de 0,2 à 1,5 pcc.
Des additifs antidégradation tels que des antioxydants et des agents antiozone sont généralement inclus dans le mélange en des quantités de 0,25 à 10 pcc, des quantités de 1 à 5 pcc étant préférées. Des huiles plastifiantes sont généralement incluses dans le mélange en des quantités d'environ 1 pcc à environ 100 pcc, des quantités d'environ 2 pcc à environ 50 pcc étant préférées. Il est normalement très préférable que la formulation pour bande de roulement de pneumatique contienne environ 2 à environ 18 pcc d'huile plastifiante. Les formulations de caoutchouc pour bandes de roulement de pneumatiques de la présente invention contiennent aussi normalement environ 0,5 pcc à environ 10 pcc d'oxyde de zinc, une quantité préférée d'oxyde de zinc étant d'environ 1 pcc à environ 5 pcc. Ces mélanges peuvent contenir facultativement 0 à 10 pcc de résines d'adhésivité, 0 à 10 pcc de résines de renforcement, 1 à 10 pcc d'acides gras, 0 à 2, 5 pcc de peptisants et 0 à 1 pcc d'agents inhibiteurs de vulcanisation prématurée.
La silice qui peut facultativement être utilisée dans les formulations de caoutchouc pour bandes de roulement de la présente invention peut être l'un quelconque des pigments siliceux courants utilisés dans les applications à la préparation de caoutchouc, par exemple des pigments siliceux (silice) pyrogénés et précipités, bien que les silices précipitées soient préférées. Les pigments siliceux sont préférés, par exemple des silices précipitées telles que celles obtenues par acidification d'un silicate soluble (silicate de sodium).
Ces silices peuvent être caractérisées, par exemple, par leur surface spécifique BET, telle que mesurée en utilisant l'azote gazeux, qui est de préférence comprise entre
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environ 40 et environ 600 et plus couramment entre environ 50 et environ 300 mètres carrés par gramme. La méthode BET pour la mesure de la surface spécifique est décrite dans Journal of the American Chemical Society, volume 60, page 304 (1930).
La silice peut généralement être également caractérisée par le fait qu'elle possède un indice d'absorption de phtalate de dibutyle (PDB) compris entre environ 100 et environ 400, et plus couramment entre environ 150 et environ 300. La silice devrait avoir une taille moyenne de particules primaires comprise, par exemple, entre 0,01 à 0,05 micromètre, comme déterminé par microscopie électronique, bien que les particules de silice puissent avoir une taille encore plus petite, ou éventuellement plus grande.
Diverses silices disponibles dans le commerce peuvent être prises en considération pour leur utilisation dans la présente invention, telles que, mais uniquement à titre d'exemple et sans limitation, les silices fournies dans le commerce par PPG Industries sous la marque commerciale Hi-Sil avec les désignations 210,243, etc. ; les silices fournies par Rhône-Poulenc, par exemple sous les désignations Z1165MP et Z165GR, et les silices fournies par Degussa AG, par exemple sous les désignations VN2 et VN3.
Dans les cas où la silice est incluse dans la formulation pour bandes de roulement, un agent de couplage de silice est également normalement inclus dans le mélange pour tirer pleinement avantage de l'introduction de la silice dans le mélange. L'agent de couplage de silice est habituellement un composé organosilicié contenant du soufre.
Des exemples de composés organosiliciés contenant du soufre appropriés sont représentés par la formule :
Z-Alk-Sn-Alk-Z (I) où Z est choisi parmi
Z-Alk-Sn-Alk-Z (I) où Z est choisi parmi
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où R1 est un groupe alkyle de 1 à 4 atomes de carbone, cyclohexyle ou phényle ; R est un groupe alcoxy de 1 a 8 atomes de carbone ou cycloalcoxy de 5 à 8 atomes de carbone ; Alk est un hydrocarbure divalent de 1 à 18 atomes de carbone ; et n est un nombre entier de 2 à 8.
Des exemples particuliers de composés organosiliciés contenant du soufre, qui peuvent être utilisés selon la présente invention, comprennent les suivants : disulfure de 3,3'-bis(triméthoxysilylpropyle), tétrasulfure de 3,3'-bis(triéthoxysilylpropyle), octasulfure de 3,3'-bis- (triéthoxysilylpropyle), tétrasulfure de 3,3'-bis(triméthoxysilylpropyle), tétrasulfure de 2,2'-bis(triéthoxysilyléthyle), trisulfure de 3,3'-bis(triméthoxysilylpropyle), trisulfure de 3,3'-bis(triéthoxysilylpropyle), disulfure de 3,3'-bis(tributoxysilylpropyle), hexasulfure de 3,3'-bis- (triméthoxysilylpropyle), octasulfure de 3,3'-bis(triméthoxysilylpropyle), tétrasulfure de 3,3'-bis(trioctoxysilylpropyle), disulfure de 3,3'-bis(trihexoxysilylpropyle), trisulfure de 3,3'-bis(tri-2"-éthylhexoxysilylpropyle), tétrasulfure de 3,3'-bis(triisooctoxysilylpropyle), disulfure de 3,3'-bis(tri-t-butoxysilylpropyle), tétrasulfure de 2,2'-bis(méthoxydiéthoxysilyléthyle), pentasulfure de 2,2'-bis(tripropoxysilyléthyle), tétrasulfure de 3,3'-bis(tricyclohexoxysilylpropyle), trisulfure de 3,3'-bis(tricyclopentoxysilylpropyle), tétrasulfure de 2,2'-bis(tri-2"-méthylcyclohexoxysilyléthyle),tétrasulfure de bis(triméthoxysilylméthyle),~tétrasulfure de 3-méthoxy- éthoxypropoxysilylpropyle et de 3'-diéthoxybutoxysilylpropyle, disulfure de 2,2'-bis(diméthylméthoxysilyléthyle), trisulfure de 2,2'-bis(diméthyl-sec-butoxysilyléthyle), tétrasulfure de 3,3'-bis(méthylbutyléthoxysilylpropyle), tétrasulfure de 3,3'-bis(di-t-butylméthoxysilylpropyle), trisulfure de 2,2'-bis(phénylméthylméthoxysilyléthyle), tétrasulfure de 3,3'-bis(diphénylisopropoxysilylpropyle), disulfure de 3,3'-bis(diphénylcyclohexoxysilylpropyle), tétrasulfure de 3,3'-bis(diméthyléthylmercaptosilylpropyle),
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trisulfure de 2,2'-bis(méthyldiméthoxysilyléthyle), tétrasulfure de 2,2'-bis(méthyléthoxypropoxysilyléthyle), tétrasulfure de 3,3'-bis(diéthylméthoxysilylpropyle), disulfure de 3,3'-bis(éthyl-di-sec-butoxysilylpropyle), disulfure de 3,3'-bis(propyldiéthoxysilylpropyle), trisulfure de 3,3'-bis(butyldiméthoxysilylpropyle), tétrasulfure de 3,3'-bis(phényldiméthoxysilylpropyle), tétrasulfure de 3-phényléthoxybutoxysilylpropyle et de 3'-triméthoxysilylpropyle, tétrasulfure de 4,4'-bis(triméthoxysilylbutyle), tétrasulfure de 6,6'-bis(triéthoxysilylhexyle), disulfure de 12,12'-bis(triisopropoxysilyldodécyle), tétrasulfure de 18,18'-bis(triméthoxysilyloctadécyle), tétrasulfure de 18,18'-bis(tripropoxysilyloctadécényle), tétrasulfure de 4,4'-bis(triméthoxysilylbutène-2-yle), tétrasulfure de 4,4'-bis(triméthoxysilylcyclohexylène), trisulfure de 5,5'-bis(diméthoxyméthylsilylpentyle), tétrasulfure de 3,3'-bis(triméthoxysilyl-2-méthylpropyle) et disulfure de 3,3'-bis(diméthoxyphénylsilyl-2-méthylpropyle).
Quelques composés organosiliciés contenant du soufre préférés sont les sulfures de 3,3'-bis(triméthoxy- ou triéthoxy-silylpropyle). Un composé particulièrement préféré est le tétrasulfure de 3,3'-bis(triéthoxysilylpropyle).
Par conséquent, dans la Formule I, Z est de préférence
où R2 est un groupe alcoxy ayant 2 à 4 atomes de carbone, très préférablement 2 atomes de carbone ; Alk est un hydrocarbure divalent ayant 2 à 4 atomes de carbone, très préférablement 3 atomes de carbone ; et n est un nombre entier de 3 à 5, très préférablement 4. Une autre classe particulièrement préférée de composés organosiliciés contenant du soufre est celle des polysulfures de 3,3'bis(triméthoxy- ou triéthoxysilylpropyle) tels qu'un polysulfure de 3,3'-bis(triéthoxysilylpropyle).
où R2 est un groupe alcoxy ayant 2 à 4 atomes de carbone, très préférablement 2 atomes de carbone ; Alk est un hydrocarbure divalent ayant 2 à 4 atomes de carbone, très préférablement 3 atomes de carbone ; et n est un nombre entier de 3 à 5, très préférablement 4. Une autre classe particulièrement préférée de composés organosiliciés contenant du soufre est celle des polysulfures de 3,3'bis(triméthoxy- ou triéthoxysilylpropyle) tels qu'un polysulfure de 3,3'-bis(triéthoxysilylpropyle).
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La quantité de composé organosilicié contenant du soufre de Formule I dans une composition de caoutchouc varie selon la proportion de silice qui est utilisée.
En général, la quantité du composé de Formule I est comprise entre environ 0, 01et environ 1 , 0 partie en poids par partie en poids de la silice. De préférence, la quantité est comprise entre environ 0,02 et environ 0,4 partie en poids par partie en poids de la silice. De préférence encore, la quantité du composé de Formule I est comprise entre environ 0,05 et environ 0,25 partie en poids par partie en poids de la silice. Il est à remarquer que l'agent de couplage de silice peut être utilisé conjointement au noir de carbone, c'est-à-dire prémélangé avec le noir de carbone avant l'addition à la composition de caoutchouc, et ce noir de carbone doit être inclus en la quantité de noir de carbone susmentionnée pour la préparation de la composition de caoutchouc.
Dans les cas où la formulation de caoutchouc pour bande de roulement de pneumatique comprend de la silice et un agent de couplage de silice, la formulation est généralement mélangée en utilisant une technique de mélange thermomécanique. Le mélange de la formulation de caoutchouc pour bande de roulement de pneumatique peut être effectué par des procédés connus des spécialistes de la technologie de mélange des caoutchoucs. Par exemple, les ingrédients sont habituellement mélangés en au moins deux stades, à savoir au moins un premier stade non productif suivi d'un stade de mélange productif. Les agents durcisseurs finals, incluant des agents de vulcanisation au soufre, sont habituellement mélangés au dernier stade qui classiquement appelé le stade de mélange "productif" dans lequel le mélange s'effectue habituellement à une température, ou une température finale, plus basse que la ou les températures de mélange du ou des stades de mélange non productifs précédents. Le caoutchouc, la silice et le composé organosilicié contenant du soufre, et le noir de carbone s'il en est utilisé, sont mélangés
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dans un ou plusieurs stades de mélange non productifs. Les termes "non productif" et "productif" concernant les stades de mélange sont bien connus des spécialistes de la technologie des mélanges de caoutchoucs. La composition de caoutchouc vulcanisable au soufre contenant le composé organosilicié contenant du soufre, le caoutchouc vulcanisable et généralement au moins une partie de la silice doit être soumise à une étape de mélange thermomécanique. L'étape de mélange thermomécanique comprend généralement un travail mécanique dans un mélangeur ou une extrudeuse pendant une période de temps convenable pour amener le caoutchouc à une température de 140 C à 190 C. La durée appropriée du travail thermomécanique varie selon les conditions opératoires et le volume et la nature des ingrédients. Par exemple, le travail thermomécanique peut être effectué pendant une durée qui est comprise entre environ 2 minutes et environ 20 minutes.
Il est normalement préférable que le caoutchouc atteigne une température comprise entre environ 145 C et environ 180 C et soit maintenu à cette température pendant une période de temps comprise entre environ 4 minutes et environ 12 minutes. Il est normalement encore préférable que le caoutchouc atteigne une température comprise entre environ 155 C et environ 170 C et soit maintenu à cette température pendant une période de temps comprise entre environ 5 minutes et environ 10 minutes.
Les formulations de caoutchouc pour bandes de roulement de pneumatiques de la présente invention peuvent être utilisées dans des bandes de roulement de pneumatiques par des techniques ordinaires de fabrication des pneumatiques. Les pneumatiques sont construits en utilisant des procédés classiques, en substituant simplement la formulation pour bandes de roulement de la présente invention aux formulations de caoutchouc habituellement utilisées comme caoutchouc pour bandes de roulement. Une fois que le pneumatique a été construit avec la formulation pour bandes de roulement de la présente invention, il peut être vulcanisé
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en utilisant un cycle normal de cuisson de pneumatique.
Les pneumatiques fabriqués selon la présente invention peuvent être cuits dans un large intervalle de températures.
Cependant, il est généralement préférable que les pneumatiques de la présente invention soient cuits à une température comprise entre environ 132 C et environ 166 C. Il est plus courant que les pneumatiques de la présente invention soient cuits à une température comprise entre environ 143 C et environ 154 C. Il est généralement préférable que le cycle de cuisson utilisé pour vulcaniser les pneumatiques de la présente invention ait une durée d'environ 10 à environ 14 minutes, un cycle de cuisson d'environ 12 minutes étant particulièrement préféré.
La présente invention est illustrée par les exemples suivants qui sont purement illustratifs et n'ont pas vocation à limiter le cadre de l'invention ou la manière dont elle peut être mise en pratique. Sauf mention contraire, les parties et les pourcentages sont tous exprimés en poids.
Exemple 1
Dans cette expérience, une formulation de caoutchouc pour bande de roulement de pneumatique a été préparée selon la présente invention et comparée à un témoin préparé avec un noir de carbone classique. Les formulations pour bandes de roulement de pneumatiques et leurs caractéristiques de transformation sont résumées dans le Tableau I. Le noir de carbone hautement structuré qui a été utilisé dans l'Exemple 1 possède un indice d'absorption de PDB de 171 et une aire d'adsorption de BCTA de 80. Le noir de carbone classique qui a été utilisé dans le témoin possède un indice d'absorption de PDB de 124 et une aire d'adsorption de BCTA de 104. La silice hydratée qui a été utilisée dans ces exemples possède une fine taille de particules et une densité de 2,0. En ce qui concerne les Évaluations d'Extrudats de Filière pour Bande de Roulement Tuber données dans le Tableau I, l'état lisse est désigné par 1 et l'état rugueux est désigné par 10.
Dans cette expérience, une formulation de caoutchouc pour bande de roulement de pneumatique a été préparée selon la présente invention et comparée à un témoin préparé avec un noir de carbone classique. Les formulations pour bandes de roulement de pneumatiques et leurs caractéristiques de transformation sont résumées dans le Tableau I. Le noir de carbone hautement structuré qui a été utilisé dans l'Exemple 1 possède un indice d'absorption de PDB de 171 et une aire d'adsorption de BCTA de 80. Le noir de carbone classique qui a été utilisé dans le témoin possède un indice d'absorption de PDB de 124 et une aire d'adsorption de BCTA de 104. La silice hydratée qui a été utilisée dans ces exemples possède une fine taille de particules et une densité de 2,0. En ce qui concerne les Évaluations d'Extrudats de Filière pour Bande de Roulement Tuber données dans le Tableau I, l'état lisse est désigné par 1 et l'état rugueux est désigné par 10.
<Desc/Clms Page number 17>
TABLEAU I
<tb>
<tb> Exemple <SEP> 1 <SEP> Témoin
<tb> Polybutadiène <SEP> Budene <SEP> 1208 <SEP> 85 <SEP> 85
<tb> 3,4-polyisoprène <SEP> à <SEP> haute <SEP> teneur <SEP> 15 <SEP> 15
<tb> en <SEP> vinyle
<tb> Noir <SEP> de <SEP> carbone <SEP> classique- <SEP> 38
<tb> Noir <SEP> de <SEP> carbone <SEP> hautement <SEP> structuré <SEP> 45
<tb> Huile <SEP> plastifiante <SEP> 8,5 <SEP> 8,5
<tb> Silice <SEP> hydratée <SEP> 12 <SEP> 12
<tb> Évaluation <SEP> d'extrudat <SEP> de <SEP> filière
<tb> pour <SEP> bande <SEP> de <SEP> roulement <SEP> Tuber <SEP> 2 <SEP> 8
<tb> (bord <SEP> externe)
<tb> Évaluation <SEP> d'extrudat <SEP> de <SEP> filière
<tb> pour <SEP> bande <SEP> de <SEP> roulement <SEP> Tuber <SEP> 3 <SEP> 7
<tb> (bord <SEP> interne)
<tb> Évaluation <SEP> d'extrudat <SEP> de <SEP> filière
<tb> pour <SEP> bande <SEP> de <SEP> roulement <SEP> Tuber <SEP> 3 <SEP> 7
<tb> (surface)
<tb> tg <SEP> delta <SEP> 100 C <SEP> & <SEP> 11 <SEP> Hz <SEP> - <SEP> 7 <SEP> % <SEP> 0,132 <SEP> 0,129
<tb> tg <SEP> delta <SEP> 100 C <SEP> & <SEP> 11 <SEP> Hz <SEP> - <SEP> 10 <SEP> % <SEP> 0,136 <SEP> 0,131
<tb> G' <SEP> 1 <SEP> %- <SEP> 2869 <SEP> 2332
<tb>
<tb> Exemple <SEP> 1 <SEP> Témoin
<tb> Polybutadiène <SEP> Budene <SEP> 1208 <SEP> 85 <SEP> 85
<tb> 3,4-polyisoprène <SEP> à <SEP> haute <SEP> teneur <SEP> 15 <SEP> 15
<tb> en <SEP> vinyle
<tb> Noir <SEP> de <SEP> carbone <SEP> classique- <SEP> 38
<tb> Noir <SEP> de <SEP> carbone <SEP> hautement <SEP> structuré <SEP> 45
<tb> Huile <SEP> plastifiante <SEP> 8,5 <SEP> 8,5
<tb> Silice <SEP> hydratée <SEP> 12 <SEP> 12
<tb> Évaluation <SEP> d'extrudat <SEP> de <SEP> filière
<tb> pour <SEP> bande <SEP> de <SEP> roulement <SEP> Tuber <SEP> 2 <SEP> 8
<tb> (bord <SEP> externe)
<tb> Évaluation <SEP> d'extrudat <SEP> de <SEP> filière
<tb> pour <SEP> bande <SEP> de <SEP> roulement <SEP> Tuber <SEP> 3 <SEP> 7
<tb> (bord <SEP> interne)
<tb> Évaluation <SEP> d'extrudat <SEP> de <SEP> filière
<tb> pour <SEP> bande <SEP> de <SEP> roulement <SEP> Tuber <SEP> 3 <SEP> 7
<tb> (surface)
<tb> tg <SEP> delta <SEP> 100 C <SEP> & <SEP> 11 <SEP> Hz <SEP> - <SEP> 7 <SEP> % <SEP> 0,132 <SEP> 0,129
<tb> tg <SEP> delta <SEP> 100 C <SEP> & <SEP> 11 <SEP> Hz <SEP> - <SEP> 10 <SEP> % <SEP> 0,136 <SEP> 0,131
<tb> G' <SEP> 1 <SEP> %- <SEP> 2869 <SEP> 2332
<tb>
Comme on peut le constater au vu du Tableau I, la formulation pour bandes de roulement pour pneumatiques préparée avec le noir de carbone hautement structuré s'extrude bien mieux que le témoin préparé en utilisant le noir de carbone classique. Il faut également remarquer que le rebond est amélioré de 2 à 3 points par rapport au témoin.
<Desc/Clms Page number 18>
Bien que certains modes de réalisation et détails représentatifs aient été présentés afin d'illustrer la présente invention, il apparaîtra à l'homme du métier que divers changements et modifications peuvent être y être apportés sans sortir du cadre de la présente invention.
Claims (20)
1 . Composition de caoutchouc pour bande de roulement de pneumatique, caractérisée en ce qu'elle est constituée (a) d'environ 60 parties pour cent parties en poids à environ 90 parties pour cent parties en poids d'un caoutchouc 1,4-polybutadiène à haute teneur en configuration cis, le caoutchouc 1,4-polybutadiène à haute teneur en configuration cis ayant une température de transition vitreuse d'environ -104 C à environ -80 C, (b) d'environ 10 parties pour cent parties en poids à environ 40 parties pour cent parties en poids d'au moins un autre polymère caoutchouteux choisi parmi un caoutchouc polyisoprène, un caoutchouc polybutadiène et un caoutchouc styrène-isoprène-butadiène, l'autre polymère caoutchouteux ayant une température de transition vitreuse d'environ -30 C à environ -10 C, et (c) d'environ 20 parties pour cent parties en poids à environ 60 parties pour cent parties en poids de noir de carbone, le noir de carbone ayant un indice d'absorption de phtalate de dibutyle d'au moins 140 cm3/100 grammes et ayant une aire d'adsorption de bromure de cétyltriméthylammonium qui est d'environ 60 à environ 90.
2. Composition de caoutchouc pour bande de roulement de pneumatique selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend, de plus, de la silice.
3. Composition de caoutchouc pour bande de roulement de pneumatique selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend, de plus, une huile~plastifiante.
4. Composition de caoutchouc pour bande de roulement de pneumatique selon la revendication 3, caractérisée en ce que l'huile plastifiante est présente en une quantité d'environ 2 parties pour cent parties en poids à environ 18 parties pour cent parties en poids.
5. Composition de caoutchouc pour bande de roulement de pneumatique selon la revendication 3, caractérisée en ce que le noir de carbone a un indice d'absorption de phtalate de dibutyle d'au moins 150 cm3/100 grammes.
<Desc/Clms Page number 20>
6. Composition de caoutchouc pour bande de roulement de pneumatique selon la revendication 5, caractérisée en ce que le caoutchouc 1,4-polybutadiène à haute teneur en configuration cis est présent en une proportion d'environ 70 parties pour cent parties en poids à environ 90 parties pour cent parties en poids, et l'autre polymère caoutchouteux est présent en une proportion d'environ 10 parties pour cent parties en poids à environ 30 parties pour cent parties en poids.
7. Composition de caoutchouc pour bande de roulement de pneumatique selon la revendication 5, caractérisée en ce que le noir de carbone a une aire d'adsorption de bromure de cétyltriméthylammonium de 70 à 85.
8. Composition de caoutchouc pour bande de roulement de pneumatique selon la revendication 7, caractérisée en ce que le noir de carbone est présent en une proportion d'environ 30 parties pour cent parties en poids à environ 55 parties pour cent parties en poids.
9. Composition de caoutchouc pour bande de roulement de pneumatique selon la revendication 8, caractérisée en ce que le noir de carbone a un indice d'absorption de phtalate de dibutyle d'au moins 160 cm3/100 grammes.
10. Composition de caoutchouc pour bande de roulement de pneumatique selon la revendication 9, caractérisée en ce que le caoutchouc 1,4-polybutadiène à haute teneur en configuration cis est présent en une proportion d'environ 80 parties pour cent parties en~poids à environ 90 parties pour cent parties en poids, et l'autre polymère caoutchouteux est présent en une proportion d'environ 10 parties pour cent parties en poids à environ 20 parties pour cent parties en poids.
11 . Composition de caoutchouc pour bande de roulement de pneumatique selon la revendication 10, caractérisée en ce que le noir de carbone est présent en une proportion d'environ 40 parties pour cent parties en poids à environ 50 parties pour cent parties en poids.
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12. Composition de caoutchouc pour bande de roulement de pneumatique selon la revendication 3, caractérisée en ce que l'autre polymère caoutchouteux est un caoutchouc polyisoprène synthétique.
13. Composition de caoutchouc pour bande de roulement de pneumatique selon la revendication 9, caractérisée en ce que l'autre polymère caoutchouteux est un caoutchouc polyisoprène synthétique.
14. Composition de caoutchouc pour bande de roulement de pneumatique selon la revendication 3, caractérisée en ce que l'autre polymère caoutchouteux est un caoutchouc polybutadiène à teneur moyenne en vinyle.
15. Composition de caoutchouc pour bande de roulement de pneumatique selon la revendication 9, caractérisée en ce que l'autre polymère caoutchouteux est un caoutchouc polybutadiène à moyenne teneur en vinyle.
16. Composition de caoutchouc pour bande de roulement de pneumatique selon la revendication 3, caractérisée en ce que l'autre polymère caoutchouteux est un caoutchouc styrène-isoprène-butadiène.
17. Composition de caoutchouc pour bande de roulement de pneumatique selon la revendication 9, caractérisée en ce que l'autre polymère caoutchouteux est un caoutchouc styrène-isoprène-butadiène.
18. Pneumatique comprenant une carcasse de forme globalement toroïdale ayant une bande de roulement circonférentielle externe, deux talons espacés, au moins une nappe s'étendant d'un talon à l'autre et-des parois latérales s'étendant radialement à partir de ladite bande de roulement et la reliant auxdits talons, ladite bande de roulement étant destinée à entrer en contact avec le sol, caractérisé en ce que la bande de roulement est constituée d'une composition de caoutchouc pour bande de roulement de pneumatique selon la revendication 1.
19. Pneumatique selon la revendication 18, caractérisé en ce que le caoutchouc pour bande de roulement de pneumatique comprend, de plus, de la silice.
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20. Pneumatique selon la revendication 18, caractérisé en ce que le caoutchouc pour bande de roulement de pneumatique comprend, de plus, une huile plastifiante.
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