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WO2009000750A1 - Procédé de préparation d'un copolymère diénique à bloc polyéther, copolymère diénique à bloc polyéther, composition de caoutchouc renforcée et pneumatique - Google Patents

Procédé de préparation d'un copolymère diénique à bloc polyéther, copolymère diénique à bloc polyéther, composition de caoutchouc renforcée et pneumatique Download PDF

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Publication number
WO2009000750A1
WO2009000750A1 PCT/EP2008/057812 EP2008057812W WO2009000750A1 WO 2009000750 A1 WO2009000750 A1 WO 2009000750A1 EP 2008057812 W EP2008057812 W EP 2008057812W WO 2009000750 A1 WO2009000750 A1 WO 2009000750A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
diene
general formula
rubber composition
radical
elastomer
Prior art date
Application number
PCT/EP2008/057812
Other languages
English (en)
Inventor
Pierre Robert
Nicolas Seeboth
Jean-Michel Favrot
Philippe Chaboche
Original Assignee
Société de Technologie Michelin
Michelin Recherche Et Technique S.A.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Société de Technologie Michelin, Michelin Recherche Et Technique S.A. filed Critical Société de Technologie Michelin
Priority to PL08761237T priority Critical patent/PL2173789T3/pl
Priority to BRPI0813752A priority patent/BRPI0813752A8/pt
Priority to CN2008800224151A priority patent/CN101687999B/zh
Priority to US12/666,962 priority patent/US8492479B2/en
Priority to KR1020107002066A priority patent/KR101524623B1/ko
Priority to EP08761237.0A priority patent/EP2173789B1/fr
Priority to JP2010513861A priority patent/JP5629206B2/ja
Publication of WO2009000750A1 publication Critical patent/WO2009000750A1/fr

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Definitions

  • the present invention relates to a diene block copolymer comprising at least one polyether block, as well as to a process for its preparation.
  • This copolymer imparts to a reinforced rubber composition containing improved hysteretic properties in the vulcanized state, as well as advantageous processing properties in the green state.
  • the invention also relates to a tire incorporating such a composition. Since fuel savings and the need to preserve the environment have become a priority, it is desirable to produce mixtures with good mechanical properties and as low a hysteresis as possible so that they can be used in the form of fuel compositions. Rubbers usable for the manufacture of various semi-finished products for use in the composition of tire casings, such as, for example, underlays, sidewalls, treads, and for obtaining tires having a rolling resistance scaled down.
  • EP 0 778 311 B1 discloses the incorporation into rubber compositions comprising, as a reinforcing filler of silica, a majority of diene polymers carrying, chain end a silanol function or a polysiloxane block having a silanol end.
  • a functionalizing agent consisting of a cyclic polysiloxane, such as hexamethylcyclotrisiloxane, is used.
  • the functionalized polymers obtained can be separated from the reaction medium leading to their formation by steam extraction of the solvent, without their macrostructure and, consequently, their physical properties evolving.
  • these polymers which have an active silanol functional group for coupling to silica or surface-modified carbon black with silica, while imparting to the rubber compositions incorporating them an improvement in hysteresis and reinforcement, generally induce an aptitude for the implementation non-crosslinked mixtures which is penalized compared to that of non-functionalized "control" polymers.
  • Patent EP 1 127 909 B1 in the name of the applicant discloses a method of preparation and the use of a vulcanizable rubber composition of a polyether block copolymer at the end of the chain. This copolymer is intended to interact with the reinforcing inorganic filler so as to reduce the hysteresis of the mixture.
  • the process for preparing this copolymer comprises a method of grafting the complex polyether block in three steps: the functionalization of the ends of living polymer chains with a cyclic organosiloxane, the reaction of the living polymer thus functionalized on a dialkyldihalosilane and then the reaction of this functionalized polymer.
  • Si-X X being a halogen
  • Si-X with a polyethylene glycol in the presence of dimethylaminopyridine. It appears that the hysteresis properties of the rubber composition comprising the copolymer are significantly improved with respect to a composition comprising a non-functional elastomer, while allowing an improved implementation with respect to a composition comprising an end-functionalized elastomer. chain by a silanol function.
  • US Pat. No. 6,518,369 proposes a reinforced rubber composition containing a diene copolymer with a polyether block, as well as a process for preparing said copolymer.
  • the solution adopted consists in reacting living chains of diene elastomers with a specific polyether.
  • this rate remains low and unsatisfactory with the process described in this patent.
  • the grafting efficiency of the polyether block is determining for the quality of the interaction of the block copolymer with the reinforcing filler in a reinforced rubber composition, and therefore for the mechanical properties of this composition.
  • the object of the present invention is therefore to remedy this state of affairs.
  • one objective is to provide a modified diene polymer of simple preparation which satisfactorily interacts with the reinforcing filler of a rubber composition containing it in order to improve the mechanical properties of said composition.
  • This object is achieved in that the applicant has just discovered a diene block copolymer, at least one of whose blocks is a polyether, which can be used in a vulcanizable rubber composition, in particular for the manufacture of tire casings, as well as a simplified process for the preparation of this block diene copolymer which unexpectedly achieves a high degree of grafting of the polyether block onto the polymer chains.
  • This copolymer according to the invention makes it possible to significantly reduce, for the rubber composition, the container, in the crosslinked state, the hysteresis level and, in the non-crosslinked state, to optimize the ability to Implementation.
  • a rubber composition containing a block copolymer according to the invention is characterized by a hysteresis which is smaller than that which relates to these "control" compositions, as well as by an improved implementation compared to "control" rubber compositions based on end-functionalized diene polymer.
  • the subject of the invention is therefore a process for preparing a diene block copolymer of which at least one of said blocks consists of a polyether and at least one other of said blocks consists of a diene elastomer.
  • the invention also relates to a diene block copolymer of which at least one of said blocks consists of a polyether and at least one other of said blocks consists of a diene elastomer, obtainable by the process of the invention.
  • Another object of the invention is a reinforced rubber composition comprising this block diene copolymer.
  • the invention also relates to a tire incorporating such a composition.
  • the process according to the invention for preparing a diene block copolymer of which at least one of said blocks consists of a polyether and at least one other of said blocks consists of a diene elastomer, consists in reacting a first reagent, consisting of a living diene elastomer with a second reagent, consisting of a functionalizing agent having a functional polyether block of average molecular weight a number substantially from 150 to 5000 g / mol, preferably from 150 to 3000 g / mol and more preferably from 200 to 3000 g / mol, represented by the general formula I:
  • R 1 represents an alkyl hydrocarbon derivative Ci - C JS, C 6 - C 15 aralkyl or C 7 -C 15, of valency m, preferably R 1 represents an alkyl or alkylene radical Ci - C 4 and still more preferably R 1 is -CH 3 , -CH 2 -CH 2 -, -CH 2 CH (CH 3 ) - m is an integer of 1 to 4, preferably m is 1 or 2 so that a polyether block of the prepared diene block copolymer is in the middle of the polymer chain, and
  • R> 2 represents a C1-C10 alkylene radical, particularly the radical _JJJ _ CJJ _
  • R 4 represents a C 1 -C 50 alkyl, C 6 -C 50 aryl or C 7 -C 50 aralkyl radical, preferably a C 1 -C 10 alkyl radical, more preferably methyl,
  • each X represents, in an identical or different manner, at least one of groups chosen from a halogen atom, preferably a chlorine atom, and a group of formula - OR 5 in which R 5 represents a C 1 -C 6 alkyl radical; 1 - C 18 , cycloalkoxyl in
  • n is a number greater than 1, preferably less than 120 and more preferably a number of 2 to 60,
  • i is an integer of 0 to 2, preferably 0 or 1.
  • This functionalizing agent can either be purchased directly, as in the case of poly (oxy-1,2-ethanediyl), ⁇ -methyl- ⁇ - [3- (trichlorosilyl) propoxy (CAS number [36493- 41-1] which is marketed by the company ABCR under the reference SIM6492.66), or poly (oxy-1,2-ethanediyl), ⁇ -methyl- ⁇ - [3- (trimethoxysilyl) propoxy (of CAS number [65994- 07- 2] which is marketed by ABCR under the reference SIM6492.7), is prepared according to methods described in the literature consisting for example in carrying out a first allylation reaction of a polyethylene glycol in the presence of allyl bromide and a base such as potassium hydroxide, either in aqueous solution or in a biphasic medium or in an organic solvent such as tetrahydrofuran and then a hydrosilylation reaction for example using a platinum catalyst such as platinum complex (0) -1,3-div
  • the diene elastomeric block may be random, sequence or microsequenced.
  • This block may have any appropriate microstructure, which is a function of the particular conditions for carrying out the polymerization reaction, such as the presence or absence of a polar and / or randomizing agent and the amounts of polar and / or randomizing agent. employed.
  • diene elastomer any homopolymer obtained by polymerization of a conjugated diene monomer having 4 to 12 carbon atoms, or any copolymer obtained by copolymerization of one or more conjugated dienes with each other or with one or more vinylaromatic compounds having 8 to 8 carbon atoms. at 20 carbon atoms. In the case of copolymers, these contain from 20% to 99% by weight of diene units, and from 1 to 80% by weight of vinylaromatic units.
  • Conjugated dienes which can be used in the process according to the invention are especially suitable for 1,3-butadiene, 2-methyl-1,3-butadiene and 2,3-di (C 1 -C 5 alkyl) -1,3 butadiene such as, for example, 2,3-dimethyl-1,3-butadiene, 2,3-diethyl-1,3-butadiene, 2-methyl-3-ethyl-1,3-butadiene, 3-isopropyl-1,3-butadiene, phenyl-1,3-butadiene, 1,3-pentadiene, 2,4-hexadiene, etc.
  • vinylaromatic compounds are especially suitable styrene, ortho-, meta, para-methylstyrene, the commercial mixture "vinyltoluene", para-tert-butylstyrene, methoxystyrenes, vinylmesitylene, divinylbenzene, vinylnaphthalene, etc.
  • the diene block are polybutadienes, butadiene-styrene copolymers and butadiene-styrene-isoprene copolymers prepared in solution and polyisoprene.
  • the diene block is a butadiene-styrene copolymer prepared in solution.
  • polybutadienes and in particular those having a content (mol%) in units -1.2 of between 4% and 80% or those having a content (mol%) of cis-1,4 of greater than 80% are suitable, 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%) in -1,2 bonds of the butadiene part of between 4% and 75%, a content (mol%) of trans-1,4 bonds of between 10% and 80%, butadiene-isoprene copolymers and in particular those having an isoprene content of between 5% and 90% by weight and a Tg of -40 0 C to -80 0 C, isoprene-styrene copolymers and especially those having a styrene content of between 5% and 50% by weight and a Tg between -25 ° C and -50 ° C.
  • butadiene-styrene-isoprene copolymers are especially suitable those having a styrene content of between 5% and 50% by weight and more particularly between 10% and 40%, an isoprene content of between 15% and 60% by weight and more particularly between 20% and 50%, a butadiene content of between 5% and 50% by weight and more particularly between 20% and 40%, a content (mol%) in -1,2 units of the butadiene part of between 4% and 85%, a content (mol%) in trans-1,4 units of the butadiene part of between 6% and 80%, a content (mol%) in units -1,2 plus -3,4 of the isoprenic part of between 5% and 70% and a content (mol%) in trans units -1,4 of the isoprene part of between 10% and 50%, and more generally all butadiene-styrene-isoprene copolymer having a Tg of between -20 ° C. and -70 ° C
  • the living elastomer constituting the first reagent can be obtained in a manner known per se, anionically using a mono-or polyfunctional organometallic initiator.
  • an initiator containing an alkali metal such as lithium is used in a preferred manner.
  • Suitable organolithium initiators include those having one or more carbon-lithium bonds. Representative compounds are aliphatic organoliths such as ethyllithium, n-butyllithium (n-BuLi), isobutyl lithium, dilithium polymethylenes such as 1,4-dilithiobutane, etc. Monofunctional organolithium initiators are particularly preferred.
  • Lithium amides are also preferred initiators.
  • Lithium amide is obtained from an acyclic or cyclic secondary amine, in the latter case pyrrolidine and hexamethyleneimine are highly preferred; said amide may be rendered soluble in a hydrocarbon solvent by the combined use of a solvating agent, an ether for example, as described in FR 2,250,774.
  • the polymerization is preferably carried out in a manner known per se, in the presence of an inert solvent which may be for example an aliphatic or alicyclic hydrocarbon such as pentane, hexane, heptane, isooctane, cyclohexane, methylcyclohexane or an aromatic hydrocarbon such as benzene, toluene, xylene.
  • an inert solvent which may be for example an aliphatic or alicyclic hydrocarbon such as pentane, hexane, heptane, isooctane, cyclohexane, methylcyclohexane or an aromatic hydrocarbon such as benzene, toluene, xylene.
  • polar agents may be used, among which non-chelating polar agents of THF type and polar chelating agents having on at least two atoms at least one non-binder doublet, for example of the tetrahydrofurfuryl ethyl ether or tetramethylethylenediamine type.
  • the polymerization can be carried out continuously or discontinuously.
  • the polymerization is generally carried out at a temperature of between 20 ° C. and 120 ° C. and preferably in the region of 30 ° C. to 90 ° C.
  • the functionalization reaction of the living diene elastomer, obtained at the end of this polymerization step, can take place at a temperature of between -20 ° C. and 100 ° C., by addition of the functionalization agent of general formula I on living polymeric chains or vice versa.
  • This reaction can of course be carried out with one or more functionalization agent (s) corresponding to the general formula I.
  • the mixing of the living polymer with the functionalizing agent of general formula I may be carried out by any appropriate means, in particular with the aid of any mixer having a static type agitation and / or any perfectly agitated dynamic mixer known from the skilled person.
  • the latter determines the reaction time between the living diene polymer and the functionalization agent. For example, this time can be between 10 seconds and 2 hours.
  • the functionalization reaction can be continued by a known hydrolysis or alcoholysis step.
  • This hydrolysis or alcoholysis step may be carried out by adding the polymer solution to an aqueous solution or an alcohol-containing solution or conversely, adding the water or alcohol to the polymer solution.
  • This step may or may not be performed in the presence of a base or a buffer.
  • a base or a buffer For example, an amine such as triethylamine may be used.
  • the process may also comprise a step of intermediate functionalization of the living diene elastomer with a cyclic organosiloxane, for example hexamethylcyclotrisiloxane, which is carried out (as described in patent EP 0 778 311 B1). ) to obtain a polymer with a lithium silanolate end, before reaction with the functionalizing agent of general formula I.
  • a cyclic organosiloxane for example hexamethylcyclotrisiloxane
  • this intermediate functionalization makes it possible to limit the polysubstitution reactions in the case where the functionalizing agent of general formula I has several halogen reactive sites on the same atom. This intermediate functionalization is therefore advantageously implemented in this case.
  • the method of the invention may comprise, according to another variant, an additional functionalization, coupling and / or stellar step, known to those skilled in the art, using a compound other than a cyclic and different organosiloxane compound.
  • a functionalization agent of general formula I for example a coupling and / or starring agent comprising a group IV atom of the periodic table of elements, such as in particular a tin-based derivative.
  • Another variant of the invention consists in combining at least two of these variants.
  • Another subject of the invention is a diene block copolymer which comprises at least one polyether block having a number average molecular weight of substantially from 150 to 5000 g / mol, preferably from 150 to 3000 g / mol and more preferably from 200 to 3000.
  • g / mol represented by the general formula III
  • R 1 represents an alkyl hydrocarbon derivative Ci - Cis aryl, C 6 - C 15 aralkyl or C 7 -C 15, of valency m, preferably R 1 represents an alkyl or alkylene radical Ci - C 4 and even more preferably R 1 is -CH 3 , -CH 2 -CH 2 -, -CH 2 CH (CH 3 ) -
  • n is an integer from 1 to 4, preferably m is 1 or 2 so that a polyether block of the prepared diene block copolymer is in the middle of the chain, and
  • a ' represents, in an identical or different manner when m is different from 1, the group of general formula IV
  • R 2 represents a C 1 -C 10 alkylene radical, particularly the radical - CH - CH -
  • R 3 represents a C1-C50 alkyl hydrocarbon derivative, C 6 -C 50 aryl or divalent C 7 -C 50 aralkyl, preferably a C 1 -C 10 alkylene radical, more preferably propane-1, 3-diyl,
  • R 4 represents a C 1 -C 50 alkyl radical, C 6 -C 50 aryl or C 7 -C 50 aralkyl radical, preferably a C 1 -C 10 alkyl radical, more preferably methyl,
  • R 8 represents a hydrogen atom or a C 1 -C 18 alkyl, C 5 -C 18 cycloalkoxyl or C 6 -C 18 aryl radical, preferably C 1 -C 4 alkyl, more preferably R 8 represents an atom of hydrogen or a methyl or ethyl radical
  • n is a number greater than 1, preferably less than 120 and more preferably a number from 2 to 60, such that the polyether block has a number-average molecular weight of substantially from 150 to 5000 g / mol,
  • i is an integer of 0 to 2, preferably 0 or 1
  • k is an integer of 1 to 3, so that i + k ⁇ 3, preferably k is 1 or 2 and B represents the group - [(- O - Si R 9 R 10 ) q - P], in which R 9 and R 10 represent, independently of one another, a Ci - C 50 alkyl or C aryl radical; 6 - C 50 or C 7 -C 50 aralkyl, preferably a C 1 -C 10 alkyl radical, more preferably methyl, q is an integer of 0 to 10, preferably not zero, and more preferably q is 1, and P is a diene elastomer as defined above.
  • the diene block copolymer is a copolymer comprising at least three blocks, one of said blocks consisting of a polyether block located in the middle of the polymer chain. More preferably still, the diene block copolymer comprises three blocks.
  • k is 2.
  • the polyether block is located in the middle of the polymer chain and during this chain.
  • k is 1.
  • the polyether block is located in the middle of the polymer chain between two diene blocks in the chain.
  • i + k is 1 or 2.
  • the block copolymer of the invention then advantageously comprises at least one silanol or alkoxysilane function within the copolymer.
  • This block copolymer gives the reinforced rubber compositions containing it rubber properties, and in particular hysteretic properties, further improved due to a better interaction between the filler and the diene copolymer. This is particularly observed when the reinforcing filler comprises silica.
  • the diene block copolymer of the invention may also be, according to another variant of the invention, in the form of a blend (or mixture) with at least one diene elastomer, of the same nature as the diene blocks of the copolymer, modified by a functionalising agent, coupling and / or starring different from that represented by the general formula I.
  • a variant of the invention consists in combining at least two of these variants of the invention.
  • the diene block copolymer according to the invention can be obtained by implementing the preparation method described above.
  • the subject of the invention is also a reinforced rubber composition based on at least one block diene copolymer which is intended to interact with the reinforcing filler and which comprises at least one polyether block of number average molecular weight of substantially from 150 to 5000 g / mol, preferably from 150 to 3000 g / mol and more preferably from 200 to 3000 g / mol as described above.
  • a rubber composition according to the invention is obtained by mixing by means of a thermomechanical work of said block diene copolymer, on the one hand, with a reinforcing filler and, on the other hand, with appropriate additives for the obtaining a vulcanizable rubber composition.
  • said block copolymer is used in blending with another block copolymer according to the present invention and / or with one or more elastomers conventionally used in tire casings. and selected from natural rubber, synthetic diene elastomers, optionally coupled and / or star and / or still partially or fully functionalized with a functionalizing agent different from that used in the preparation method of the invention described above and represented by general formula I, synthetic elastomers other than diene, or polymers other than elastomers.
  • the improvement in the properties of the rubber composition according to the invention will be all the greater, as the proportion of said one or more conventional elastomers in the composition according to the invention will be smaller.
  • this or these conventional elastomers may, where appropriate, be present in the composition according to the invention in an amount ranging from 1 to 80 parts by weight per 100 parts by weight of diene block copolymer according to the invention comprising at least one block polyether bound to at least one diene block by at least one silicon atom.
  • a reinforcing filler it is possible to use any type of reinforcing filler known for its ability to reinforce a rubber composition which can be used for the manufacture of tires.
  • the reinforcing filler of the rubber composition according to the invention nevertheless contains at least one reinforcing inorganic filler.
  • this inorganic filler being capable of reinforcing on its own, without any other means than an intermediate coupling agent, a rubber composition intended for the manufacture of tires, in other words capable of replacing, in its function reinforcement, a conventional load of pneumatic grade carbon black.
  • a charge is generally characterized, in known manner, by the presence of hydroxyl groups (-OH) on its surface, thereby requiring the use of an agent or coupling system intended to ensure a stable bond between the elastomer and load.
  • said reinforcing inorganic filler is, wholly or at least predominantly, silica (SiO 2 ).
  • the silica used may be any reinforcing silica known to the skilled person, in particular any precipitated or pyrogenic silica having a BET surface area and a specific CTAB surface area both less than 450 m 2 / g, even if the highly dispersible precipitated silicas are preferred.
  • the BET surface area is determined in a known manner, according to the method of Brunauer-Emmet-Teller described in "The Journal of the American Chemical Society” Vol. 60, page 309, February 1938 and corresponding to the AFNOR standard NFT 45007 (November 1987); the CTAB surface area is the external surface determined according to the same standard AFNOR-NFT-45007 of November 1987.
  • highly dispersible silica is meant any silica having a very important ability to deagglomeration and dispersion in an elastomeric matrix, observable in known manner by electron or optical microscopy, thin sections.
  • Nonlimiting examples of such preferential highly dispersible silicas include Perkasil KS 430 silica from Akzo, BV 3380 silica from Degussa, Zeosil 1165 MP, 1135 MP and 1115 MP from Rhodia, Hi-SiI 2000 and Hi SiI EZ 150G silica from PPG, the Zeopol 8715, 8755 or 8745 silicas of the Huber Company as described in application WO 03/016387, treated precipitated silicas such as, for example, "doped” silicas "to aluminum described in EP A 735 088.
  • the physical state in which the reinforcing inorganic filler is present is indifferent, whether in the form of powder, microbeads, granules, or beads.
  • the term "reinforcing inorganic filler” is also understood to mean mixtures of different reinforcing inorganic fillers, in particular of highly dispersible silicas as described above.
  • As a reinforcing inorganic filler also highly dispersible alumina (Al 2 O 3) having a BET surface area ranging from 30 to 400 mVg, more preferably from 60 to 250 m 2 / g, an average particle size of at most 500 nm, is suitable.
  • the reinforcing filler of a rubber composition according to the invention may contain in admixture, in addition to the aforementioned reinforcing inorganic filler (s), an organic filler, such as carbon black and / or inert fillers (not reinforcing).
  • an organic filler such as carbon black and / or inert fillers (not reinforcing).
  • the reinforcing inorganic filler is present in the reinforcing filler in a mass fraction greater than 50% and up to 100%.
  • Suitable carbon blacks are all carbon blacks, especially blacks of the HAF, ISAF, SAF type conventionally used in tires and particularly in tire treads. By way of nonlimiting examples of such blacks, mention may be made of Nl 15, N134, N234, N339, N347 and N375 blacks.
  • Inert, non-reinforcing fillers are suitable for particles of clay, bentonite, talc, chalk, kaolin.
  • organic fillers other than carbon blacks
  • black / silica or partially or fully silica-coated blacks are suitable for forming the reinforcing filler.
  • Reinforcing fillers comprising carbon blacks covered at least in part by an inorganic layer, for example silica, which in turn require the use of a coupling agent to establish the bond with the elastomer, such as, for example, without limitation, the charges which are marketed by CABOT under the name "CRX 2000", and which are described in patent document WO 96/37547.
  • the mass fraction of this carbon black in said reinforcing filler is preferably chosen less than or equal to 30%.
  • the aforementioned properties of the composition according to the invention are all the more improved, that the reinforcing filler which it comprises contains a higher mass fraction in reinforcing inorganic filler, that is to say greater than 70%.
  • said properties are optimal when said composition contains only a reinforcing inorganic filler, for example silica, as a reinforcing filler. This latter case is therefore a preferred example of a rubber composition according to the invention.
  • the reinforcing inorganic filler is present in the composition of the invention in an amount of between 20 and 200 phr [phr: parts by weight per hundred parts of elastomer (s)], and preferably between 35 and 150 phr, the optimum being different according to the targeted applications.
  • the reinforcing filler of the rubber composition according to the invention contains a mass fraction greater than 50%, preferably greater than 70%, in reinforcing inorganic filler, for example silica, more particularly when this mass fraction is of 100%, the hysteresis properties of the vulcanized composition are all the more improved that, in the block copolymer of the invention, at least one silicon atom which binds a polyether block to at least one diene elastomer block carries a hydroxyl or alkoxy function.
  • This variant constitutes another preferential implementation of the rubber composition according to the invention.
  • the rubber composition according to the invention further comprises, in a conventional manner, a reinforcing inorganic filler / elastomer matrix.
  • binding agent is more specifically meant an agent capable of establishing a sufficient bond of a chemical and / or physical nature between the charge in question and the elastomer, while facilitating the dispersion of this charge within the elastomer matrix.
  • a binding agent at least bifunctional, has for example as simplified general formula "Y-T-X", in which:
  • Y represents a functional group ("Y" function) which is capable of binding physically and / or chemically to the inorganic filler, such a bond being able to be established, for example, between a silicon atom of the coupling agent and the surface hydroxyl groups (-OH) of the inorganic filler (for example surface silanols in the case of silica);
  • X ' represents a functional group ("X" "function) capable of bonding physically and / or chemically to the elastomer, for example via a sulfur atom;
  • T represents a divalent group making it possible to connect Y and X '.
  • the bonding agents should not be confused with simple charge-covering agents considered which, in a known manner, may have the active Y function with respect to the charge but lack the function X 'active vis-à-vis the charge. at- screw of the elastomer.
  • Any binding agent known for, or capable of effectively ensuring, in the tire rubber compositions used for the manufacture of tires, the bonding (or coupling) between an inorganic reinforcing filler such as silica and a diene elastomer may be used.
  • organosilanes in particular polysulfurized alkoxysilanes or mercaptosilanes, or else polyorganosiloxanes carrying the aforementioned X 'and Y functions.
  • Silica / elastomer bonding agents in particular, have been described in a large number of documents, the best known of which are bifunctional alkoxysilanes such as polysulfurized alkoxysilanes.
  • Polysulphurized silanes called “symmetrical” or “asymmetrical” silanes according to their particular structure, are especially used, as described for example in the applications WO 03/002648 (or US 2005/0016651) and WO 03/002649 (or US 2005 / 0016650), which details such known compounds.
  • n ' is an integer of 2 to 8 (preferably 2 to 5);
  • radicals R ' 1 substituted or unsubstituted, identical or different from each other, represent a C 1 -C 18 alkyl, C 5 -C 18 cycloalkyl or C 6 -C 18 aryl group (preferably C 1 -C 6 alkyl groups, cyclohexyl or phenyl, especially C1-C4 alkyl groups, more particularly methyl and / or ethyl);
  • the radicals R ' 2 substituted or unsubstituted, which are identical to or different from each other, represent a hydroxyl, C 1 -C 18 alkoxyl or C 5 -C 18 cycloalkoxyl (preferably C 1 -C 8 alkoxyl or C 5 -C 5 cycloalkoxyl) group; C8, more preferably C1-C4 alkoxyl groups, in particular methoxyl and / or ethoxyl).
  • n is a fractional number, preferably ranging from 2 to 5 and more preferably close to 4.
  • polysulfides especially disulfides, trisulphides or tetrasulphides
  • bis- (alkoxyl (Cl-C4) alkyl (Cl-C4) silylalkyl (Cl-C4)) for example bis (3 trimethoxysilylpropyl) or bis (3-triethoxysilylpropyl).
  • TESPT bis (3-triethoxysilylpropyl) tetrasulfide
  • TESPD bis (3-triethoxysilylpropyl) tetrasulfide
  • TESPD bis (3-triethoxysilylpropyl) tetrasulfide
  • TESPD bis (triethoxysilylpropyl) disulfide
  • MESPT bis (monoalkoxyl (C1-C4) dialkyl (C1-C4) silylpropyl) polysulfides (especially disulfides, trisulphides or tetrasulfides), more particularly tetrasulphide or bis (monoethoxydimethylsilylpropyl) disulfide (abbreviated as MESPT), as described in US Pat. patent application WO 02/083782 (or US 2004/0132880) in the name of the applicants.
  • binding agents other than the above-mentioned polysulphide alkoxysilanes
  • POS polyorganosiloxanes
  • polysulfides of hydroxysilane as described in applications WO 02/30939 (or US Pat. No. 6,774,255) and WO 02/31041 5 or US 2004/051210)
  • silanes or POS carriers azo-dicarbonyl groups as described for example in patent applications WO 2006/125532, WO 2006/125533 and WO 2006/125534.
  • the level of binding agent is advantageously less than 20 phr, it being understood that it is generally desirable to use as little as possible. Its level is preferably between 0.5 and 12 phr, more preferably from 3 to 10 phr, in particular from 4 to 7 phr.
  • compositions in accordance with the invention also comprise, besides said block diene copolymer according to the invention, and said reinforcing inorganic filler, plasticizers, pigments, antioxidants, anti-fatigue agents, anti-ozonating waxes, adhesion promoters, reinforcing or plasticizing resins, for example as described in WO02 / 10269, peroxides and or bismaleimides, acceptors (for example phenolic novolac resin) or methylene donors (for example HMT or H3M ), a crosslinking system based on either sulfur and / or peroxide and / or bismaleimides, crosslinking activators comprising zinc monoxide and stearic acid, guanidine derivatives (in particular diphenylguanidine), extension, one or more silica overcoating agents such as alkoxysilanes, polyols, or amines.
  • plasticizers for example phenolic novolac resin
  • acceptors for example phenolic
  • compositions may be such that said block diene copolymer according to the invention is extended to an aromatic or non-aromatic or very weakly aromatic oil chosen from the group consisting of a paraffinic oil, naphthenic oil, MES oil, TDAE oil. , glycerol esters, hydrocarbon plasticizing resins having a high Tg preferably greater than 25 0 C and mixtures of such plasticizers, with an amount of extender oil of between 0 and 50 phr.
  • aromatic or non-aromatic or very weakly aromatic oil chosen from the group consisting of a paraffinic oil, naphthenic oil, MES oil, TDAE oil.
  • glycerol esters hydrocarbon plasticizing resins having a high Tg preferably greater than 25 0 C and mixtures of such plasticizers, with an amount of extender oil of between 0 and 50 phr.
  • the vulcanizable rubber composition according to the invention may be prepared according to a process comprising the following steps:
  • thermomechanical working time (sometimes referred to as a "non-productive" phase) of the necessary basic constituents, with the exception of the crosslinking composition, said composition comprising at least one block diene copolymer according to the invention and a reinforcing filler, then (ii) the production, at a temperature below said maximum temperature of said first time, preferably below 120 ° C., of a second mechanical working time during which said crosslinking system is incorporated,
  • This process may also comprise, prior to carrying out steps (i), (ii) and (iii) above, the steps of the preparation of the diene block copolymer according to the process of the invention, namely, in a first step the reaction of the monomer (s) in the presence or absence of an inert hydrocarbon solvent in the presence or absence of a polar agent with a polymerization initiator, to form a living diene elastomer and the reaction in a second step of said living elastomer with the functionalizing agent of the general formula I to obtain the diene block copolymer.
  • the preparation of the diene block copolymer can be carried out in accordance with the various variants of the process of the invention described above.
  • the invention also relates to a tire which incorporates in at least one of its constituent elements a rubber composition such as that mentioned above, and more particularly the semi-finished articles of a tire which comprise this composition. Because of the reduced hysteresis which characterizes a rubber composition according to the invention in the vulcanized state, it will be noted that a tire whose tread comprises said composition has a rolling resistance advantageously reduced.
  • the invention therefore also relates to a tire tread which is such that it comprises a crosslinkable or crosslinked rubber composition such as that mentioned above, or which is such that it consists of this composition.
  • SEC Size Exclusion Chromatography
  • the apparatus used is a "WATERS alliance" chromatograph.
  • the elution solvent is tetrahydrofuran and the system temperature is 35 ° C.
  • Two sets of columns and corresponding chromatographic conditions can then be used: 1 - A set of four WATERS columns in series, of commercial denominations
  • STYRAGEL HT6E with a flow rate of 1 ml / min.
  • the injected volume of the solution of the polymer sample is 100 ⁇ l.
  • the detector is a WATERS 2410 differential refractometer and the chromatographic data logging software is the WATERS EMPO WER system.
  • the calculated average molar masses relate to a calibration curve produced for SBRs of microstructure as follows: 25% by weight of styrene type units, 23% by mass of type 1-2 units and 50% by mass of type 1-4 trans units.
  • Mooney ML (1 + 4) viscosities at 100 ° C. are measured according to ASTM D 1646.
  • the NMR analyzes are carried out on a BRUKER 500 MHz spectrometer equipped with a BBIz 5 mm broadband probe.
  • 1 H quantitative the sequence uses a 30 ° pulse and a repetition time of 2 seconds.
  • the samples are solubilized in carbon disulfide (CS 2 ).
  • 100 ⁇ l of deuterated cyclohexane (C O D I2 ) are added for the lock signal.
  • the 1 H- 29 Si 2D NMR spectrum makes it possible to verify the nature of the function by virtue of the chemical shift values of the silicon nuclei and the protons in the neighborhood 2 J (via 2 links).
  • NIR Near-infrared spectroscopy
  • the acquisition of the spectrum is carried out in transmission mode between 4000 and 6200 cm “1 with a resolution of 2 cm “ 1 , using a Bruker Tensor 37 Fourier transform infrared near-infrared spectrometer equipped with a cooled InGaAs detector. by Peltier effect.
  • the inherent viscosity is determined by measuring the flow time t of the polymer solution and the flow time to toluene in a capillary tube.
  • Example 2 Poly (oxy-1,2-ethanediyl), ⁇ -methyl- ⁇ - [3- (trichlorosilyl) propoxy of CAS number [36493-41-1]
  • Example 3 Poly (oxy-1,2-ethanediyl), ⁇ -methyl- ⁇ - [3- (dichloromethylsilyl) propoxy of CAS number [138748-63-7] Under an inert atmosphere, 4.8 g of polyethylene glycol allyl methyl ether of Example 1 dissolved in 10 ml of anhydrous diethyl ether are added 2.4 ml of a solution of hexachloroplatinic acid at 15 g. 1 " in tetrahydrofuran and 4.95 g of dichloromethylsilane The solution is stirred for 17h at room temperature and the solvents and excess reagent are evaporated under reduced pressure 6.4 g of a yellow oil are collected (yield: 95% ).
  • Example 4 Poly (oxy-1,2-ethanediyl), ⁇ -methyl- ⁇ - [3- (chlorodimethylsilyl) propoxy of CAS number [275373-96-1]
  • Example 8 Poly (oxy-1,2-ethanediyl), ⁇ - [3- (chlorodimethylsilyl) propyl] - ⁇ - [3- (chlorodimethylsilyl) propoxy]
  • the conversion rate of the monomers reaches 95%. This level is determined by weighing an extract dried at 110 ° C., under the reduced pressure of 200 mmHg. A control sample is then taken from the reactor and then stopped with an excess of methanol relative to lithium. The inherent viscosity ("initial" viscosity), which is measured at 25 ° C. at 0.1 g / dl in toluene, is 1.01 dl / g. The molecular weight Mn of this control, determined by the SEC technique, is 82000 g / mol, the Ip is 1.10.
  • the polymer is then subjected to an antioxidant treatment by adding 0.8 parts per hundred parts of elastomers (phr) of 4,4'-methylene-bis-2,6-tert-butylphenol and 0.2 parts per cent elastomer parts (phr) of N- (1,3-dimethylbutyl) -N'-phenyl-p-phenylenediamine.
  • the copolymer thus treated is separated from its solution by a stripping operation with steam, then it is dried on a roll tool at 100 ° C. for 15 minutes and finally in an oven at 60 ° C. under a stream of nitrogen.
  • the molecular weight Mn of this block copolymer determined by the SEC technique, is 178,000 g / mol and the Ip is 1.39.
  • the mathematical decomposition of the SEC chromatogram into Gaussian sum indicates the presence of a population of uncoupled linear chains in a proportion 15% by weight.
  • the polyether content determined by 1 H NMR for copolymer A is 3.7 mmol / kg which, taking into account the theoretical molecular weight Mn of the diene polymer and that of the polyethylene glycol block, corresponds to a degree of functionalization by the polyether block. about 87%.
  • this copolymer A is determined by the NIR method: the mass ratio of 1,4-trans units is 20,8%, that of 1,4-cis units is 19,2% and that of units 1, 2 is 60% (each of these three rates refers to butadiene units).
  • the mass content of styrene is 27%.
  • the "final” inherent amount measured is 1.65 dl / g
  • the viscosity jump defined as the ratio of said "final” viscosity to said "initial” viscosity, is here 1.72
  • the ML viscosity of the polymer thus coupled The polymer is then subjected to antioxidant treatment by the addition of 0.8 parts per hundred parts of elastomers (phr) of 4,4'-methylene-bis-2,6-tert-butylphenol and 0, 2 parts per hundred parts elastomers (phr) of N- (1,3-dimethylbutyl) -N'-phenyl-p-phenylenediamine.
  • the rate of polyether determined by 1 H NMR for the copolymer B is 4.1 mmol / kg, which, given the theoretical molecular mass Mn of the diene polymer and that of the polyethylene glycol block corresponds to a degree of functionalization by the polyether block about 88%.
  • the microstructure of this copolymer B is determined by the NIR method: the mass ratio of 1,4-trans units is 20.9%, that of 1,4-cis units is 19.2% and that of units 1, 2 is 60% (each of these three rates refers to butadiene units). The mass content of styrene is 25%.
  • the polymer is then subjected to an antioxidant treatment by addition.
  • the copolymer thus treated is separated from its solution by a stripping operation with steam, then it is dried on a roll tool at 100 ° C. for 15 minutes and finally in an oven at 60 ° C. under a stream of nitrogen.
  • the molecular weight Mn of this block copolymer is 151,000 g / mol and the Ip is 1.23.
  • the mathematical decomposition of the chromatogram SEC in sum of Gaussians indicates the presence of a population of uncoupled linear chains in a proportion of 20% by mass .
  • the polyether content determined by 1 H NMR for the copolymer C is 4.21 mmol / kg which, taking into account the theoretical molecular weight Mn of the diene polymer and that of the polyethylene glycol block, corresponds to a degree of functionalization by the polyether block. about 93%.
  • this copolymer C is determined by the NIR method: the mass ratio of 1,4-trans units is 20.2%, that of 1,4-cis units is 18.3% and that of 1,2 units is 62%. % (each of these three rates refers to butadiene units). The mass content of styrene is 25%.
  • the conversion rate of the monomers reaches 92%. This level is determined by weighing an extract dried at 110 ° C., under the reduced pressure of 200 mmHg. 635 mL of solution of hexamethylcyclotrisiloxane 0.0253 mol L "1 in methylcyclohexane are then added.
  • the polymer After 30 min at 60 0 C, the polymer is subjected to an antioxidizing treatment by addition of 0.8 parts per hundred parts of elastomer (p) 4,4'-methylenebis-2,6-tert-butylphenol and 0.2 parts per hundred parts of N- (1,3-dimethylbutyl) -N'-phenyl elastomers (phr) p-phenylenediamine.
  • the copolymer thus treated is separated from its solution by a stripping operation with steam, then it is dried on a roll tool at 100 ° C. for 15 minutes and finally in an oven at 60 ° C. under a stream of nitrogen.
  • the ML viscosity of the copolymer is 58.
  • microstructure of this copolymer D is determined by the NIR method:
  • the conversion rate of the monomers reaches 92%. This level is determined by weighing an extract dried at 110 ° C., under the reduced pressure of 200 mmHg. 0.55 L of a solution of methanol at 0.15 mol.L -1 in toluene is then added, the inherent viscosity, which is measured at 25 ° C.
  • the polymer is then subjected to an antioxidant treatment by adding 0.8 parts per hundred parts of elastomers (phr) of 4,4'-methylene-bis-2,6-tert-butylphenol and 0 2 parts per hundred parts of elastomers (phr) of N- (1,3-dimethylbutyl) -N'-phenyl-p-phenylenediamine
  • the copolymer thus treated is separated from its solution by a steam stripping operation of water, then it is dried on a roll tool at 100 ° C. for 15 minutes and finally in an oven at 60 ° C. under a stream of nitrogen
  • the ML viscosity of the copolymer is 54 ° C.
  • the molecular weight M n of this copolymer is 158 000 g / mol and I l I p is 1.09.
  • this copolymer E is determined by the NIR method: the mass ratio of 1,4-trans units is 20%, that of 1,4-cis units is 19% and that of 1,2 units is 61%. % (each of these three rates refers to butadiene units). The mass content of styrene is 26%.
  • the loss at 60 ° C. a loss of energy at 60 ° C. by energy-imposed rebound measured at the sixth shock.
  • the value, expressed in%, is the difference between the energy supplied and the energy returned, relative to the energy supplied.
  • the four elastomers SBR A, SBR B, SBR D and SBR E have been used for the preparation of tread-type rubber compositions A, B, D and E, each comprising silica as a filler. reinforcing.
  • tread-type rubber compositions A, B, D and E each comprising silica as a filler. reinforcing.
  • Each of these compositions A, B, D and E has the following formulation
  • compositions are performed, firstly, by a thermomechanical work, then, in a second finishing time, by mechanical work.
  • thermomechanical working step is carried out for 4 to 5 minutes, until a maximum temperature of about 160 ° C. falls.
  • thermomechanical work is thus achieved, it being specified that the average speed of the pallets during this first time is 45 rpm.
  • compositions thus obtained are then calendered, either in the form of plates (with a thickness ranging from 2 to 3 mm) or thin rubber sheets, for the measurement of their physical or mechanical properties, or in the form of directly usable profiles, after cutting and / or assembly to the desired dimensions, for example as semi-finished products for tires, in particular for treads.
  • the crosslinking is carried out at 150 ° C. for 40 min. The results are shown in Table 1 below.
  • composition A B D E Composition A B D E
  • compositions A and B according to the invention have “mixture” Mooney values which are lower than that of the composition E based on a non-functional elastomer.
  • Compositions A and B according to the invention have “mixture” Mooney values which are very much lower than that of composition D based on an elastomer which comprises an SiOH function at the end of the chain.
  • the elastomers A and B which comprise a polyether block and at least one SiOH function in the middle of the chain according to the invention make it possible to very clearly improve the implementation in the non-crosslinked state with respect to the functional SiOH elastomer. chain on the one hand and make it possible to slightly improve the implementation in the uncrosslinked state with respect to the non-functional elastomer on the other hand.
  • the ratio MA300 / MA100 of the compositions A and B according to the invention is clearly greater than that of the composition E based on a non-functional elastomer.
  • the elastomers A and B which comprise a polyether block and at least one SiOH function in the middle of the chain according to the invention make it possible to improve the reinforcement with respect to the non-functional elastomer.
  • the values of Delta G * and tan ⁇ max of the composition A according to the invention are lower than those of the composition D based on an elastomer which comprises an SiOH function at the end of the chain.
  • Elastomer A which comprises a polyether block and two middle chain SiOH functions according to the invention, makes it possible to improve the hysteretic properties with respect to the elastomer D which comprises a SiOH function at the end of the chain.
  • the value of tan ⁇ max of the composition B according to the invention is lower than that of the composition D based on an elastomer which comprises an SiOH function at the end of the chain.
  • the elastomer B which comprises a polyether block and a SiOH function in the middle of the chain according to the invention makes it possible to improve the hysteretic properties with respect to the elastomer D which comprises an SiOH function at the end of the chain.
  • the values of Delta G * and tan ⁇ max of the compositions A and B according to the invention are very much lower than those of the composition E based on a non-functional elastomer.
  • the elastomers A and B which comprise a polyether block and at least one SiOH function in the middle of the chain according to the invention make it possible to very significantly improve the hysteretic properties with respect to the non-functional elastomer.
  • compositions A and B according to the invention based on elastomers which comprise a polyether block and at least one SiOH function in the middle of the chain have rubber properties in the non-crosslinked state and the crosslinked state which are improved over those of the composition D based on an elastomer which comprises a SiOH function at the end of the chain because of a very significantly improved processability and a slightly reduced hysteresis.
  • compositions A and B according to the invention based on elastomers which comprise a polyether block and at least one SiOH function in the middle of the chain have rubber properties in the non-crosslinked state and the crosslinked state which are improved over those of the composition E based on a non-functional elastomer due to a significantly reduced hysteresis and a slightly improved processability.

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Abstract

L'invention concerne un procédé de préparation simplifié d'un copolymère diénique à blocs, fonctionnalisé ou non, comportant au moins un bloc polyéther de masse moléculaire moyenne en nombre sensiblement de 150 à 5000 g/mol lié à au moins un bloc constitué d'un élastomère diénique par au moins un atome de silicium. Le procédé selon l'invention permet un taux de greffage élevé du polyéther sur les chaînes de polymère. La présente invention concerne également une composition de caoutchouc renforcée, notamment destinée à la fabrication de pneumatiques, comprenant un tel copolymère diénique à blocs qui est destiné à interagir avec la charge renforçante. Une composition de caoutchouc selon l'invention présente des propriétés hystérétiques améliorées à l'état vulcanisé, tout en conservant des propriétés de mise en oeuvre satisfaisantes à l'état non vulcanisé.

Description

Procédé de préparation d'un copolymère diénique à bloc polyéther, copolymère diénique à bloc polyéther, composition de caoutchouc renforcée et pneumatique.
La présente invention concerne un copolymère diénique à blocs comprenant au moins un bloc polyéther, ainsi que son procédé de préparation. Ce copolymère confère à une composition de caoutchouc renforcée le contenant des propriétés hystérétiques améliorées à l'état vulcanisé, ainsi que des propriétés de mise en œuvre intéressantes à l'état cru. L'invention concerne également un pneumatique incorporant une telle composition. Depuis que les économies de carburant et la nécessité de préserver l'environnement sont devenues une priorité, il est souhaitable de produire des mélanges possédant de bonnes propriétés mécaniques et une hystérèse aussi faible que possible afin de pouvoir les mettre en œuvre sous forme de compositions de caoutchouc utilisables pour la fabrication de divers produits semi-finis entrant dans la composition d'enveloppes de pneumatique, tels que par exemple des sous-couches, des flancs, des bandes de roulement, et afin d'obtenir des pneumatiques possédant une résistance au roulement réduite.
La réduction de l'hystérèse des mélanges est un objectif permanent qui doit toutefois se faire en conservant l'aptitude à la mise en oeuvre des mélanges.
Pour atteindre l'objectif de baisse d'hystérèse, de nombreuses solutions ont déjà été expérimentées. En particulier, on peut citer la modification de la structure des polymères et des copolymères diéniques en fin de polymérisation au moyen d'agents de fonctionnalisation, de couplage ou d'étoilage dans le but d'obtenir une bonne interaction entre le polymère ainsi modifié et la charge, qu'il s'agisse du noir de carbone ou d'une charge inorganique renforçante. Dans le cadre de mélange contenant une charge inorganique renforçante, il a été proposé d'utiliser des polymères diéniques fonctionnalisés à la place des polymères non fonctionnalisés qui étaient antérieurement utilisés, et en particulier des polymères fonctionnalisés par des dérivés alkoxysilanes.
A titre d'illustration de cet art antérieur relatif à des charges inorganiques renforçantes, on peut par exemple citer le brevet américain US-A-5 066 721, qui décrit une composition de caoutchouc comprenant un polymère diénique fonctionnalisé par un alkoxysilane ayant au moins un reste alkoxyle non hydrolysable en mélange avec de la silice.
Un inconvénient de ces réactions de fonctionnalisation par un dérivé alkoxysilane réside dans la mise en oeuvre ultérieure de l'opération de stripping à la vapeur d'eau, qui est nécessaire pour éliminer le solvant de polymérisation.
En effet, d'une manière générale, l'expérience montre que les polymères fonctionnalisés obtenus subissent des évolutions de macrostructure lors de cette opération de stripping, ce qui conduit à une sévère dégradation de leurs propriétés, à moins de se limiter à utiliser à titre d'agent de fonctionnalisation un alkoxysilane appartenant à une famille restreinte, telle que celle qui est décrite dans le document précité US-A-5 066 721.
C'est la raison pour laquelle des recherches ont été menées sur d'autres réactions de fonctionnalisation, toujours en vue de l'obtention de telles compositions de caoutchouc.
A titre d'exemple, on peut citer le brevet EP 0 778 311 Bl au nom de la demanderesse, qui divulgue l'incorporation à des compositions de caoutchouc comprenant à titre de charge renforçante de la silice à titre majoritaire, de polymères diéniques portant en extrémité de chaîne une fonction silanol ou un bloc polysiloxane ayant une extrémité silanol. On utilise par exemple un agent de fonctionnalisation constitué d'un polysiloxane cyclique, tel que l'hexaméthylcyclotrisiloxane. Les polymères fonctionnalisés obtenus peuvent être séparés du milieu réactionnel conduisant à leur formation par extraction à la vapeur d'eau du solvant, sans que leur macrostructure et, par conséquent, leurs propriétés physiques n'évoluent.
On a pu établir que ces polymères confèrent des propriétés de caoutchouterie, notamment hystérétiques et de renforcement à l'état réticulé, qui sont améliorées par rapport à celles de compositions témoins à base de polymères diéniques non fonctionnalisés, et qui sont au moins analogues à celles de compositions à base de polymères diéniques comprenant une fonction alkoxysilane.
Cependant, ces polymères, qui comportent un groupe fonctionnel silanol actif pour un couplage à de la silice ou à du noir de carbone modifié en surface par de la silice, bien que conférant aux compositions de caoutchouc les incorporant une amélioration des propriétés d'hystérèse et de renforcement, induisent généralement une aptitude à la mise en oeuvre des mélanges non réticulés qui est pénalisée par rapport à celle de polymères " témoins " non fonctionnalisés.
On a donc recherché d'autres moyens de diminution de l'hystérèse qui permettent une meilleure mise en oeuvre des mélanges. Le brevet EP 1 127 909 Bl au nom de la demanderesse divulgue un procédé de préparation et l'utilisation en composition de caoutchouc vulcanisable d'un copolymère à bloc polyéther en bout de chaîne. Ce copolymère est destiné à interagir avec la charge inorganique renforçante de manière à diminuer l'hystérèse du mélange. Le procédé de préparation de ce copolymère comprend une méthode de greffage du bloc polyéther complexe en trois étapes : la fonctionnalisation des extrémités de chaînes polymériques vivantes par un organosiloxane cyclique, la réaction du polymère vivant ainsi fonctionnalisé sur un dialkyldihalogénosilane puis la réaction de ce polymère fonctionnalisé Si-X (X étant un halogène) avec un polyéthylène glycol en présence de diméthylaminopyridine. Il apparaît que les propriétés d'hystérèse de la composition de caoutchouc comprenant le copolymère sont signifïcativement améliorées par rapport à une composition comprenant un élastomère non fonctionnel, tout en permettant une mise en œuvre améliorée par rapport à une composition comprenant un élastomère fonctionnalisé en bout de chaîne par une fonction silanol.
Le brevet US 6,518,369 propose une composition de caoutchouc renforcée contenant un copolymère diénique à bloc polyéther, ainsi qu'un procédé de préparation dudit copolymère. La solution retenue consiste à faire réagir des chaînes vivantes d'élastomères diéniques sur un polyéther spécifique. Bien que proposant une amélioration du taux de greffage du polyéther sur les chaînes de polymère préparé en solution, ce taux reste faible et insatisfaisant avec le procédé décrit dans ce brevet. Or, le rendement de greffage du bloc polyéther est déterminant pour la qualité de l'interaction du copolymère à blocs avec la charge renforçante dans une composition de caoutchouc renforcée, et donc pour les propriétés mécaniques de cette composition.
Le but de la présente invention est donc de remédier à cet état de fait. Notamment, un objectif est de proposer un polymère diénique modifié de préparation simple et qui interagit de manière satisfaisante avec la charge renforçante d'une composition de caoutchouc le contenant afin d'améliorer les propriétés mécaniques de ladite composition. Ce but est atteint en ce que la demanderesse vient de découvrir un copolymère diénique à blocs, dont l'un au moins de ses blocs est un polyéther, utilisable en composition de caoutchouc vulcanisable, notamment pour la fabrication d'enveloppes de pneumatiques, ainsi qu'un procédé simplifié pour la préparation de ce copolymère diénique à blocs qui permet d'atteindre de manière inattendue un taux de greffage élevé du bloc polyéther sur les chaînes de polymère. Ce copolymère selon l'invention permet de réduire d'une manière significative pour la composition de caoutchouc le contenant, à l'état réticulé, le niveau d'hystérèse et, à l'état non réticulé, d'optimiser l'aptitude à la mise en œuvre.
En particulier, en prenant comme référence les hystérèses de compositions de caoutchouc " témoins " contenant des élastomères diéniques non fonctionnalisés ou encore fonctionnalisés en bout de chaîne par un silanol, une composition de caoutchouc contenant un copolymère à blocs selon l'invention est caractérisée par une hystérèse qui est plus réduite que celle qui est relative à ces compositions " témoins ", ainsi que par une mise en œuvre améliorée par rapport aux compositions de caoutchouc " témoins " à base de polymère diénique fonctionnalisé en bout de chaîne.
L'invention a donc pour objet un procédé de préparation d'un copolymère diénique à blocs dont un au moins desdits blocs est constitué d'un polyéther et au moins un autre desdits blocs est constitué d'un élastomère diénique.
L'invention a également pour objet un copolymère diénique à blocs dont un au moins desdits blocs est constitué d'un polyéther et au moins un autre desdits blocs est constitué d'un élastomère diénique, susceptible d'être obtenu par le procédé de l'invention.
Un autre objet de l'invention est une composition de caoutchouc renforcée comprenant ce copolymère diénique à blocs.
L'invention a aussi pour objet un pneumatique incorporant une telle composition. Le procédé selon l'invention, permettant de préparer un copolymère diénique à blocs dont l'un au moins desdits blocs est constitué d'un polyéther et au moins un autre desdits blocs est constitué d'un élastomère diénique, consiste à faire réagir un premier réactif, constitué d'un élastomère diénique vivant avec un deuxième réactif, constitué d'un agent de fonctionnalisation ayant un bloc polyéther fonctionnel de masse moléculaire moyenne en nombre sensiblement de 150 à 5000 g/mol, de préférence de 150 à 3000 g/mol et plus préférentiellement de 200 à 3000 g/mol, représenté par la formule générale I:
R1^A)1n
dans laquelle,
R1 représente un dérivé hydrocarboné alkyle en Ci - CJS, aryle en C6 - C15 ou aralkyl en C7-C15, de valence m, de préférence R1 représente un radical alkyle ou alkylène en Ci - C4 et encore plus préférentiellement R1 est -CH3, -CH2-CH2-, -CH2CH(CH3)- m est un nombre entier de 1 à 4, de préférence m vaut 1 ou 2 de manière à ce qu'un bloc polyéther du copolymère diénique à blocs préparé se situe en milieu de chaîne polymérique, et
A représente, de manière identique ou différente lorsque m est différent de 1, le groupe de formule générale II
Figure imgf000006_0001
Formule II
dans laquelle,
R > 2 représente un radical alkylène en C1-C10, particulièrement le radical _ CJJ _ CJJ _
I I
R6 R7 dans lequel R6 et R7 sont, indépendamment l'un de l'autre, un atome d'hydrogène ou un radical alkyle en C1-C4, de préférence R2 est un radical éthylène ou propylène, plus préférentiellement éthylène, R représente un dérivé hydrocarboné alkyl en Ci - C50, aryle en C6 - C50 ou aralkyle en C7 - C50 divalent, de préférence un radical alkylène en Ci - C10, plus préférentiellement propane- 1 ,3-diyl,
R4 représente un radical alkyle Ci - C50, aryle en C6 - C50 ou aralkyle en C7 - C50, de préférence un radical alkyle en Ci - C10, plus préférentiellement méthyle,
chaque X représente, de manière identique ou différente, l'un au moins des groupes choisis parmi un atome d'halogène, de préférence un atome de chlore, et un groupe de formule - OR5 dans laquelle R5 représente un radical alkyle en C1 - C18, cycloalkoxyle en
C5-C18 ou aryle en C6 - C18, de préférence un radical alkyle en C1-C4, plus préférentiellement méthyle ou éthyle,
n est un nombre supérieur à 1, de préférence inférieur à 120 et plus préférentiellement un nombre de 2 à 60,
i est un nombre entier de 0 à 2, de préférence 0 ou 1.
L'homme du métier comprendra aisément à la lecture des formules I et II ci-dessus qu'il existe, selon la valence de R1, au moins un et au plus quatre groupe(s) A, identiques ou différents, dans le(s)quel(s) il existe au moins un et au plus trois groupe(s) X, identiques ou différents, lié(s) au bloc polyéther par l'atome de silicium.
Parmi les agents de fonctionnalisation répondant à la formule générale I, on peut citer par exemple, le poly(oxy-l,2-ethanediyl),α-methyl-ω-[3-(trichlorosilyl)propoxy (de numéro CAS [36493-41-1] qui est commercialisé par la société ABCR sous la référence SIM6492.66), le poly(oxy-l,2-ethanediyl),α-methyl-ω-[3-(trimethoxysilyl)propoxy (de numéro CAS [65994-07-2] qui est commercialisé par la société ABCR sous la référence SIM6492.7), le poly(oxy-l,2-ethanediyl), α-[3-(ethoxydimethylsilyl)propyl]-ω-[3-(ethoxy- dimethylsilyl)propoxy] (de numéro CAS [164149-58-0]), le poly(oxy-l,2-ethanediyl), α- [3-(dimethoxymethylsilyl)propyl]-ω-[3-(dimethoxymethylsilyl)propoxy] (de numéro CAS [124417-81-8]), le poly(oxy-l,2-ethanediyl), α-[3-(dichloromethylsilyl)propyl]-ω-[3- (dichloromethylsilyl)propoxy] (de numéro CAS [123863-84-3]), le poly(oxy-l,2- ethanediyl), α-[3-(methoxydimethylsilyl)propyl]-ω-[3-(methoxydimethylsilyl)propoxy] (de numéro CAS [123863-83-2]), le poly(oxy-l,2-ethanediyl), α-[3- (diethoxymethylsilyl)propyl]-ω-[3-(diethoxymethylsilyl)propoxy] (de numéro CAS [123293-22-1]), le poly[oxy(methyl-l,2-ethanediyl)], α-[3-(dichloromethylsilyl)propyl]-ω- [3-(dichloromethylsilyl)propoxy] (de numéro CAS [64596-52-7])
Cet agent de fonctionnalisation peut être soit acheté directement, comme dans le cas du poly(oxy-l,2-ethanediyl),α-methyl-ω-[3-(trichlorosilyl)propoxy (de numéro CAS [36493- 41-1] qui est commercialisé par la société ABCR sous la référence SIM6492.66), ou du poly(oxy-l,2-ethanediyl),α-methyl-ω-[3-(trimethoxsilyl)propoxy (de numéro CAS [65994- 07-2] qui est commercialisé par la société ABCR sous la référence SIM6492.7), soit préparé selon des méthodes décrites dans la littérature consistant par exemple à réaliser une première réaction d'allylation d'un polyéthylène glycol en présence de bromure d'allyle et d'une base telle que l'hydroxyde de potassium, soit en solution aqueuse, soit dans un milieu biphasique soit encore dans un solvant organique comme le tétrahydrofurane puis une réaction d'hydrosilylation par exemple en utilisant un catalyseur au platine tel que le complexe platine(0)-l,3-divinyl-l,l,3,3-tetramethyldisiloxane ou l'acide hexachloroplatinique, en présence d'un silane tel que le chlorodiméthylsilane, le dichloromethylsilane (cette préparation est décrite dans la demande de brevet EP 0 455 137 A2 et permet l'obtention du composé CAS [138748-63-7]) ou encore le trichlorosilane (les préparations aboutissant aux composés CAS [36493-41-1] et CAS [65994-07-2] sont décrites dans les demandes de brevet FR 2 366 340 et FR 2 366 341) ou encore un alkylalkoxy silane, en présence ou en l'absence de solvant.
Le bloc élastomère diénique peut être statistique, séquence ou microséquencé. Ce bloc peut avoir toute microstructure appropriée, qui est fonction des conditions particulières de mise en œuvre de la réaction de polymérisation, telles que la présence ou non d'un agent polaire et/ou randomisant et les quantités d'agent polaire et/ou randomisant employées.
Par élastomère diénique, on entend tout homopolymère obtenu par polymérisation d'un monomère diène conjugué ayant 4 à 12 atomes de carbone, ou tout copolymère obtenu par copolymérisation d'un ou plusieurs diènes conjugués entre eux ou avec un ou plusieurs composés vinylaromatiques ayant de 8 à 20 atomes de carbone. Dans le cas de copolymères, ceux-ci contiennent de 20 % à 99 % en poids d'unités diéniques, et de 1 à 80 % en poids d'unités vinylaromatiques.
A titre de diènes conjugués utilisables dans le procédé conforme à l'invention conviennent notamment le butadiène-1,3, le 2-méthyl-l,3-butadiène, les 2,3 di(alcoyle en Cl à C5)-l,3- butadiène tels que par exemple le 2,3-diméthyl-l,3-butadiène, 2,3-diéthyl-l,3-butadiène, 2- méthyl-3-éthyl-l,3-butadiène, le 2-méthyl-3-isopropyl-l,3-butadiène, le phényl-1,3- butadiène, le 1,3-pentadiène, le 2,4 hexadiène, etc.
A titre de composés vinylaromatiques conviennent notamment le styrène, l'ortho-, meta, para-méthylstyrène, le mélange commercial "vinyltoluène", le para-tertiobutylstyrène, les méthoxystyrènes, le vinylmésitylène, le divinylbenzène, le vinylnaphtalène, etc.
A titre préférentiel pour ce bloc diénique, conviennent les polybutadiènes, les copolymères butadiène-styrène et les copolymères butadiène-styrène-isoprène préparés en solution et le polyisoprène. Avantageusement, le bloc diénique est un copolymère butadiène-styrène préparé en solution. A ce titre 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 00C et - 700C et plus particulièrement entre - 100C et - 600C, 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 - 400C à - 800C, les copolymères isoprène-styrène et notamment ceux ayant une teneur en styrène comprise entre 5% et 50% en poids et une Tg comprise entre - 25°C et - 500C. 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 - 200C et - 700C.
L'élastomère vivant constituant le premier réactif peut être obtenu de manière connue en soi, par voie anionique au moyen d'un initiateur organométallique mono-ou polyfonctionnel. Toutefois un initiateur contenant un métal alcalin tel que le lithium est utilisé à titre préférentiel. Comme initiateurs organolithiens conviennent notamment ceux comportant une ou plusieurs liaisons carbone-lithium. Des composés représentatifs sont les organolithiens aliphatiques tels que l'éthyllithium, le n-butyllithium (n-BuLi), l'isobutyllithium, les polyméthylènes dilithium tels que le 1 ,4-dilithiobutane, etc.. Les initiateurs organolithiens monofonctionnels sont particulièrement préférés, notamment en vue de l'obtention de copolymères à au moins trois blocs, le bloc polyéther se situant en milieu de chaîne polymérique. Les amidures de lithium sont également des initiateurs préférés. L'amidure de lithium est obtenu à partir d'une aminé secondaire acyclique ou cyclique, dans ce dernier cas la pyrrolidine et l'hexaméthylèneimine sont hautement préférées ; ledit amidure pouvant être rendu soluble dans un solvant hydrocarboné grâce à l'utilisation conjointe d'un agent de solvatation, un éther par exemple, comme décrit dans le brevet FR 2 250 774.
La polymérisation est de préférence effectuée de manière connue en soi, en présence d'un solvant inerte qui peut être par exemple un hydrocarbure aliphatique ou alicyclique comme le pentane, l'hexane, l'heptane, l'iso-octane, le cyclohexane, le méthylcyclohexane ou un hydrocarbure aromatique comme le benzène, le toluène, le xylène.
Plusieurs types d'agents polaires peuvent être utilisés parmi lesquels des agents polaires non chélatants de type THF et des agents polaires chélatants possédant sur au moins deux atomes au moins un doublet non liant, comme par exemple de type tétrahydrofurfuryl éthyle éther ou tétraméthyl éthylènediamine. La polymérisation peut être effectuée en continu ou en discontinu. On effectue généralement la polymérisation à une température comprise entre 200C et 1200C et de préférence voisine de 300C à 900C.
La réaction de fonctionnalisation de l'élastomère diénique vivant, obtenu à l'issue de cette étape de polymérisation, peut se dérouler à une température comprise entre -200C et 100 0C, par addition de l'agent de fonctionnalisation de formule générale I sur les chaînes polymèriques vivantes ou inversement. Cette réaction peut bien sûr être réalisée avec un ou plusieurs agent(s) de fonctionnalisation répondant à la formule générale I.
Le mélangeage du polymère vivant avec l'agent de fonctionnalisation de formule générale I peut être réalisé par tout moyen approprié notamment à l'aide de tout mélangeur disposant d'une agitation de type statique et/ou tout mélangeur dynamique de type parfaitement agité connu par l'homme de l'art. Ce dernier détermine le temps de réaction entre le polymère diénique vivant et l'agent de fonctionnalisation. A titre d'exemple, ce temps peut être compris entre 10 secondes et 2 heures. Selon une variante de l'invention, lorsque l'atome de silicium de l'agent de fonctionnalisation porte plus d'un site réactif halogène Si-X, la réaction de fonctionnalisation peut se poursuivre par une étape d'hydrolyse ou d'alcoolyse connue en soi permettant de générer des fonctions silanol Si-OH ou alkoxysilane Si-OR à partir de ces sites actifs halogènes n'ayant pas réagi avec l'élastomère vivant. Cette étape d'hydrolyse ou d'alcoolyse peut être réalisée en ajoutant la solution de polymère à une solution aqueuse ou à une solution contenant un alcool ou à l'inverse, en ajoutant l'eau ou l'alcool à la solution de polymère. Cette étape pourra être réalisée ou non en présence d'une base ou d'un tampon. A titre d'exemple on pourra utiliser une aminé telle que la triéthy lamine.
Selon une autre variante de l'invention, le procédé peut également comprendre une étape de fonctionnalisation intermédiaire de l'élastomère diénique vivant par un organosiloxane cyclique, par exemple l'hexaméthylcyclotrisiloxane, qui est effectuée (comme décrit dans le brevet EP 0 778 311 Bl) pour obtenir un polymère avec une extrémité silanolate de lithium, avant réaction avec l'agent de fonctionnalisation de formule générale I.
On notera que cette fonctionnalisation intermédiaire permet de limiter les réactions de polysubstitution dans le cas où l'agent de fonctionnalisation de formule générale I comporte plusieurs sites réactifs halogènes sur le même atome. Cette fonctionnalisation intermédiaire est donc avantageusement mise en œuvre dans ce cas.
Le procédé de l'invention peut comprendre, selon une autre variante, une étape supplémentaire de fonctionnalisation, de couplage et/ou d'étoilage, connue de l'homme du métier, mettant en œuvre un composé autre qu'un organosiloxane cyclique et différent de l'agent de fonctionnalisation de formule générale I, par exemple un agent de couplage et/ou d'étoilage comprenant un atome du groupe IV de la classification périodique des éléments, tel que notamment un dérivé à base d'étain.
On notera que cette modification supplémentaire de l'élastomère diénique peut être avantageusement mise en œuvre pour réguler le fluage à froid du copolymère à blocs de l'invention.
Une autre variante de l'invention consiste à combiner au moins deux de ces variantes.
Un autre objet de l'invention est un copolymère diénique à blocs qui comporte au moins un bloc polyéther de masse moléculaire moyenne en nombre sensiblement de 150 à 5000 g/mol, de préférence de 150 à 3000g/mol et plus préférentiellement de 200 à 3000 g/mol, représenté par la formule générale III
R1^A)1n
dans laquelle,
R1 représente un dérivé hydrocarboné alkyle en Ci - Cis, aryle en C6 - C15 ou aralkyl en C7-C15, de valence m, de préférence R1 représente un radical alkyle ou alkylène en Ci - C4 et encore plus préférentiellement R1 est -CH3, -CH2-CH2-, -CH2CH(CH3)-
m est un nombre entier de 1 à 4, de préférence m vaut 1 ou 2 de manière à ce qu'un bloc polyéther du copolymère diénique à blocs préparé se situe en milieu de chaîne, et
A' représente, de manière identique ou différente lorsque m est différent de 1, le groupe de formule générale IV
Figure imgf000013_0001
Formule IV dans laquelle,
R2 représente un radical alkylène en C1-C10, particulièrement le radical - CH - CH -
R6 R7 dans lequel R6 et R7 sont, indépendamment l'un de l'autre, un atome d'hydrogène ou un radical alkyle en C1-C4, de préférence R2 représente un radical éthylène ou propylène, plus préférentiellement le radical éthylène,
R3 représente un dérivé hydrocarboné alkyle en Ci - C50, aryle en C6 - C50 ou aralkyle en C7 - C50 divalent, de préférence un radical alkylène en Ci - C10, plus préférentiellement propane- 1 ,3-diyl,
R4 représente un radical alkyl en Ci - C50, aryle en C6 - C50 ou aralkyle en C7 - C50, de préférence un radical alkyle en Ci - C1Ow plus préférentiellement méthyle,
R8 représente un atome d'hydrogène ou un radical alkyle en C1 - C18, cycloalkoxyle en C5-C18 ou aryle en C6 - C18, de préférence alkyle en C1-C4, plus préférentiellement R8 représente un atome d'hydrogène ou un radical méthyle ou éthyle
n est un nombre supérieur à 1, de préférence inférieur à 120 et plus préférentiellement un nombre de 2 à 60, de manière à ce que le bloc polyéther ait une masse moléculaire moyenne en nombre sensiblement de 150 à 5000 g/mol,
i est un nombre entier de 0 à 2, de préférence 0 ou 1,
k est un nombre entier de 1 à 3, de sorte que i + k < 3, préférentiellement k vaut 1 ou 2 et B représente le groupement - [(- O - Si R9 R10)q- P ], dans lequel R9 et R10 représentent, indépendamment l'un de l'autre, un radical alkyl Ci - C50 ou aryle en C6 - C50 ou aralkyle en C7 - C50, de préférence un radical alkyle en Ci - C 10,, plus préférentiellement méthyle, q est un nombre entier de 0 à 10 , de préférence non nul, et plus préférentiellement q vaut 1 , et P est un élastomère diénique tel que défini plus haut.
L'homme du métier comprendra aisément à la lecture des formules III et IV ci-dessus qu'il existe, selon la valence de R1, au moins un et au plus quatre groupe(s) A', identiques ou différents.
Selon une variante de réalisation préférentielle de l'invention, le copolymère diénique à blocs est un copolymère comportant au moins trois blocs, l'un desdits blocs étant constitué d'un bloc polyéther situé en milieu de chaîne polymérique. Plus préférentiellement encore, le copolymère diénique à blocs comporte trois blocs.
Selon une mise en œuvre particulière de cette variante préférentielle de l'invention, lorsque m vaut 1 alors k vaut 2. Selon cette variante le bloc polyéther est situé en milieu de chaîne polymérique et pendant à cette chaîne.
Selon une autre mise en œuvre particulière de cette variante préférentielle de l'invention, lorsque m vaut 2 alors k vaut 1. Selon cette variante le bloc polyéther est situé en milieu de chaîne polymérique entre deux blocs diéniques dans la chaîne.
Selon une autre variante de l'invention, dans la formule générale IV, i+k vaut 1 ou 2. Le copolymère à blocs de l'invention comporte alors avantageusement au moins une fonction silanol ou alkoxysilane au sein du copolymère. Ce copolymère à blocs confère aux compositions de caoutchouc renforcées le contenant des propriétés de caoutchouterie, et en particulier des propriétés hystérétiques, davantage améliorées du fait d'une meilleure interaction entre la charge et le copolymère diénique. Ceci s'observe notamment lorsque la charge renforçante comprend de la silice.
Le copolymère diénique à bloc de l'invention peut également se présenter, selon une autre variante de l'invention, sous forme d'un coupage (ou mélange) avec au moins un élastomère diénique, de même nature que les blocs diéniques du copolymère, modifié par un agent de fonctionnalisation, de couplage et/ou d'étoilage différent de celui représenté par la formule générale I. Une variante de l'invention consiste à combiner au moins deux de ces variantes de l'invention.
Le copolymère diénique à blocs selon l'invention est susceptible d'être obtenu en mettant en œuvre le procédé de préparation décrit ci-dessus. L'invention a également pour objet une composition de caoutchouc renforcée à base d'au moins un copolymère diénique à blocs qui est destiné à interagir avec la charge renforçante et qui comporte au moins un bloc polyéther de masse moléculaire moyenne en nombre sensiblement de 150 à 5000 g/mol, de préférence de 150 à 3000g/mol et plus préférentiellement de 200 à 3000 g/mol tel que décrit précédemment. Par l'expression "à base de", il faut entendre dans la présente demande, une composition comportant le mélange et/ou le produit de la réaction des différents constituants utilisés, certains des constituants étant susceptibles de, ou destinés à réagir entre eux, au moins en partie, lors des différentes phases de fabrication de la composition, en particulier au cours de la vulcanisation (cuisson). Une composition de caoutchouc selon l'invention est obtenue par mélangeage au moyen d'un travail thermo-mécanique dudit copolymère diénique à blocs, d'une part, avec une charge renforçante et, d'autre part, avec des additifs appropriés pour l'obtention d'une composition de caoutchouc vulcanisable.
Selon des variantes de réalisation pour l'obtention de cette composition selon l'invention, on utilise ledit copolymère à blocs en coupage avec un autre copolymère à blocs selon la présente invention et/ou avec un ou plusieurs élastomères conventionnellement utilisés dans les enveloppes de pneumatiques et choisis parmi le caoutchouc naturel, les élastomères diéniques synthétiques, éventuellement couplés et/ou étoiles et/ou encore partiellement ou entièrement fonctionnalisés par un agent de fonctionnalisation différent de celui utilisé dans le procédé de préparation de l'invention décrit plus haut et représenté par la formule générale I, les élastomères synthétiques autres que diéniques, voire des polymères autres que des élastomères.
On notera que l'amélioration des propriétés de la composition de caoutchouc selon l'invention sera d'autant plus élevée, que la proportion dudit ou desdits élastomères conventionnels dans la composition selon l'invention sera plus réduite. Avantageusement, cet ou ces élastomères conventionnels pourront, le cas échéant, être présents dans la composition selon l'invention selon une quantité allant de 1 à 80 parties en poids pour 100 parties en poids de copolymère diénique à blocs selon l'invention comprenant au moins un bloc polyéther lié à au moins un bloc diénique par au moins un atome de silicium. Comme 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. La charge renforçante de la composition de caoutchouc selon l'invention contient néanmoins au moins une charge inorganique renforçante.
Dans la présente demande, on entend par "charge inorganique renforçante", de manière connue, une charge inorganique ou minérale, quelles que soient sa couleur et son origine
(naturelle ou de synthèse), encore appelée charge "blanche" ou parfois charge "claire", voire "charge non noir" ("non-black filler") par opposition au noir de carbone (considéré comme une charge organique dans le cadre de la présente description), cette charge inorganique étant capable de renforcer à elle seule, sans autre moyen qu'un agent de couplage intermédiaire, une composition de caoutchouc destinée à la fabrication de pneumatiques, en d'autres termes capable de remplacer, dans sa fonction de renforcement, une charge conventionnelle de noir de carbone de grade pneumatique. Une telle charge se caractérise généralement, de manière connue, par la présence de groupes hydroxyle (-OH) à sa surface, nécessitant en cela l'emploi d'un agent ou système de couplage destiné à assurer une liaison stable entre l'élastomère et la charge.
Avantageusement, ladite charge inorganique renforçante est, en totalité ou tout du moins majoritairement, de la silice (SiO2). La silice utilisée peut être toute silice renforçante connue de l'homme du métier, notamment toute silice précipitée ou pyrogénée présentant une surface BET ainsi qu'une surface spécifique CTAB toutes deux inférieures à 450 m2/g, même si les silices précipitées hautement dispersibles sont préférées.
Dans le présent exposé, la surface spécifique BET est déterminée de manière connue, selon la méthode de Brunauer-Emmet-Teller décrite dans " The Journal of the American Chemical Society " Vol. 60, page 309, février 1938 et correspondant à la norme AFNOR NFT 45007 (novembre 1987); la surface spécifique CTAB est la surface externe déterminée selon la même norme AFNOR-NFT-45007 de novembre 1987. Par silice hautement dispersible, on entend toute silice ayant une aptitude très importante à la désagglomération et à la dispersion dans une matrice élastomère, observable de manière connue par microscopie électronique ou optique, sur coupes fines. Comme exemples non limitatifs de telles silices hautement dispersibles préférentielles, on peut citer la silice Perkasil KS 430 de la société Akzo, la silice BV 3380 de la société Degussa, les silices Zeosil 1165 MP, 1135 MP et 1115 MP de la société Rhodia, la silice Hi-SiI 2000 et Hi SiI EZ 150G de la société PPG, les silices Zeopol 8715, 8755 ou 8745 de la Société Huber telles que décrites dans la demande WO 03/016387, des silices précipitées traitées telles que par exemple les silices " dopées " à l'aluminium décrites dans le document de brevet EP A 735 088.
L'état physique sous lequel se présente la charge inorganique renforçante est indifférent, que ce soit sous forme de poudre, microperles, granulés, ou de billes. Bien entendu, on entend également par charge inorganique renforçante des mélanges de différentes charges inorganiques renforçantes, en particulier de silices hautement dispersibles telles que décrites ci-dessus. A titre de charge inorganique renforçante, convient également l'alumine (AI2O3) hautement dispersible ayant une surface BET allant de 30 à 400 mVg, plus préférentiellement entre 60 et 250 m2/g, une taille moyenne de particules au plus égale à 500 nm, plus préférentiellement au plus égale à 200 nm qui sont décrites dans le document de brevet européen EP A 810 258. Comme exemples non limitatifs de telles alumines renforçantes, on peut citer notamment les alumines "Baikalox A125" ou "CR125" (Société Baïkowski), "APA 100RDX" (Condéa), "Aluminoxid C" (Degussa) ou "AKP GO 15" (Sumitomo Chemicals). Conviennent également les hydroxydes d'aluminium, tels que ceux décrits dans le document de brevet WO A 99/28376.
On notera que la charge renforçante d'une composition de caoutchouc selon l'invention peut contenir en mélange, en plus de la ou des charges inorganiques renforçantes précitées, une charge organique, telle que du noir de carbone et/ou des charges inertes (non renforçantes).
Cependant, à titre préférentiel, la charge inorganique renforçante est présente dans la charge renforçante selon une fraction massique supérieure à 50% et pouvant aller jusqu'à 100%. Comme noirs de carbone conviennent tous les noirs de carbone, notamment les noirs du type HAF, ISAF, SAF, conventionnellement utilisés dans les pneumatiques et particulièrement dans les bandes de roulement des pneumatiques. A titre d'exemples non limitatifs de tels noirs, on peut citer les noirs Nl 15, N134, N234, N339, N347, N375. Comme charges inertes non renforçantes conviennent des particules d'argile, bentonite, talc, craie, kaolin.
Comme exemples de charges organiques autres que des noirs de carbone, on peut citer les charges organiques de polyvinylaromatique fonctionnalisé telles que décrites dans les demandes WO-A-2006/069792 et WO-A-2006/069793. Par exemple, les coupages noir/silice ou les noirs partiellement ou intégralement recouverts de silice conviennent pour constituer la charge renforçante. Conviennent également des charges renforçantes comprenant les noirs de carbone recouverts au moins en partie d'une couche inorganique, par exemple de silice nécessitant quant à elle l'utilisation d'un agent de couplage pour établir la liaison avec l'élastomère, tels que, à titre non limitatif, les charges qui sont commercialisées par la société CABOT sous la dénomination "CRX 2000", et qui sont décrites dans le document de brevet WO A 96/37547.
Dans le cas où la charge renforçante ne contient qu'une charge inorganique renforçante et du noir de carbone, la fraction massique de ce noir de carbone dans ladite charge renforçante est préférentiellement choisie inférieure ou égale à 30 %. Cependant, l'expérience montre que les propriétés précitées de la composition selon l'invention sont d'autant plus améliorées, que la charge renforçante qu'elle comprend contient une fraction massique plus élevée en charge inorganique renforçante, c'est à dire supérieure à 70 %. L'expérience montre également que lesdites propriétés sont optimales lorsque ladite composition contient uniquement une charge inorganique renforçante, par exemple de la silice, à titre de charge renforçante. Ce dernier cas constitue donc un exemple préférentiel de composition de caoutchouc selon l'invention.
Avantageusement, la charge inorganique renforçante est présente dans la composition de l'invention selon une quantité comprise entre 20 et 200 pce [pce : parties en poids pour cent parties d'élastomère(s)], et de préférence entre 35 et 150 pce, l'optimum étant différent selon les applications visées. Par ailleurs, lorsque la charge renforçante de la composition de caoutchouc selon l'invention contient une fraction massique supérieure à 50%, de préférence supérieure à 70%, en charge inorganique renforçante, par exemple de la silice, plus particulièrement lorsque cette fraction massique est de 100%, les propriétés d'hystérèse de la composition vulcanisée sont d'autant plus améliorées que, dans le copolymère à blocs de l'invention, au moins un atome de silicium qui lie un bloc polyéther à au moins un bloc élastomère diénique porte une fonction hydroxyle ou alkoxy. Cette variante constitue une autre mise en œuvre préférentielle de la composition de caoutchouc selon l'invention.
La composition de caoutchouc selon l'invention comprend en outre, de manière classique, un agent de liaison charge inorganique renforçante / matrice élastomère.
Par agent de liaison, on entend plus précisément un agent apte à établir une liaison suffisante de nature chimique et/ou physique entre la charge considérée et l' élastomère, tout en facilitant la dispersion de cette charge au sein de la matrice élastomère. Un tel agent de liaison, au moins bifonctionnel, a par exemple comme formule générale simplifiée " Y- T-X' ", dans laquelle :
Y représente un groupe fonctionnel (fonction "Y") qui est capable de se lier physiquement et/ou chimiquement à la charge inorganique, une telle liaison pouvant être établie, par exemple, entre un atome de silicium de l'agent de couplage et les groupes hydroxyle (-OH) de surface de la charge inorganique (par exemple les silanols de surface lorsqu'il s'agit de silice);
• X' représente un groupe fonctionnel (fonction " X' ") capable de se lier physiquement et/ou chimiquement à l'élastomère, par exemple par l'intermédiaire d'un atome de soufre;
• T représente un groupe divalent permettant de relier Y et X'.
Les agents de liaison ne doivent pas être confondus avec de simples agents de recouvrement de la charge considérée qui, de manière connue, peuvent comporter la fonction Y active vis-à-vis de la charge mais sont dépourvus de la fonction X' active vis-à- vis de l'élastomère. On peut utiliser tout agent de liaison connu pour, ou susceptible d'assurer efficacement dans les compositions de caoutchouc utilisables pour la fabrication de pneumatiques, la liaison (ou le couplage) entre une charge inorganique renforçante telle que de la silice et un élastomère diénique, comme par exemple des organosilanes, notamment des alkoxysilanes polysulfurés ou des mercaptosilanes, ou encore des polyorganosiloxanes porteurs des fonctions X' et Y précitées. Des agents de liaison silice/élastomère, notamment, ont été décrits dans un grand nombre de documents, les plus connus étant des alkoxysilanes bifonctionnels tels que des alkoxysilanes polysulfurés.
On utilise notamment des silanes polysulfurés, dits "symétriques" ou "asymétriques" selon leur structure particulière, tels que décrits par exemple dans les les demandes WO 03/002648 (ou US 2005/0016651) et WO 03/002649 (ou US 2005/0016650), qui énoncent en détail de tels composés connus.
Conviennent en particulier, sans que la définition ci-après soit limitative, des alkoxysilanes polysulfurés symétriques répondant à la formule générale (V) suivante :
(V) Z - A" - Sn. - A" - Z, dans laquelle :
n' 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 Cl -C 18 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 :
R'1 R'1 R'2
Si- R'1 Si- R'2 Si- R'2
R'2 R'2 R'2
•> •> •> dans lesquelles : • les radicaux R'1, substitués ou non substitués, identiques ou différents entre eux, représentent un groupe alkyle en Cl -C 18, 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 R'2, substitués ou non substitués, identiques ou différents entre eux, représentent un groupe hydroxyle, alkoxyle en Cl -C 18 ou cycloalkoxyle en C5-C18 (de préférence des groupes alkoxyle en C1-C8 ou cycloalkoxyle en C5-C8, plus préférentiellement des groupes alkoxyle en C1-C4, en particulier le méthoxyle et/ou l'éthoxyle).
Dans le cas d'un mélange d'alkoxysilanes polysulfurés répondant à la formule (V) ci dessus, notamment des mélanges usuels disponibles commercialement, on comprendra que la valeur moyenne des " n' " est un nombre fractionnaire, de préférence allant de 2 à 5 et plus préférentiellement proche de 4.
Comme alkoxysilanes polysulfurés, on citera plus particulièrement les polysulfurés (notamment les disulfures, trisulfures ou tétrasulfures) de bis-(alkoxyl(Cl-C4)-alkyl(Cl- C4)silylalkyl(Cl-C4)), comme par exemple les polysulfurés de bis(3 triméthoxysilylpropyl) ou de bis(3-triéthoxysilylpropyl). Parmi ces composés, on utilise notamment le tétrasulfure de bis(3-triéthoxysilylpropyl), en abrégé TESPT, de formule [(C2H5O)3Si(CH2)3S2]2 ou le disulfure de bis(triéthoxysilylpropyle), en abrégé TESPD, de formule [(C2H5O)3Si(CH2)SS]2. On citera également les polysulfurés (notamment disulfures, trisulfures ou tétrasulfures) de bis (monoalkoxyl(Cl-C4) dialkyl(Cl- C4)silylpropyl), plus particulièrement le tétrasulfure ou disulfure de bis monoéthoxydiméthylsilylpropyle (en abrégé MESPT), tel que décrit dans la demande de brevet WO 02/083782 (ou US 2004/0132880) au nom des demanderesses.
A titre d'exemples d'agents de liaison autres que les alkoxysilanes polysulfurés précités, on citera notamment des polyorganosiloxanes (POS) bifonctionnels ou encore des polysulfurés d'hydroxysilane tels que décrits dans les demandes WO 02/30939 (ou US 6,774,255) et WO 02/31041 5 ou US 2004/051210), ou encore des silanes ou POS porteurs de groupements azo-dicarbonyle, tels que décrits par exemple dans les demandes de brevets WO 2006/125532, WO 2006/125533 et WO 2006/125534.
Dans les compositions conformes à l'invention, le taux d'agent de liaison est avantageusement inférieur à 20 pce, étant entendu qu'il est en général souhaitable d'en utiliser le moins possible. Son taux est préférentiellement compris entre 0,5 et 12 pce, plus préférentiellement de 3 à 10 pce, en particulier de 4 à 7 pce.
Les compositions conformes à l'invention comprennent également, outre ledit copolymère diénique à blocs selon l'invention, et ladite charge inorganique renforçante, des plastifiants, des pigments, des anti-oxydants, des agents anti-fatigue, des cires anti-ozonantes, des promoteurs d'adhésion, des résines renforçantes ou plastifiantes, par exemple telles que décrites dans le document WO02/10269, des peroxydes et ou bismaléimides, des accepteurs (par exemple résine phénolique novolaque) ou des donneurs de méthylène (par exemple HMT ou H3M), un système de réticulation à base soit de soufre et/ou de peroxyde et/ou de bismaléimides, des activateurs de réticulation comprenant du monoxyde de zinc et de l'acide stéarique, des dérivés guanidiques (en particulier diphénylguanidine), des huiles d'extension, un ou plusieurs agents de recouvrement de la silice tels que des alcoxysilanes, des polyols, ou des aminés.
En particulier, ces compositions peuvent être telles que ledit copolymère diénique à blocs selon l'invention, est étendu à une huile aromatique ou non aromatique ou très faiblement aromatique, choisie dans le groupe constitué par une huile paraffmique, naphténique, huile MES, huile TDAE, les esters de glycérol, les résines plastifiantes hydrocarbonées présentant une haute Tg de préférence supérieure à 25 0C et les mélanges de tels plastifiants, avec une quantité d'huile d'extension comprise entre 0 et 50 pce.
La composition de caoutchouc vulcanisable conforme à l'invention peut être préparée selon un procédé comprenant les étapes suivantes:
(i) la réalisation, à une température maximale comprise entre 130 0C et 200 0C, d'un premier temps de travail thermomécanique (parfois qualifié de phase "non productive") des constituants de base nécessaires, à l'exception du système de réticulation, de ladite composition comprenant au moins un copolymère diénique à blocs selon l'invention et une charge renforçante, puis (ii) la réalisation, à une température inférieure à ladite température maximale dudit premier temps, de préférence inférieure à 120 0C, d'un second temps de travail mécanique au cours duquel est incorporé ledit système de réticulation,
(iii) l'extrusion ou le calandrage de la composition de caoutchouc ainsi obtenue, sous la forme désirée, pour fabriquer des semi-finis tels que des bandes de roulement.
Ce procédé peut également comprendre, préalablement à la réalisation des étapes (i), (ii) et (iii) précitées, les étapes de la préparation du copolymère diénique à blocs selon le procédé de l'invention, à savoir, dans une première étape, la réaction du (des) monomère(s) en présence ou non d'un solvant hydrocarboné inerte en présence ou non d'un agent polaire avec un initiateur de polymérisation, pour former un élastomère diénique vivant et la réaction, dans une seconde étape, dudit élastomère vivant avec l'agent de fonctionnalisation de formule générale I, pour obtenir, le copolymère diénique à blocs. Il est bien entendu que la préparation du copolymère diénique à blocs peut être réalisée conformément aux différentes variantes du procédé de l'invention décrites plus haut.
L'invention a également pour objet un pneumatique qui incorpore dans au moins un de ses éléments constitutifs une composition de caoutchouc telle que celle mentionnée plus haut, et plus particulièrement des articles semi-finis d'un pneumatique qui comprennent cette composition. En raison de l'hystérèse réduite qui caractérise une composition de caoutchouc selon l'invention à l'état vulcanisé, on notera qu'un pneumatique dont la bande de roulement comprend ladite composition présente une résistance au roulement avantageusement réduite. L'invention a donc également pour objet une bande de roulement de pneumatique qui est telle qu'elle comprend une composition de caoutchouc réticulable ou réticulée telle que celle mentionnée plus haut, ou bien qui est telle qu'elle est constituée de cette composition.
Les caractéristiques précitées de la présente invention, ainsi que d'autres, seront mieux comprises à la lecture de la description suivante de plusieurs exemples de réalisation de l'invention, donnés à titre illustratif et non limitatif. EXEMPLES DE REALISATION DE L'INVENTION
Mesures et tests utilisés
Techniques expérimentales utilisées pour la caractérisation avant cuisson des polymères obtenus :
(a) On utilise la technique SEC (Size Exclusion Chromatography) qui permet de séparer les macromolécules en solution suivant leur taille à travers des colonnes remplies d'un gel poreux. Les macromolécules sont séparées suivant leur volume hydrodynamique, les plus volumineuses étant éluées en premier. Sans être une méthode absolue, la SEC permet d'appréhender la distribution des masses molaires d'un polymère. A partir de produits étalons commerciaux, les différentes masses molaires moyennes en nombre (Mn) et en poids (Mw) peuvent être déterminées et l'indice de polymolécularité (Ip = Mw/Mn) calculé via un étalonnage dit de MOORE.
Il n'y a pas de traitement particulier de l'échantillon de polymère avant analyse. Celui-ci est simplement solubilisé dans du tétrahydrofurane à une concentration d'environ 1 g/1. Puis la solution est filtrée sur filtre de porosité 0.45μm avant injection.
L'appareillage utilisé est un chromatographe « WATERS alliance ». Le solvant d'élution est le tétrahydrofurane et la température du système de 35°C. Deux jeux de colonnes et conditions chromatographiques correspondantes peuvent alors être utilisés : 1 - Un jeu de quatre colonnes WATERS en série, de dénominations commerciales
« STYRAGEL HMW7 », « STYRAGEL HMW6E » et deux « STYRAGEL HT6E » avec un débit de 0.7 ml/min.
2 - Un jeu de deux colonnes WATERS de dénomination commerciale
« STYRAGEL HT6E » avec un débit de 1 ml/min. Le volume injecté de la solution de l'échantillon de polymère est 100 μl. Le détecteur est un réfractomètre différentiel « WATERS 2410 » et le logiciel d'exploitation des données chromatographiques est le système « WATERS EMPO WER».
Les masses molaires moyennes calculées sont relatives à une courbe d'étalonnage réalisée pour des SBR de microstructure suivante : 25 % massique de motifs type styrène, 23% massique de motifs type 1-2 et 50 % massique de motifs type 1-4 trans. (b) Pour les polymères et les compositions de caoutchouc, les viscosités Mooney ML (1+4) à 100 0C sont mesurées selon la norme ASTM D 1646.
On utilise un consistomètre oscillant tel que décrit dans la norme ASTM D 1646. 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 0C. 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 N.m).
(c) Les températures de transition vitreuse Tg des polymères sont mesurées au moyen d'un calorimètre différentiel (" differential scanning calorimeter ").
(d) Les analyses RMN sont réalisées sur un spectromètre 500 MHz BRUKER équipé d'une sonde " large bande " BBIz 5 mm. Pour l'expérience RMN 1H quantitative, la séquence utilise une impulsion 30° et un délai de répétition de 2 secondes. Les échantillons sont solubilisés dans le sulfure de carbone (CS2). 100 μL de cyclohexane deutéré (CODI2) sont ajoutés pour le signal de lock. Le spectre RMN 1H permet de quantifier la fonction éther par intégration du signal caractéristique des protons du groupement OCH2, situé autour de δ = 3,4 ppm et la fonction (CHs)2Si par intégration du signal caractéristique des protons SiCH3 autour de δ = 0 ppm.
Le spectre RMN 2D 1H-29Si permet de vérifier la nature de la fonction grâce aux valeurs de déplacements chimiques des noyaux Silicium et des protons au voisinage 2J (via 2 liaisons).
(e) La spectroscopie proche infrarouge (NIR) est utilisée pour déterminer quantitativement le taux massique de styrène dans l'élastomère ainsi que sa microstructure (répartition relative des unités butadiene 1,2-vinyl, 1,4-trans et 1,4 cis). Le principe de la méthode repose sur la loi de Beer-Lambert généralisée à un système multicomposants. La méthode étant indirecte, elle fait appel à un étalonnage multivarié [Vilmin, F.; Dussap, C; Coste, N. Applied Spectroscopy 2006, 60, 619-29] réalisé à l'aide d'élastomères étalons de composition déterminée par RMN 13C. Le taux de styrène et la microstructure sont alors calculés à partir du spectre NIR d'un film d'élastomère d'environ 730 μm d'épaisseur. L'acquisition du spectre est réalisée en mode transmission entre 4000 et 6200 cm"1 avec une résolution de 2 cm"1, à l'aide d'un spectromètre proche infrarouge à transformée de Fourier Bruker Tensor 37 équipé d'un détecteur InGaAs refroidi par effet Peltier.
(f) Pour les polymères, la viscosité inhérente à 25 0C d'une solution de polymère à 0,1 g/dl dans le toluène, est mesurée à partir d'un polymère sec :
PRINCIPE :
La viscosité inhérente est déterminée par la mesure du temps d'écoulement t de la solution de polymère et du temps d'écoulement to du toluène, dans un tube capillaire.
Dans un tube Ubbelhode préalablement étalonné (diamètre du capillaire 0.46 mm, capacité 18 à 22 ml), placé dans un bain thermostaté à 25 ± 0,1 0C, le temps d'écoulement du toluène et celui de la solution de polymère à 0,1 g/dl sont mesurés.
La viscosité inhérente est obtenue par la relation suivante :
Figure imgf000026_0001
avec : concentration de la solution toluénique de polymère en g/dl ; t : temps d'écoulement de la solution toluénique de polymère en secondes ; to : temps d'écoulement du toluène en secondes ; ηinh : viscosité inhérente exprimée en dl/g.
H : constante d'étalonnage du tube
I Préparation des agents de fonctionnalisation
A) Agents de fonctionnalisation non symétriques
Exemple 1 : Polyéthylène glycol allyl méthyl éther de numéro CAS [27252-80-8]
A 25.3 mL de polyéthylène glycol mono méthyle éther (commercialisé par la société Aldrich avec une Mn indiquée par le fournisseur Mn ≈ 516 g.mol"1) dans 10 mL de tétrahydrofurane est ajouté l'hydroxyde de potassium (5.61 g, 0.1 mol) et le bromure d'allyle (8.7 mL, 0.1 mol). La suspension est agitée pendant 24 h à température ambiante. Les solvants sont alors évaporés sous pression réduite et le résidu filtré sur silice (126 g, éluant : pentane/acétone dans les rapports volumiques 95/5). Après évaporation, 22.2 g d'une huile limpide incolore sont recueillis (rendement : 80%).
Exemple 2 : Poly(oxy-l,2-éthanediyl),α-méthyl-ω-[3-(trichlorosilyl)propoxy de numéro CAS [36493-41-1]
Ce produit est commercialisé sous la référence SIM6492-66 par la société ABCR qui indique que le nombre de motifs -CH2CH2O- est compris entre 6 et 9.
II peut sinon être préparé par exemple selon le mode opératoire suivant : Sous atmosphère inerte, à 4.8 g de polyéthylène glycol allyl methyl éther de l'exemple 1 en solution dans 10 mL de diéthyl éther anhydre sont ajoutés 2.4 mL d'une solution d'acide hexachloroplatinique à 15 g. L"1 dans le tétrahydrofurane et 5,83 g de trichlorosilane. La solution est agitée pendant 17h à température ambiante et les solvants et réactif en excès sont évaporés sous pression réduite. 6.6 g d'une huile jaune sont recueillis (rendement : 95 %).
Exemple 3 : Poly(oxy-l,2-éthanediyl),α-méthyl-ω-[3-(dichlorométhylsilyl)propoxy de numéro CAS [138748-63-7] Sous atmosphère inerte, à 4.8 g de polyéthylène glycol allyl methyl éther de l'exemple 1 en solution dans 10 mL de diéthyl éther anhydre sont ajoutés 2.4 mL d'une solution d'acide hexachloroplatinique à 15 g. L"1 dans le tétrahydrofurane et 4,95 g de dichlorométhylsilane. La solution est agitée pendant 17h à température ambiante et les solvants et réactif en excès sont évaporés sous pression réduite. 6.4 g d'une huile jaune sont recueillis (rendement : 95 %).
Exemple 4 : Poly(oxy-l,2-éthanediyl),α-méthyl-ω-[3-(chlorodiméthylsilyl)propoxy de numéro CAS [275373-96-1]
Sous atmosphère inerte, à 4.8 g de polyéthylène glycol allyl methyl éther de l'exemple 1 en solution dans 10 mL de diéthyl éther anhydre sont ajoutés 2.4 mL d'une solution d'acide hexachloroplatinique à 15 g. L"1 dans le tétrahydrofurane et 4,07 g de chlorodiméthylsilane. La solution est agitée pendant 17h à température ambiante et les solvants et réactif en excès sont évaporés sous pression réduite. 6.2 g d'une huile jaune sont recueillis (rendement : 95 %).
B) Agents de fonctionnalisation symétriques
Exemple 5 : Polyéthylène glycol diallyl éther de numéro CAS [59788-01-01]
A 20.7 g de polyéthylène glycol (commercialisé par la société Aldrich avec une Mn indiquée par ce fournisseur d'environ 400 g.mol"1) dans 20 mL de tétrahydrofurane est ajouté l'hydroxyde de potassium (11.2 g, 0.2 mol) et le bromure d'allyle (17.3 mL, 0,2 mol). La suspension est agitée pendant 24 h à température ambiante. Les solvants sont alors évaporés sous pression réduite et le résidu filtré sur silice (126 g, éluant : pentane/acétone dans les rapports volumiques 95/5). Après évaporation, 20.7 g d'une huile incolore sont recueillis (rendement : 83 %). Exemple 6 : Polypropylène glycol diallyl éther de numéro CAS [37273-13-1]
A 20.7g de polypropylène glycol (commercialisé par la société Aldrich avec une Mn indiquée par ce fournisseur d'environ 400 g.mol"1) dans 20 mL de tétrahydrofurane est ajouté l'hydroxyde de potassium (11.2 g, 0.2 mol) et le bromure d'allyle (17.3 mL, 0,2 mol). La suspension est agitée pendant 24 h à température ambiante. Les solvants sont alors évaporés sous pression réduite et le résidu filtré sur silice (126 g, éluant : pentane/acétone dans les rapports volumiques 95/5). Après évaporation, 20.7 g d'une huile incolore sont recueillis (rendement : 83 %).
Exemple 7 : Poly(oxy -1,2-ethanediyl), α-[3-(dichloromethylsilyl)propyl]-ω-[3- (dichloromethylsilyl)propoxy]
Sous atmosphère inerte, à 4.8 g de polyéthylène glycol diallyl éther de l'exemple 5 en solution dans 10 mL de diéthyl éther anhydre sont ajoutés 2.7 mL d'une solution d'acide hexachloroplatinique à 15 g. L"1 dans le tétrahydrofurane et 5.7 g de dichlorométhylsilane.
La solution est agitée pendant 17h à température ambiante et les solvants et réactif en excès sont évaporés sous pression réduite. 6.7 g d'une huile jaune sont recueillis
(rendement : 95 %).
Exemple 8 : Poly(oxy -1,2-ethanediyl), α-[3-(chlorodimethylsilyl)propyl]-ω-[3- (chlorodimethylsilyl)propoxy]
Sous atmosphère inerte, à 4.8 g de polyéthylène glycol diallyl éther de l'exemple 5 en solution dans 10 mL de diéthyl éther anhydre sont ajoutés 2.7 mL d'une solution d'acide hexachloroplatinique à 15 g. L"1 dans le tétrahydrofurane et 4.71 g de chlorodiméthylsilane. La solution est agitée pendant 17h à température ambiante et les solvants et réactif en excès sont évaporés sous pression réduite. 6.35 g d'une huile jaune sont recueillis (rendement : 95 %). Exemple 9 : Poly(oxy -1,2-ethanediyl), α-[3-(dimethoxymethylsilyl)propyl]-ω-[3- (dimethoxymethylsilyl)propoxy
A une solution de méthanol (20 mL) et de triéthylamine (4,6 mL) est ajouté, à 00C, goutte à goutte, 34 mL d'une solution de polypropylène glycol fonctionnel de l'exemple 7 de concentration 0,19 mol.L"1. Après évaporation des solvants, le résidu est remis en solution dans l'éther et le précipité de Et3N-HCl est filtré. Après évaporation des solvants sous pression réduite 3.6 g d'une huile limpide sont recueillis (rendement 80 %).
Exemple 10 : Poly[oxy(methyl-l,2-ethanediyl)], α-[3-(dichloromethylsilyl)propyl]- ω-[3-(dichloromethylsilyl)propoxy] de numéro CAS [64596-52-7]
Sous atmosphère inerte, à 4.8 g de polypropylène glycol diallyl éther de l'exemple 6 en solution dans 10 mL de diéthyl éther anhydre sont ajoutés 2.7 mL d'une solution d'acide hexachloroplatinique à 15 g. L"1 dans le tétrahydrofurane et 5.7 g de chlorodiméthylsilane. La solution est agitée pendant 17h à température ambiante et les solvants et réactif en excès sont évaporés sous pression réduite. 6.7 g d'une huile jaune sont recueillis (rendement : 95 %).
Exemple 11 : Poly[oxy(methyl-l,2-ethanediyl)], α-[3-(dimethoxymethyl-silyl)propyl]- ω- [3-(dimethoxymethylsilyl)propoxy] de numéro CAS [75009-88-0]
A une solution de méthanol (50 mL) et de triéthylamine (4,2 mL) est ajouté, à 00C, goutte à goutte, 110 mL d'une solution de polypropylène glycol fonctionnel de l'exemple 10 de concentration 4.8 mmol.L"1. Après évaporation des solvants, le résidu est remis en solution dans l'éther et le précipité de Et3N-HCl est filtré. Après évaporation des solvants sous pression réduite 3.3 g d'une huile limpide sont recueillis (rendement 88 %) II Préparation des polymères
Exemple 1 : Polymère A conforme à l'invention:
SBR à bloc polyéther en milieu de chaîne avec deux fonctions SiOH
Dans un réacteur de 10 litres, maintenu sous une pression d'azote d'environ 2 bars, contenant 4200 grammes de méthylcyclohexane, sont injectés 156 grammes de styrène et 444 grammes de butadiène ainsi que 0,45 mL de tetrahydrofurfuryl éther. Après neutralisation des impuretés dans la solution à polymériser par addition de n-butyllithium, sont ajoutés 5,1 mmol de n-BuLi. La polymérisation est conduite à 400C.
Après 74 min, le taux de conversion des monomères atteint 95%. Ce taux est déterminé par pesée d'un extrait séché à 110 0C, sous la pression réduite de 200 mmHg. Un échantillon témoin est alors prélevé depuis le réacteur puis stoppé avec un excès de méthanol par rapport au lithium. La viscosité inhérente (viscosité " initiale "), laquelle est mesurée à 25 0C à 0,1 g/dl dans le toluène, est de 1.01 dl/g. La masse moléculaire Mn de ce témoin, déterminée par la technique SEC, est de 82000 g/mol, l'Ip est de 1,10. 8,4 mL d'hexaméthylcyclotrisiloxane en solution à 0,2 mol.L 1 dans le méthylcyclohexane sont alors ajoutés. Après 30 min à 600C, sont injectés 11,8 mL d'une solution de Poly(oxy - 1 ,2-ethanediyl), α-[3-(dichloromethylsilyl)propyl]-ω-[3-(dichloromethylsilyl)propoxy] à 0,22 mol.L"1 dans le diéthyl éther. Après 90 min de réaction à 600C, la solution est coulée sur 1200 g d'eau contenant 5,1 mmol de triéthy lamine. La viscosité inhérente " finale " mesurée est de 1,75 dl/g. Le saut de viscosité, défini comme le rapport de ladite viscosité " finale " sur ladite viscosité " initiale ", est ici de 1,73. La viscosité ML du polymère ainsi couplé est de 55. Le polymère est alors soumis à un traitement antioxydant par addition de 0,8 parties pour cent parties d'élastomères (pce) de 4,4'-méthylène-bis-2,6-tert-butylphénol et de 0,2 parties pour cent parties d'élastomères (pce) de N-(l,3-diméthylbutyl)-N'-phényl-p- phény lènediamine . On sépare le copolymère ainsi traité de sa solution par une opération de stripping à la vapeur d'eau, puis on le sèche sur outil à cylindres à 1000C pendant 15 minutes et enfin en étuve à 600C sous courant d'azote.
La masse moléculaire Mn de ce copolymère à blocs, déterminée par la technique SEC, est de 178 000 g/mol et l'Ip est de 1,39. La décomposition mathématique du chromatogramme SEC en somme de gaussiennes (en faisant l'hypothèse que les coefficients de réponse du détecteur réfractométrique (dn/dc) des différentes populations sont identiques) indique la présence d'une population de chaînes linéaires non couplées dans une proportion de 15% en masse.
Le taux de polyéther déterminé par RMN 1H pour le copolymère A est de 3.7 mmol/kg ce qui, compte tenu de la masse moléculaire Mn théorique du polymère diénique et de celle du bloc polyéthylène glycol correspond à un taux de fonctionnalisation par le bloc polyéther d'environ 87 %.
La microstructure de ce copolymère A est déterminée par la méthode NIR: Le taux massique de motifs 1,4-trans est de 20,8 %, celui de motifs 1,4-cis est de 19,2 % et celui de motifs 1,2 est de 60 % (chacun de ces trois taux se rapporte aux unités butadiène). Le taux massique de styrène est de 27 %.
Exemple 2 : Polymère B conforme à l'invention:
SBR à bloc polyéther pendant en milieu de chaîne avec une fonction SiOH
Dans un réacteur de 10 litres, maintenu sous une pression d'azote d'environ 2 bars, contenant 5500 grammes de méthylcyclohexane, sont injectés 143 grammes de styrène et 407 grammes de butadiène ainsi que 0,57 mL de tetrahydrofurfuryl éther. Après neutralisation des impuretés dans la solution à polymériser par addition de n-butyllithium, sont ajoutés 5.1 mmol de n-BuLi. La polymérisation est conduite à 400C. Après 71 min, le taux de conversion des monomères atteint 96%. Ce taux est déterminé par pesée d'un extrait séché à 110 0C, sous la pression réduite de 200 mmHg. Un échantillon témoin est alors prélevé depuis le réacteur puis stoppé avec un excès de méthanol par rapport au lithium. La viscosité inhérente (viscosité " initiale "), laquelle est mesurée à 25 0C à 0,1 g/dl dans le toluène, est de 0.96 dl/g. La masse moléculaire Mn de ce témoin, déterminée par la technique SEC, est de 77000 g/mol, l'Ip est de 1,06.
Sont injectés 19.6 mL d'une solution de poly(oxy-l,2-ethanediyl),α-methyl-ω-[3- (trichlorosilyl)propoxy (de numéro CAS [36493-41-1] commercialisé par la société ABCR sous la référence SIM6492-66) à OjH mol.L"1 dans le diéthyl éther. Après 90 min de réaction à -15°C, la solution est coulée sur 1200 g d'eau contenant 5,1 mmol de triéthy lamine. La viscosité inhérente " finale " mesurée est de 1,65 dl/g. Le saut de viscosité, défini comme le rapport de ladite viscosité " finale " sur ladite viscosité " initiale ", est ici de 1,72. La viscosité ML du polymère ainsi couplé est de 54. Le polymère est alors soumis à un traitement antioxydant par addition de 0,8 parties pour cent parties d'élastomères (pce) de 4,4'-méthylène-bis-2,6-tert-butylphénol et de 0,2 parties pour cent parties d'élastomères (pce) de N-(l,3-diméthylbutyl)-N'-phényl-p- phény lènediamine .
On sépare le copolymère ainsi traité de sa solution par une opération de stripping à la vapeur d'eau, puis on le sèche sur outil à cylindres à 1000C pendant 15 minutes et enfin en étuve à 600C sous courant d'azote. La masse moléculaire Mn de ce copolymère à blocs, déterminée par la technique SEC, est de 167 000 g/mol et l'Ip est de 1,19. La décomposition mathématique du chromatogramme SEC en somme de gaussiennes (en faisant l'hypothèse que les coefficients de réponse du détecteur réfractométrique (dn/dc) des différentes populations sont identiques) indique la présence d'une population de chaînes linéaires non couplées dans une proportion de 10% en masse.
Le taux de polyéther déterminé par RMN 1H pour le copolymère B est de 4.1 mmol/kg ce qui, compte tenu de la masse moléculaire Mn théorique du polymère diénique et de celle du bloc polyéthylène glycol correspond à un taux de fonctionnalisation par le bloc polyéther d'environ 88%.
La microstructure de ce copolymère B est déterminée par la méthode NIR : Le taux massique de motifs 1,4-trans est de 20,9 %, celui de motifs 1,4-cis est de 19,2 % et celui de motifs 1,2 est de 60 % (chacun de ces trois taux se rapporte aux unités butadiène). Le taux massique de styrène est de 25 %.
Exemple 3 : Polymère C conforme à l'invention:
SBR à bloc polyéther pendant en milieu de chaîne sans fonction SiOH
Dans un réacteur de 10 litres, maintenu sous une pression d'azote d'environ 2 bars, contenant 4200 grammes de méthylcyclohexane, sont injectés 156 grammes de styrène et 444 grammes de butadiène ainsi que 0,45 mL de tetrahydrofurfuryl éther. Après neutralisation des impuretés dans la solution à polymériser par addition de n-butyllithium, sont ajoutés 4.5 mmol de n-BuLi. La polymérisation est conduite à 400C. Après 69 min, le taux de conversion des monomères atteint 96%. Ce taux est déterminé par pesée d'un extrait séché à 110 0C, sous la pression réduite de 200 mmHg. Un échantillon témoin est alors prélevé depuis le réacteur puis stoppé avec un excès de méthanol par rapport au lithium. La viscosité inhérente (viscosité " initiale "), laquelle est mesurée à 25 0C à 0,1 g/dl dans le toluène, est de 1.00 dl/g. La masse moléculaire Mn de ce témoin, déterminée par la technique SEC, est de 84000 g/mol, l'Ip est de 1,10.
Sont injectés 11,1 mL d'une solution de Poly(oxy-l,2-éthanediyl),α-méthyl-ω-[3- (dichlorométhylsilyl)propoxy de numéro CAS [138748-63-7] à 0,20 mol.L"1 dans le diéthyl éther. Après 60 min de réaction à 600C, on stoppe la réaction avec un excès de méthanol par rapport au lithium. La viscosité inhérente " finale " mesurée est de 1,61 dl/g. Le saut de viscosité, défini comme le rapport de ladite viscosité " finale " sur ladite viscosité " initiale ", est ici de 1,61. La viscosité ML du polymère ainsi couplé est de 50. Le polymère est alors soumis à un traitement antioxydant par addition de 0,8 parties pour cent parties d'élastomères (pce) de 4,4'-méthylène-bis-2,6-tert-butylphénol et de 0,2 parties pour cent parties d'élastomères (pce) de N-(l,3-diméthylbutyl)-N'-phényl-p- phénylènediamine.
On sépare le copolymère ainsi traité de sa solution par une opération de stripping à la vapeur d'eau, puis on le sèche sur outil à cylindres à 1000C pendant 15 minutes et enfin en étuve à 600C sous courant d'azote.
La masse moléculaire Mn de ce copolymère à blocs, déterminée par la technique SEC, est de 151 000 g/mol et l'Ip est de 1,23. La décomposition mathématique du chromatogramme SEC en somme de gaussiennes (en faisant l'hypothèse que les coefficients de réponse du détecteur réfractométrique (dn/dc) des différentes populations sont identiques) indique la présence d'une population de chaînes linéaires non couplées dans une proportion de 20% en masse.
Le taux de polyéther déterminé par RMN 1H pour le copolymère C est de 4.21 mmol/kg ce qui, compte tenu de la masse moléculaire Mn théorique du polymère diénique et de celle du bloc polyéthylène glycol correspond à un taux de fonctionnalisation par le bloc polyéther d'environ 93 %.
La microstructure de ce copolymère C est déterminée par la méthode NIR : Le taux massique de motifs 1,4-trans est de 20.2 %, celui de motifs 1,4-cis est de 18.3 % et celui de motifs 1,2 est de 62 % (chacun de ces trois taux se rapporte aux unités butadiène). Le taux massique de styrène est de 25 %.
Exemple 4 : Préparation d'un SBR D " témoin " : SBR fonctionnalisé SiOH en bout de chaîne
Dans un réacteur de 100 litres, maintenu sous une pression d'azote d'environ 2 bars, contenant 48.9 kg de méthylcyclohexane, sont injectés 1.93 kg de styrène et 5.21 kg de butadiène ainsi que 675 mL d'une solution de tetrahydrofurfuryl éther à 0,065 mol.L"1 dans le méthylcyclohexane. Après neutralisation des impuretés dans la solution à polymériser par addition de n-butyllithium, est ajouté 490 mL de n-BuLi à 0,065 mol.L"1 dans le méthylcyclohexane. La polymérisation est conduite à 45°C.
Après 45 min, le taux de conversion des monomères atteint 92%. Ce taux est déterminé par pesée d'un extrait séché à 110 0C, sous la pression réduite de 200 mmHg. 635 mL de solution d'hexaméthylcyclotrisiloxane à 0.0253 mol.L"1 dans le méthylcyclohexane sont alors ajouté. Après 30 min à 600C, le polymère est soumis à un traitement antioxydant par addition de 0,8 parties pour cent parties d'élastomères (pce) de 4,4' -méthylène -bis-2,6-tert-butylphénol et de 0,2 parties pour cent parties d'élastomères (pce) de N-(l,3-diméthylbutyl)-N'-phényl-p-phénylènediamine.
On sépare le copolymère ainsi traité de sa solution par une opération de stripping à la vapeur d'eau, puis on le sèche sur outil à cylindres à 1000C pendant 15 minutes et enfin en étuve à 600C sous courant d'azote.
La viscosité ML du copolymère est de 58.
La masse moléculaire Mn de ce copolymère, déterminée par la technique SEC, est de
161 000 g/mol et I1Ip est de 1,09.
La microstructure de ce copolymère D est déterminée par la méthode NIR :
Le taux massique de motifs 1,4-trans est de 20 %, celui de motifs 1,4-cis est de 19 % et celui de motifs 1,2 est de 61 % (chacun de ces trois taux se rapporte aux unités butadiène). Le taux massique de styrène est de 25 %. Le taux de fonctions (CHs)2Si déterminé par RMN 1H pour ce copolymère est de 3,73 mmol/kg. Exemple 5 : Préparation d'un SBR E " témoin " : SBR non fonctionnel
Dans un réacteur de 100 litres, maintenu sous une pression d'azote d'environ 2 bars, contenant 48.9 kg de méthylcyclohexane, sont injectés 1.93 kg de styrène et 5.21 kg de butadiène ainsi que 675 mL d'une solution de tetrahydrofurfuryl éther à 0,065 mol.L"1 dans le méthylcyclohexane. Après neutralisation des impuretés dans la solution à polymériser par addition de n-butyllithium, est ajouté 505 mL de n-BuLi à 0,065 mol.L"1 dans le méthylcyclohexane. La polymérisation est conduite à 45°C.
Après 45 min, le taux de conversion des monomères atteint 92%. Ce taux est déterminé par pesée d'un extrait séché à 110 0C, sous la pression réduite de 200 mmHg. 0,55 L d'une solution de méthanol à 0,15 mol.L"1 dans le toluène est alors ajoutée. La viscosité inhérente, laquelle est mesurée à 25 0C à 0,1 g/dl dans le toluène, est de 1.57 dl/g. Le polymère est alors soumis à un traitement antioxydant par addition de 0,8 parties pour cent parties d'élastomères (pce) de 4,4'-méthylène-bis-2,6-tert-butylphénol et de 0,2 parties pour cent parties d'élastomères (pce) de N-(l,3-diméthylbutyl)-N'-phényl-p- phény lènediamine . On sépare le copolymère ainsi traité de sa solution par une opération de stripping à la vapeur d'eau, puis on le sèche sur outil à cylindres à 1000C pendant 15 minutes et enfin en étuve à 600C sous courant d'azote. La viscosité ML du copolymère est de 54.
La masse moléculaire Mn de ce copolymère, déterminée par la technique SEC, est de 158 000 g/mol et I1Ip est de 1,09.
La microstructure de ce copolymère E est déterminée par la méthode NIR : Le taux massique de motifs 1,4-trans est de 20 %, celui de motifs 1,4-cis est de 19 % et celui de motifs 1,2 est de 61 % (chacun de ces trois taux se rapporte aux unités butadiène). Le taux massique de styrène est de 26 %. III Exemples comparatifs de compositions de caoutchouc
A) Mesures et tests utilisés
Techniques expérimentales utilisées pour la caractérisation avant et après cuisson des compositions de caoutchouc :
(a) la viscosité Mooney ML (1+4) à 100° C: mesurée selon la norme ASTM: D-1646, intitulée " Mooney " dans les tableaux,
(b) la dureté SHORE A: mesure effectuée selon la norme DIN 53505, (c) les modules d'allongement à 300 % (MA 300), à 100 % (MA 100) et à 10 % (MA 10): mesures effectuées selon la norme ISO 37,
(d) l'indice de cassage Scott à 23°C: on détermine la contrainte à la rupture (FR) en MPa et l'allongement à la rupture (AR) en %. Toutes ces mesures de traction sont effectuées dans les conditions normales de température et d'hygrométrie selon la norme ISO 37.
(e) la perte à 600C : une perte d'énergie à 60 0C par rebond à énergie imposée mesurée au sixième choc. La valeur, exprimée en %, est la différence entre l'énergie fournie et l'énergie restituée, rapportée à l'énergie fournie.
(f) Les propriétés dynamiques Delta G* et tan(δ)max sont mesurées sur un viscoanalyseur (Metravib VA4000), selon la norme ASTM D 5992-96. On enregistre la réponse d'un échantillon de composition vulcanisée (éprouvette cylindrique de 2 mm d'épaisseur et de 79 mm2 de section), soumis à une sollicitation sinusoïdale en cisaillement simple alterné, à la fréquence de 10 Hz, dans les conditions normales de température (23°C) selon la norme ASTM D 1349-99. On effectue un balayage en amplitude de déformation crête-crête de 0,1 à 50% (cycle aller), puis de 50% à 0,1% (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(δ)max), ainsi que l'écart de module complexe (Delta G*) entre les valeurs à 0,1 et 50% de déformation (effet Payne). B) Les exemples
Exemple 1 :
Compositions comprenant soit un élastomère possédant un bloc polyéther et au moins une fonction silanol en milieu de chaîne selon l'invention, soit un élastomère non conforme à l'invention (Tg = -250C)
Dans cet exemple, les quatre élastomères SBR A, SBR B, SBR D et SBR E ont été utilisés pour la préparation de compositions de caoutchouc A, B, D et E de type bande de roulement, comprenant chacune de la silice à titre de charge renforçante. Chacune de ces compositions A, B, D et E présente la formulation suivante
(exprimée en pce : parties pour cent parties d' élastomère) :
Elastomère 100
Silice (1) 80
N234 1
Huile MES (5) 15
Résine (6) 15
Agent de liaison (2) 6.4
ZnO 2.5
Acide stéarique 2
Antioxydant (3) 1.9
Cire anti-ozone " C32ST " (7) 1.5
Diphénylguanidine 1.5
Soufre 1.2
Sulfénamide (4) 2
Avec :
(1) = Silice " Zeosil 1165 MP " de la société Rhodia, (2) = Agent de liaison " Si69 " de la société Degussa,
(3) = N-(l,3-diméthylbutyl)-N'-phényl-p-phénylènediamine,
(4) = N-cyclohexyl-2-benzothiazylsulfénamide,
(5) = Catenex® SNR de la société Shell, (6) = Résine Dercolyte L 120 de la société DRT ou Sylvagum TR7125C de la société
Arizona,
(7) = Cire anti-ozone de la Société Repsol
Chacune des compositions suivantes est réalisée, dans un premier temps, par un travail thermo-mécanique, puis, dans un second temps de finition, par un travail mécanique.
On introduit successivement, dans un mélangeur interne de laboratoire de type "Banbury', dont la capacité est de 400 cm3, qui est rempli à 70% et dont la température initiale est d'environ 900C, l'élastomère, les deux tiers de la charge renforçante, l'agent de couplage et la diphénylguanidine, puis, environ une minute plus tard, le reste de la charge renforçante, l'huile MES, la résine, l'antioxydant, l'acide stéarique et la cire anti-ozone " C32ST "j_ puis, environ deux minutes plus tard le monoxyde de zinc.
On conduit l'étape de travail thermo-mécanique pendant 4 à 5 minutes, jusqu'à une température maximale de tombée de 1600C environ.
Le premier temps précité de travail thermo-mécanique est ainsi réalisé, étant précisé que la vitesse moyenne des palettes lors de ce premier temps est de 45 t/min.
On récupère le mélange ainsi obtenu, on le refroidit puis, dans un mélangeur externe (homo-fmisseur), on ajoute le soufre et la sulfénamide à 300C, en mélangeant encore le tout pendant une durée de 3 à 4 minutes (second temps précité de travail mécanique).
Les compositions ainsi obtenues sont ensuite calandrées, soit sous forme de plaques (d'une épaisseur allant de 2 à 3 mm) ou fines feuilles de caoutchouc, pour la mesure de leurs propriétés physiques ou mécaniques, soit sous la forme de profilés directement utilisables, après découpage et/ou assemblage aux dimensions souhaitées, par exemple comme produits semi-finis pour pneumatiques, en particulier pour des bandes de roulement. La réticulation est effectuée à 1500C pendant 40 min. Les résultats sont consignés dans le tableau 1 ci-après.
Tableau 1 :
Composition A B D E
Elastomère SBR A SBR B SBR D SBR E
ML (1+4) à 1000C 55 54 58 54
(elastomère)
Propriétés à l'état non réticulé
ML (1+4) à 1000C 62 68 108 78
(" Mooney mélange ")
Propriétés à l'état réticulé
Shore A 62.4 64.9 63.9 70.2
MAlO 4.31 4.93 4.64 7.05
MA100 2.21 2.36 2.23 2.16
MA300 2.64 2.63 2.78 2.21
MA300/MA100 1.19 1.11 1.25 1.02
Indice de cassage Scott à 23°C
Fr (MPa) 16.9 16.0 19.7 18.0
Ar (%) 389 381 413 490
Pertes 600C (%) 27.5 28.5 21.8 36.3
Propriétés dynamiques en fonction de la déformation
Delta G* (MPa) à 23°C 1.06 1.79 1.67 6.58
Tan (S) max à 23°C 0.309 0.324 0.367 0.476
On notera que les compositions A et B selon l'invention présentent des valeurs de Mooney " mélange " qui sont inférieures à celle de la composition E à base d'un elastomère non fonctionnel. Les compositions A et B selon l'invention présentent des valeurs de Mooney " mélange " qui sont très nettement inférieures à celle de la composition D à base d'un elastomère qui comprend une fonction SiOH en bout de chaîne. Les élastomères A et B qui comprennent un bloc polyéther et au moins une fonction SiOH en milieu de chaîne selon l'invention permettent d'améliorer très nettement la mise en œuvre à l'état non réticulé par rapport à l'élastomère fonctionnel SiOH en bout de chaîne d'une part et permettent d'améliorer légèrement la mise en œuvre à l'état non réticulé par rapport à l'élastomère non fonctionnel d'autre part.
Concernant les propriétés à l'état réticulé, on notera que le rapport MA300/MA100 des compositions A et B selon l'invention est nettement supérieur à celui de la composition E à base d'un élastomère non fonctionnel. Les élastomères A et B qui comprennent un bloc polyéther et au moins une fonction SiOH en milieu de chaîne selon l'invention permettent d'améliorer le renforcement par rapport à l'élastomère non fonctionnel.
Concernant les propriétés dynamiques, on notera que les valeurs de Delta G* et de tanδmax de la composition A selon l'invention sont inférieures à celles de la composition D à base d'un élastomère qui comprend une fonction SiOH en bout de chaîne. L'élastomère A qui comprend un bloc polyéther et deux fonctions SiOH en milieu de chaîne selon l'invention permet d'améliorer les propriétés hystérétiques par rapport à l'élastomère D qui comprend une fonction SiOH en bout de chaîne.
Concernant les propriétés dynamiques, on notera que la valeur de tanδmax de la composition B selon l'invention est inférieure à celle de la composition D à base d'un élastomère qui comprend une fonction SiOH en bout de chaîne. L'élastomère B qui comprend un bloc polyéther et une fonction SiOH en milieu de chaîne selon l'invention permet d'améliorer les propriétés hystérétiques par rapport à l'élastomère D qui comprend une fonction SiOH en bout de chaîne. Concernant les propriétés dynamiques, on notera que les valeurs de Delta G* et de tanδmax des compositions A et B selon l'invention sont très nettement inférieures à celles de la composition E à base d'un élastomère non fonctionnel. Les élastomères A et B qui comprennent un bloc polyéther et au moins une fonction SiOH en milieu de chaîne selon l'invention permettent d'améliorer très nettement les propriétés hystérétiques par rapport à l' élastomère non fonctionnel .
En d'autres termes, les compositions A et B selon l'invention à base d'élastomères qui comprennent un bloc polyéther et au moins une fonction SiOH en milieu de chaîne présentent des propriétés de caoutchouterie à l'état non réticulé et à l'état réticulé qui sont améliorées par rapport à celles de la composition D à base d'un élastomère qui comprend une fonction SiOH en bout de chaîne du fait d'une aptitude à la mise en œuvre très nettement améliorée et d'une hystérèse légèrement réduite.
En d'autres termes, les compositions A et B selon l'invention à base d'élastomères qui comprennent un bloc polyéther et au moins une fonction SiOH en milieu de chaîne présentent des propriétés de caoutchouterie à l'état non réticulé et à l'état réticulé qui sont améliorées par rapport à celles de la composition E à base d'un élastomère non fonctionnel du fait d'une hystérèse nettement réduite et d'une aptitude à la mise en œuvre légèrement améliorée.

Claims

REVENDICATIONS
1 - Procédé de préparation d'un copolymère diénique à blocs dont l'un au moins desdits blocs est constitué d'un élastomère diénique et l'autre au moins desdits blocs est constitué d'un polyéther, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de réaction d'un élastomère diénique vivant sur un agent de fonctionnalisation ayant un bloc polyéther fonctionnel de masse moléculaire moyenne en nombre sensiblement de 150 à 5000 g/mol, représenté par la formule générale I:
R1^A)1n
Formule I
dans laquelle,
R1 représente un dérivé hydrocarboné alkyle en Ci - C15 ou aryle en C6 - C15, ou alkylaryl en C7-C15, de valence m,
m est un nombre entier de 1 à 4,
A représente, de manière identique ou différente lorsque m est supérieur à 1, le bloc de formule générale II
Figure imgf000046_0001
Formule II
dans laquelle,
R2 représente un radical alkylène en Ci-Ci0, R représente un dérivé hydrocarboné alkyl en Ci - C50, aryle en C6 - C50 ou aralkyle en C7 - C50 divalent,
R4 représente un radical alkyle en Ci - C50 ou aryle en C6 - C50 ou aralkyle en C7 -
X représente, de manière identique ou différente lorsque i vaut 0 ou 1 , un groupe choisi parmi un atome d'halogène et un groupe de formule - OR5 dans laquelle R5 représente un radical alkyle en Ci - C18, cycloalkoxyle en C5-C18 ou aryle en C6 - C18,
n est un nombre supérieur à 1 , de manière à ce que le bloc polyéther ait une masse moléculaire moyenne en nombre sensiblement de 150 à 5000 g/mol,
i est un nombre entier de 0 à 2.
2 - Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que dans la formule générale I, m vaut 1 ou 2.
3 - Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que dans la formule générale I, R2 représente le radical ~ ^H ~ ^H ~ R6 R7 dans lequel R6 et R7 sont, indépendamment l'un de l'autre, un atome d'hydrogène ou un radical alkyle en C1-C4;
4 - Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que dans la formule générale I, R2 représente le radical éthylène.
5 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que dans la formule générale I, R3 représente le radical propane- 1,3-diyl.
6 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que dans la formule générale I, i vaut 0 ou 1.
7 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que préalablement à l'étape de réaction de l'élastomère diénique vivant sur l'agent de fonctionnalisation de formule générale I, le procédé comprend une étape de préparation de l'élastomère diénique vivant par polymérisation anionique d'au moins un monomère diénique en présence d'un initiateur organométallique monofonctionnel.
8 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que préalablement à l'étape de réaction de l'élastomère diénique vivant sur l'agent de fonctionnalisation de formule générale I, le procédé comprend une étape de fonctionnalisation intermédiaire du polymère vivant par réaction de ce dernier sur un composé organosiloxane cyclique pour former un élastomère diénique vivant à extrémité silanolate, et en ce que l'élastomère préfonctionnalisé réagit ensuite sur l'agent de fonctionnalisation de formule générale I.
9 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape de réaction de l'élastomère diénique vivant sur l'agent de fonctionnalisation de formule générale I est suivie d'une étape d'hydrolyse ou d'alcoolyse.
10 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le procédé comprend une étape de couplage et/ou d'étoilage et/ou encore de fonctionnalisation supplémentaire avec un agent de fonctionnalisation autre qu'un composé organosiloxane cyclique et différent de celui de formule générale I.
11 - Copolymère diénique à blocs, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un bloc polyéther de masse moléculaire moyenne en nombre sensiblement de 150 à 5000 g/mol et répond à la formule générale III
R!-(A')m Formule III
dans laquelle,
R1 représente un dérivé hydrocarboné alkyle en Ci - C15 ou aryle en C6 - C15, ou alkylaryl en C7-C15, de valence m,
m est un nombre entier de 1 à 4, A' représente, de manière identique ou différente lorsque m est différent de 1, le bloc de formule générale IV
Si Ri4 (OR8) 3-i-k Bk
Figure imgf000049_0001
Formule IV dans laquelle,
R2 représente un radical alkylène en C1-C10,
R3 représente un dérivé hydrocarboné alkyl en Ci - C50, aryle en C6 - C50 ou aralkyle en C7 - C50 divalent,
R4 représente, indépendamment l'un de l'autre, un radical alkyle en Ci - C50, aryle en C6 - C50 ou aralkyle en C7 - C50,
R8 représente un atome d'hydrogène ou un radical alkyle en C1 - C18, cycloalkoxyle en C5-C18 ou aryle en C6 - C18,
n est un nombre supérieur à 1 , de manière à ce que le bloc polyéther ait une masse moléculaire moyenne en nombre sensiblement de 150 à 5000 g/mol,
i est un nombre entier de 0 à 2,
k est un nombre entier de 1 à 3, de sorte que i + k < 3, et
B représente le groupement - [(- O - Si R9 R10)q- P ], dans lequel R9 et R10 représentent, indépendamment l'un de l'autre, un radical alkyl Ci - C50, aryle en C6 - C50 ou aralkyle en C7 - C50, q est un nombre entier de 0 à 10 et P est un élastomère diénique.
12 - Copolymère diénique à blocs selon la revendication 11 , caractérisé en ce que dans les formules générales III et IV, R1, R2, R3, m et i sont, indépendamment l'un de l'autre, tels que définis dans l'une quelconque des revendications 2 à 6. 13 - Copolymère diénique à blocs selon la revendication 11 ou 12, caractérisé en ce que dans les formules générales III et IV, m vaut 1 et k vaut 2.
14 - Copolymère diénique à blocs selon la revendication 11 ou 12, caractérisé en ce que dans les formules générales III et IV, m vaut 2 et k vaut 1.
15 - Copolymère diénique à blocs selon l'une quelconque des revendications 11 à 14 caractérisé en ce que dans la formule générale IV, i + k vaut 1 ou 2.
16 - Copolymère diénique à blocs selon l'une quelconque des revendications 11 à 15 caractérisé en ce que dans la formule générale IV, R8 représente un radical méthyle ou éthyle ou un atome d'hydrogène.
17 - Copolymère diénique à blocs selon l'une quelconque des revendications 11 à 16, caractérisé en ce que dans la formule générale IV, q est non nul, de préférence égal à 1.
18 - Copolymère diénique à blocs selon l'une quelconque des revendications 11 à 17, caractérisé en ce que dans la formule générale IV, l'élastomère diénique P est un copolymère styrène/butadiène.
19 - Copolymère diénique à blocs selon l'une quelconque des revendications 11 à 18, caractérisé en ce qu'il est obtenu par la mise en œuvre du procédé selon les revendications 1 à 10.
20 - Composition de caoutchouc renforcée, utilisable pour la fabrication d'une enveloppe de pneumatique, à base d'au moins un copolymère diénique à blocs tel que défini dans les revendications 11 à 19 destiné à interagir avec une charge renforçante
21 - Composition de caoutchouc selon la revendication 20 caractérisée en ce qu'elle comprend majoritairement une charge inorganique renforçante à titre de charge renforçante. 22 - Composition de caoutchouc selon la revendication 21, caractérisée en ce que la charge renforçante est constituée par la charge inorganique renforçante.
23 - Composition de caoutchouc selon la revendication 21 ou 22, caractérisée en ce que la charge inorganique renforçante est de la silice.
24 - Composition de caoutchouc selon la revendication 20, 21 ou 23, caractérisée en ce que la charge renforçante comprend du noir de carbone.
25 - Composition de caoutchouc selon l'une quelconque des revendications 20 à 24, caractérisée en ce qu'elle comprend en coupage avec ledit copolymère diénique à blocs un au moins des polymères choisis parmi le caoutchouc naturel, les élastomères diéniques synthétiques, les élastomères diéniques synthétiques couplés et/ou étoiles et/ou encore partiellement ou entièrement fonctionnalisés par un agent de fonctionnalisation différent de celui représenté par la formule générale I, les élastomères synthétiques autres que diéniques.
26 - Pneumatique, caractérisée en ce qu'elle incorpore dans au moins un de ses éléments constitutifs une composition de caoutchouc selon une des revendications 20 à 25.
27 - Bande de roulement pour pneumatique selon la revendication 26, caractérisée en ce qu'elle comprend une composition de caoutchouc selon une des revendications 20 à 25.
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