Brevet FR2001443A1 — publié le 19690926

-i 2001443 La présente invention est relative à des mélanges-mères pour caoutchouc "blanc renfermant des charges, et contenant des aminoplastes réticulés, hautement dispersés» Les charges actives hautement dispersées à "base de 5 noir de carbone ou de silice sont dans une large mesure utilisées pour le renforcement du caoutchouc naturel ou synthétique. Ces charges sont généralement incorporées à l'état sec dans la masse plastique d'un élastomère à l'aide d'un dispositif mélangeur approprié (laminoir, pétrin, etc...). Lorsqu'on utilise cette 10 technique, on ne peut empêcher un certain dégagement de poussière, ce qui est particulièrement désagréable dans le cas du noir de carbone. Ge fait est la raison essentielle que, de plus en • plus, on remplace le procédé de mélange à sec par ce qu'on appelle un procédé.dit de mélange-mère de latex, c'est-à-dire qu'on 15 mélange une houe aqueuse de noir de carbone avec un latex élas-tomère et qu'on déshydrate le mélange. Plus particulièrement, le noir de carbone est dispersé dans de l'eau, la dispersion ainsi obtenue est mélangée avec le latex de caoutchouc, coagulée, filtrée et séchée. De plus, outre la propreté de la plante, il 20 existe quelques avantages économiques qui dépendent de l'emplace- • ment des plantations d*élastomères et de la manufacture de caoutchouc, respectivement. Lorsqu'on considère les charges blanches de renforcement, par exemple celles à base de silice, le dégagement de 25 poussière n'est pas aussi désagréable que dans le cas du noir de carbone. De ce fait, les mélanges-mères de caoutchouc blanc chargé n'ont pas pu acquérir jusqu'à présent une importance industrielle. En utilisant des mélanges-mères, on n'obtient en géné-30 ral par de meilleures propriétés des vulcanisats de caoutchouc /voir par exemple le livre "Seinforcernent of Elastomers" édité par Gérard Kraus (Interscience Publishers, John Wiley & Sons, New York, 1965)7° De plus, il est décrit dans le brevet français 55 1.4-22.099 un procédé pour la fabrication de vulcanisats de caoutchouc qui renferment des résines amino-aldéhyde réticulées hautement dispersées ("aminoplastes") en tant que charges de renforcement. Les procédés pour la préparation d1 aminoplastes hautement dispersés sont décrits dans les brevets français 1.04-3.4-57 69 02431 a 2001443 et 1.4-53.750. Les substances formant des aminoplastes, comme la mélamine, l'urée, etc..., réagissent sur le formaldéhyde en solution aqueuse en la présence d'un agent tensio-actif ou d'un colloïde protecteur. Les gels ou précipités macromoléculaire 5 réticulés, respectivement, obtenus ensuite, sont déshydratés ou filtrés, sécliés et broyés» Les polymères secs consistent en des particules primaires ayant des diamètres inférieurs à 5 ° microns, la plupart du temps meme inférieurs a 1000 A, qui peuvent être agglomérés en des unités plus grandes d'une stabilité 10 relativement faible. Ils présentent d'excellentes propriétés de renforcement dans le caoutchouc naturel et dans les élastomères synthétiques et sont, à certains points de vue, supérieurs aux charges blanches de renforcernent.qui sont connues à cet effet. Lorsqu'on considère cet état technique de l'expérience, 15 il n'était pas évident qu'un certain perfectionnement des propriétés de renforcement des aminoplastes hautement dispersés serait possible si une dispersion aqueuse d'un gel ou précipité macromoléculaire réticulé, respectivement d'un aminoplaste, était mélangée avec un latex de caoutchouc et séchée. On peut également 20 coaguler et filtrer les solides avant séchage. Les vulcanisats obtenus à partir des mélanges-mères décrits ci-dessus présentent de meilleures résistances au déchirement, de meilleures résistances à la traction et de meilleurs modules, comparés à ceux obtenus à partir de composants secs individuels. En plus de ces 25 meilleures propriétés, il y a un avantage économique du fait que le traitement conjoint du latex et de la dispersion d'aminoplaste est bien moins coûteux que l'isolement des simples composants à l'état sec et Que leur agglomération subséquente. La présente invention prévoit donc un procédé pour la préparation de mélanges 30 d'élastomères contenant des charges par la technique de mélanges-mères de latex, lesdits mélanges a'élastomères fournissant des vulcanisats avec des propriétés mécaniques améliorées, ledit procédé consistant à mélanger de manière homogène un latex d'un élastomère avec une dispersion aqueuse d'un polymère amino-33 aldéhyde réticulé, insoluble, macromoléculaire, ayant une grosseur de particules inférieure à 5 microns, ladite dispersion aqueuse étant obtenue en condensant la résine aminée formant -un composé aminogène avec l'aldéhyde en milieu aqueux dans des conditions réactionnelles telles qu'il se forme une phase hautement 69 02431 3 2001443 dispersée d'un amino-aldéhyde polymère macromoléculaire réticulé, et à amener ensuite à l'état essentiellement sec le système mélangé obtenu renfermant deux phases dispersées. Le mélange liquide ou la dispersion, respectivement, peut soit être séché 5 directement, ou bien les solides qu'ils renferment peuvent être précipités par coagulation, être filtrés ou centrifugés et ensuite séchés. L'expression "résine amino-aldéhyde" ou "aminoplaste", respectivement, a la signification bien connue en la matière. En 10 particulier, elle comprend les produits de condensation du formaldéhyde ou de ses polymères avec des composés renfermant au moins une fois le groupement. ^nh2 X = c 15 • >R dans lequel X représente de l'oxygène, du soufre, un groupe ÏÏH, un atome d'azote, un carbone, R représente HHg, HHR', ÎT=, C- et CH=, X et R pouvant également représenter un noyau aromatique 20 ou hétérocyclique qui peut être substitué par des groupes amino-gènes, par des groupes hydroxyle, par des groupes sulfhydryle, ou par des groupes alcoyle. Des composés typiques de cette classe sont : l'urée, la thiourée, la guanidine, le dicyandiamide, la mélamine, la benzoguanamine, la thio-ammeline, 11 aniline et 25 11acrylamide. En général, tous les élastomères qui peuvent être dispersés dans l'eau peuvent être utilisés pour la préparation de mélanges-mères» L'utilisation d'élastomères qui sont obtenus par des techniques de polymérisation en émulsion ou en suspension 30 est économiquement avantageuse. C'est la raison pour laquelle c'est un sujet préféré de l'invention,, Les élastomères de ce type sont ; les polymères du butadiène, de l'isoprène et du 2-chlorobutàdiène et leurs copolymères avec le styrène, l'acry-lonitrile, 1'acrylamide, des esters de l'acide acrylique ou 35 cLe l'acide méthacrylique, 11 isobutylène ou la vinylpyridine. Il est bien entendu que le latex de caoutchouc naturel peut être utilisé dans le domaine de l'invention. D'autres groupes d'élastomères qui sont utilisables sont des. terpolymères de l'éthylène, du propylène et d'une dioléfine, comme le dicyclopentadiène ou le 69 02431 * 2001443 ou le cyclo-octadiène, le polyéthylène chloro-sulfoné, des élastomères à base d'oxyde d'éthylène, d'oxyde de propylène et d'épi-chlorhydrine ; des élastomères fluorés (par exemple à base d'he-xafluoro-propylène et de son époxyde), ainsi que des caoutchouc 3> de silicone. les mélanges-mères suivant la présente invention peuvent renfermer des huiles de coupage, des colorants, des pigments et d'autres charges hautement dispersées, des anti-oxydants, du soufre et des accélératteurs dans la mesure où leur activité 10 n'est pas changée par le contact avec l'eau. D'autres objets de l'invention sont des vulcanisats de caoutchouc façonnés obtenus à partir des mélanges-mères qui sont décrits ci-dessus et qui sont fabriqués suivant les méthodes bien connues dans la technologie du caoutchouc. 15 L'invention est décrite plus en détail dans les exem ples non limitatifs qui suivent. Dans ces exemples, les parties et pourcentages s'entendent en poids, et les températures sont indiquées en degrés centigrades. EXEMPLE 1 20 a) Préparation d'une dispersion mélamine-formaldéhyde Un récipient de réaction d'une capacité de 60 litres, est pourvu d'une chemise de vapeur, ainsi que d'un agitateur, d'un thermomètre, d'une colonne de distillation avec un réfrigérant et d'un dispositif de mesure du pH. Il est chargé avec 45 25 parties d'eau désionisée, 0,2 partie du sel de sodium d'une carboxyméthyl-cellulose d'un poids moléculaire élevé et de 16,2 parties d'une solution aqueuse à 30 % de formaline. On chauffe le mélange à 93° et ajuste le pH à une valeur de 6,0. On ajoute rapidement 5 >11 parties de mélamine et maintient soigneusement 30 le pH à une valeur de 6 en ajoutant une solution aqueuse à 10 % d'acide sulfurique.Au cours de quelques minutes, il se forme un précipité thixotrope que l'on doit détruire par une vigoureuse agitation. On laisse alors le pH monter à une valeur de 6,5, à une température de 93 à 95° } et maintient ces conditions pendant 12 35 heures tout en agitant. On ajoute 0,1 partie d'une carboxyméthyl- ' cellulose soaique, agite pendant trois heures de plus et élimine par distillation 24,6 parties d'eau, refroidit et ajuste le pH à -une valeur de 9= On obtient 41 parties d'une dispersion (fraction A) d'un polymère mélamine-formaldéhyde réticulé qui 69 02431 5 2001443 présente la consistance d'une crème molle. La teneur en solide est de 17)5 % et le poids spécifique de 1,08 g/cm^. La dispersion ainsi obtenue est stable et n'a pas tendance à se déposer pendant le stockage et le transport. 5 A titre de comparaison, une fraction (B) de la disper sion est soutirée avant l'étage de distillation, filtrée, lavée, séchée et broyée pendant deux heures dans un broyeur à boulets de porcelaine » La poudre blanche ainsi obtenue présente une sur- 2 face spécifique de 151 m par gramme et une grosseur moyenne de 10 particule de l'ordre de 350 jL b) Préparation du mélange-mère : On utilise un latex CSB (caoutchouc de styrène et de butadiène) du type 500 ; ce produit est vendu par la Société 15 dite : Firestone Tire and Rubber Company sous la désignation "Fr - S- 236"» Sa teneur en substance solide est de 66 % et la valeur du pH est de 16,2» On mélange soigneusement 33 parties du latex ci-dessus avec 54-,14- parties de la dispersion décrite ci-dessus du poly-20 mère réticulé mélamine-formaldéhyde, coule sur des plaques et sèche dans un courant d'air à 4-0°. On broie en petits morceaux au bout de 24- heures et poursuit l'opération de séchage jusqu'à constance de poids. Le mélange-mère ainsi obtenu renferme 66,6 % en poids d'élastomère et 33)4- % en poids d'aminoplaste hautement 25 dispersé. A titre d'exemple de comparaison, on sèche une fraction (B) du même latex de caoutchouc de styrène et de butadiène sans addition de la dispersion de charge. c) Vulcanisation : 30 Deux pâtes (A) et (B) de caoutchouc vulcanisable sont combinées dans un laminoir à deux cylindres avec les ingrédients indiqués plus loin dans le tableau qui suit. 'Dans la pâte de caoutchouc (A), le caoutchouc de styrène et de butadiène et la charge de résine mélamine-formaldéhyde 35 sont ajoutés sous la forme du mélange-mère de l'exemple 1 b) ci-dessus. Dans la pâte de caoutchouc (B), le caoutchouc de styrène et de butadiène' (fraction B de l'exemple 1b) et la charge 69 02431 6 2001443 de résine mélamine-formaldéhyde (fraction B de l'exemple 1a) sont introduits séparément dans le dispositif de. mélange. Les échantillons colorés à la lumière qui sont obtenus par vulcanisation à 145° possèdent les propriétés indiquées dans le tableau qui suit : TABLEAU Pâte de caoutchouc (A) Pâte de caoutchouc (B) Parties Parties "Mélange-mère" suivant b) de 1Texemple 1 150 — CSB (fraction B) - 100 Charge MF (fraction B) - 50 Acide stéarique 1,5 1,5 Oxyde de zinc 5,0 5,o Soufre 2,0 2,0 Monox WSL ^ 1,0 1,0 Polyéthylène-glycol (poids moléculaire = 6.000) Circolxght Process Oil 3,0 3,0 5,0 5,o Bisulfure de mercapto-benzo-thiazolyle 2,0 2,0 Bisulfure de di-tétraméthyl-thiurame 0,1 0,1 Vulcanisation à 145° 15 minutes 15 minutes p Elongation de rupture (kg/cm ) 210 172 Module à 300 % d'élongation (kg/cm^) 96,5 77,2 Elongation de rupture (%) 540 545 Résistance au déchirage (kg/cm) 78 48 Dureté Shore A 84 79 Elasticité de rebondissement (%) 39 36 i 1 ) 'anti-oxydant diffusé par la Société dite : Impérial Chemical Industries Limited (LC.L) ^Plastifiant distribué par la Société dite : Sun Oil Co. (une fraction pétrolière naphténique présentant un point éclair de 165° et renfermant 19 % d'atomes de carbone aromatique, 40 % d'atomes de carbone naphténique et 41 % d'atomes de carbone paraffinique). 69 02431 7 2001443 REVENDICATIONS 1) Procédé pour la fabrication de mélanges d1élastomères renfermant des charges par la technique de mélanges-mères de latex, lesdits mélanges élastomères fournissant des vulcani- 5 sats avec des propriétés mécaniques améliorées, ledit procédé consistant à mélanger de manière homogène un latex d'un élasto-mère avec une dispersion aqueuse d'un polymère amino-aldéhyde macromoléculaire, réticulé, insoluble, ayant une grosseur de particule inférieure à 5 microns, ladite dispersion aqueuse étant 10 obtenue en condensant la résine aminée formant le composé amino-gène avec l'aldéhyde en milieu aqueux dans des conditions réac-tionnelles telles qu'il se forme une phase hautement dispersée . d'un polymère amino-aldéhyde macromoléculaire réticulé, et à amener ensuite à l'état essentiellement sec le système mélangé 15 obtenu renfermant deux plias es dispersées. 2) Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le polymère amino-aldéhyde est un polymère mélamine-formaldéhyde . 3) Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par 20 le fait que le polymère amino-aldéhyde est un polymère urée- - formaldéhyde. 4) Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le mélange liquide de la charge dispersée et de l'élastomère dispersé est séché directement. 25 5) Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le mélange liquide de la charge dispersée et de l'élastomère dispersé est d'abord co-précipité par coagulation et ensuite séché.