Brevet FR2137426A1 — publié le 19721229

La présente Invention concerne les procédés d'activation de constituants de mélanges pour l'industrie du caoutchouc, notamment les procédés d'activation de constit- .:;ts pulvérulents pour les élastomères trouvant deo applicat s dans l'Industrie du caoutchouc, des câbles, des pneu.~atiqu.es, dans la fabrication des simili-cuirs, etc.... . On connaît déjà un procédé d'activation de constituants pulvérulents pour gommes, basé sur l'augmentation de leur surface spécifique. Dans ce procédé connu, on accroît la surface spécifique des constituants pulvérulents en agissant sur leurs particules au moyen d'un jet d'eau sous pression; Le procédé précité présente un certain nombre d'inconvénients. Il est notamment impossible d'obtenir des constituants activés de mélanges de gommes en phase solide : l'équipement chimique permettant d'obtenir des constituants activés est compliqué et il faut en outre utiliser de hautes pressions, ce qui entraîne une~ consommation d'énergie supplémentaire. L'invention vise à créer un procédé d'activation de constituant pulvérulents pour élastomères, permettant d'obtenir des constituante pulvérulents activés en phase solide, n'exigeant pas d'appareillages compliqués et assurant une productivité suffisamment élevée. Ce problème est résolu du fait que,dans le procédé d'activation de constituants pulvérulents pour élastomères,suivant l'invention en augmente la surface spécifique des constituants pulvérulents en agissant sur leurs particules au moyen de corps ferromagnétiques dans un champ électromagnétique d'onde progressive. . De préférence, l'induction du champ électromagnétique d'onde progressive au sein du milieu réactionnel contenant les constituants précités est au moins égale à 0,08 tesla. On met en oeuvre le procédé de l'invention de la manière suivante. On place dans une enceinte en matériau non magnétique ou faiblement magnétique, munie de raccords destinés à 1'introduction et au déchargement des constituants de départ, la quantité requise de corps ferromagnétiques ir.Jquiaxes (axes inégaux), notamment en acier, fer, nickel, etc..., ainsi qu'un mélange de tous les constituants pulvérulents des élastomères,associés à des plasti.fiants. COPY 71 42291 2 21 37426 Sous l'action du champ électromagnétique d'onde progressive, par exemple d'un champ tournant, dont l'induction est au moins égale à 0,08 tesla et qui est créé par exemple par un générateur, les corps ferromagnétiques métalliques sont animés de. mouvements 5 complexes et intenses : rotation autour de leur plus petit axe à une vitesse voisine de la vitesse de rotation du champ électromagnétique, mouvements de translation et de vibration, vibration" de magnétostriction, en formant ainsi une couche dite "tur.lsuienie". 10 Au cours de leurs mouvements les corps ferromagnétiques heurtent des milliers de fois par seconde les particules des constituants pulvérulents. le malaxage et la'dispersion qui interviennent au cours de ce processus entraînent un fort accroissement de la surface spécifique des constituants, avec 15 formation d'un grand nombre de centres actifs qui contribuent à en élever la réactivité» Par des procédés connus, on introduit les constituants ainsi activés au sein des gommes, après quoi on procède à leur transformation en vulcanisés. Si l'on désire activer, séparément des autres constituants 20 les matières de charge entrant dans la composition de constituants pulvérulents il est recommandé d'introduire dans l'enceinte réactionnelle, outre les corps ferromagnétiques et la matière de charge, d'autres substances chimiques spéciales servant d'agents modificateurs (5 parties pondérales d'agent modificateur 25 pour 100 parties pondérales de matière de charge), et de les traiter par le procédé précité. On peut utiliser en tant que modificateurs, des agents surfactifs cationiques à longue chaîne, le latex peut également servir d'agent modificateur. 30 On soumet alors à une dispersion et à un malaxage poussés aussi bien la matière de charge que l'agent modificateur, en appliquant simultanément sur la surface obtenue de la matière de charge des particules d'agent modificateur. L'introduction de la matière de charge modifiée ainsi obtenue au sein des 35 gommes s-'effectue en même temps que les autres constituants pulvérulents„ GOPV 71 42291 3 21 37426 Le procédé de l'invention permet d'obtenir des constituants activés pour gommes en phase solide. L'utilisation pour les gommes de constituants activés permet de réduire sensiblement (de moitié en moyenne;, la durée de l'introduction des constituants 5 -pulvérulents au sein des gommes et d'obtenir des produits en caoutchouc chargés qui présentent une résistance mécanique 2 améliorée (résistance à la traction 230 kgf/cm. ). Pour une meilleure compréhension de la présente invention, plusieurs exemples concrets de mise en oeuvre du procédé proposé 10 sont donnés ci-après à titre non limitatif. On a effectué l'activation des constituants pulvérulents pour gommes dans un appareil ayant les caractéristiques techniques suivantes : valeur de l'induction magnétique dans la zone de travail de l'appareil 0,15 tesla, vitesse de rotation du champ 1 5 électromagnétique 3000 tr/mn. Exemple 1 On a soumis à un malaxage et à une dispersion préalables un mélange de tous les constituants pulvérulents (les compositions des mélanges sont indiquées dans le tableau 1 ci-dessous,avant son introduction dans les gommes (première variante), ou bien tous les constituant . à l'exception de l'agent vulcanisateur (seconde variante) avec introduction subséquente du mélange obtenu et de l'agent vulcanisateur (soufre) dans la gomme. La seconde variante est prévue pour le cas où le traitement des constituants conduit à leur interaction chimique, ce qui peut provoquer une vulcanisation prématurée des mélanges de gommes correspondants. Dans la première variante comme dans la seconde on a placé les constituants entrant dans les compositions indiquées dans une enceinte contenant des particules ferromagnétiques. Ensuite, on a placé l'enceinte dans la zone d'action d'un champ électromagnétique tournant créé par un inducteur spécial. La dispersion et le malaxage des constituants dans la couche "turbulente" de particules ferromagnétiques, ainsi que le traitement simultané du mélange de constituants par 1 COPY 71 42291 4 21 37426 gnétique correspondaient à ceux indiqués plus haut. On a mis en oeuvre des particules ferromagnétiques sous forme de cylindres en acier à 2 % de carbone, de 1,2 mm de diamètre et 12 mm de longueur. Après le traitement, du mélange on en a éliminé 5 lesdites particules au moyen d'un électro-aimant. Les mélanges de constituants eux-mêmes, dont chaque particule possédait, à la suite dudit traitement, des centres actifs favorisant l'accélération des réactions chimiques (ou, dans le cas de la seconde variante, le mélange obtenu et l'agent vulcanisateur) ont été introduits dans 10 les gommes correspondantes au moyen d'un mélangeur à cylindres. On a fabriqué avec les mélanges de gommes obtenus des éprouvettes que l'on a soumisesaux essais de résistance par des procédés connus. A titre de comparaison, on a effectué des essais avec des 15 éprouvettes de vulcanisés correspondants chargés de constituants non activés. TABLEAU 1 20 Constituants Pourcentages pon- deraux 25 1 . G-omme styrènique 100,0 -(SKS-30) 2. G-omme nitrile 1 n (SKN-18) ~ 00'° 3. Gomme naturelle _ _ , . (feuilles fumées) - ' 4. Stéarine technique, premier choix 2,00 1,50 0,50 30 5. Blanc de zinc 5,00 5,00 5,00 6. Captax - 1,50 0,70 7 • Altax 0,60 8. Diphénylguanidine 0,75 9. Noir de tunnel. _ (DG-100) 50,00 50,00 35 10. Soufre élémentaire 2,00 2,00 3,00 11. "Rubrax" (caoutchouc minéral") 5,00 71 42291 5 21 37426 Les résultats des essais physiques et mécaniques effectués avec les éprouvettes- de vulcanisés ont montré que le procédé proposé d'activation de constituants pulvérulents pour gommes permet de réduire de 2,5 à 3 fois la durée d'introduction des 5 constituants dans la gomme (la durée d'introduction des constituants non activés dans les gommes styrénique et nitrile est de 40 minutes, alors que les constituants activés par le procédé proposé sont introduits dans les gommes précitées pendant 13 minutes). En même temps les caractéristiques physiques et mécaniques des 10 caoutchoucs vulcanisés ont été améliorées. Exemple 2 On a traité pendant 10 minutes dans un champ électromagnétique d'onde progressive un mélange de 160 grammes de matière de charge, notamment de kaolin, entrant dans la composition des 15 constituants pulvérulents des gommes, avec 16,9 grammes d'un ' agent modificateur (chlorure de dimétylalcoylbenzylammonium (DMBA), au moyen de 100 grammes de corps ferromagnétiques de dimensions spécifiées dans l'exemple 1. Après ce traitement on a extrait les particules ferromagnétiques'au moyen d'un électro-20 aimant. Le kaolin activé préparé de la sorte a été introduit au sein de la gomme styrénique dans un mélangeur à cylindres, de pair avec les autres constituants conformément aux compositions indiquées dans le tableau 2. 25 On a soumis les vulcanisés obtenus aux essais de résistance mécanique par des procédés connus. A titre de comparaison on a aussi' introduit, d'une manière analogue, du kaolin non activé. 21 37426 TABLEAU 2 Constituants Pourcentages pondéraux 1 2 3 - 5 1. G-omme styrénique (SKS-30 ARKP) 100,00 100,00 100,00 2. Kaolin non activé 160,oo - - 10 3. Kaolin modifié par le DMBA dans une couche "turbulente" de particules ferromagnétiques 160,00 15 4, 5, 6, Kaolin modifié par le DMBA sans mise en oeuvre d'une couche "turbulente" de particules ferromagnétiques . Stéarine technique . Altax 3,00 6,00 o o o o I fou? 160,00 "3", 00 6,00 7. Oxyde de zinc 10,00 10,00 10,00 8. Soufre 4,00 4,00 4,00 20 Les résultats des essais physiques et mécaniques des vulca nisés obtenus prouvent que l'activation du kaolin, en présence de l'agent modificateur DMBA, par les particules ferromagnétiques dans le champ électromagnétique d'onde progressive entraîne une augmentation de 1,5 à 3,5~fbis de la résistance des vulcanisés. La 25 résistance à la traction, en kilogrammes-force par centimètre carré, des éprouvettes de contrôle (temps de vulcanisation 10 minutes à 143°C) est de 58 kgf/cm , alors que les vulcanisés chargés au kaolin modifié, avec le même régime de vulcanisation, ont une 2 résistance à la traction de 230 kgf/cm . 30 La durée optimale de vulcanisation des caoutchoucs est réduite de 3 à 4 fois. Alors que la durée de vulcanisation optimale des éprouvettes témoins est de 40 à 60 mn, les vulcanisés chargés au kaolin modifié présentent des caractéristiques optimales au point de vue résistance après une vulcanisation de 5 à 10 minutes. 71 42291 71 42291 7 21 37426 On a préparé en outre, à titre de comparaison, un mélange chargé au kaolin, modifié par le même agent modificateur, mais sans utilisation d'une couche "turbulente" de particules ferromagnétiques sou_mises à l'action d'un champ électromagnétique d'onde progressive. 5 La résistance maximale des vulcanisés chargés au kaolin de ce genre 2 • atteint 160 kgf/cm . Il convient toutefois de noter qu'à 1'encontre du procédé proposé le procédé précité d'activation est appliqué en milieu aqueux à des températures élevées et avec centrifugeage, séchage et broyage subséquents, c'est-à-dire que 10 c'est un procédé technologiquement compliqué et qui exige des dépenses d'énergie supplémentaires. Exemple 3 On a placé un mélange de 160 grammes de craie entrant dans la composition de constituants pulvérulents pour gommes et de 15 16,9 grammes d'agent modificateur DMBA, dans la zone d'action d'un champ électromagnétique tournant en présence de 100 grammes de particules ferromagnétiques en acier, de dimensions spécifiées dans l'exemple 1, et on a traité ce mélange pendant 10 minutes. Après l'extraction des particules ferromagnétiques, on a intro-20 duit la craie modifiée de la sorte au sein d'un mélange à base de gomme styrénique (utilisable pour l'enduction de toile cirée), dans un mélangeur à cylindres conformément aux compositions indiquées dans le tableau 3- A titre d'essai-témoin on a introduit, d'une manière analogue, de la craie non modifiée. 71 42291 8 21 37426 TABLEA.II 3 Constituants Pourcentages pondéraux 1 2 1 . Gomme styrénique (SKS-30 ABEP) 200,00 200,00 5 2. Soufre 7,00 7,00 3. Captax 3,20 3,20 4. Thiurame 1 ,00 1 ,00 5. Oxyde de zinc 10,00 10,00 6. Stéarine technique 7,60 7,60 10 7. Lithopone 60,00 60,00 8. Craie non activée 300,00 - 9. Craie activée par le DMBA dans une couche "turbulente" de particules ferromagnétiques 300,00 10. Huile de vaseline 40,00 40,00 15 11 . Pigment orangé 1 ,00 1 ,00 Les résultats des assais physiques et mécaniques des vulcanisés obtenus prouvent que la modification de la craie par le DMBA dans la couche "turbulente" de particules ferromagnétiques 20 conduit à une augmentation de 2,5 à 3 fois de la résistance mécanique des vulcanisés (en effet la résistance à la traction, en kilogrammes-force par centimètre carré, des éprouvettes-témoins vulcanisées pendant 30 minutes à 143°C est de 14 kgf/cm , alors que les éprouvettes chargées à la craie modifiée et vulcanisées 25 pendant 5 minutes à 143°C ont une résistance à la traction de 2 36 kgf/cm ). La durée optimale de la vulcanisation est réduite ici de 6 fois. Exemple 4 On a placé pendant 10 minutes un mélange de 160 grammes 50 de matière de charge, notamment de kaolin, entrant dans ]a composition de constituants pulvérulents, 0;75 gramme de ]atex de chloroprène "naxrite L-7" (calculé par rapport au résidu sec de late:$, dans la zone d'action d'un champ électromagnétique d'onde progressive en présence de 100 grammes de particules ferromagné- 71*42291 9 21 37426 10 tiqueso On a séparé par filtration le kaolin modifié de la sorte, on l'a desséché pendant une heure dans une étuve à 70°C et on l'a introduit dans un mélange à base de gomme naturelle et styrénique •(SKS-30 ARKPN), utilisable pour la confection de chaussures de caoutchouc. A titre de comparaison on a préparé des vulcanisés chargés au kaolin non activé, la composition du mélange est indiquée dans le tableau 4. TABLEAU 4 Constituants Pourcentages pondéraux 1. Gomme naturelle 15 (feuilles fumées) 50,00 50,00 2. G-omme styrénique (SKS-30 ABKPÎï) 50,00 50,00 3. Captax 2,00 2,00 4. Thiurame 0,10 0,10 20 5. Blanc de zinc 5,00 5,00 6. Kaolin non activé 40,00 - 7. Kaolin modifié au latex dans une couche "turbulente" de particules ferromagnétiques 40,00 25 8. Craie 50,00 50,00 9. Antivieillisseur (P-23) 2,00 2,00 10 .Huile de vaseline 12,00 12,00 11 •Stéarine technique 2,00 .2,00 12 •Soufre 2,00 2,00 30 13 •Vernis orangé 2,00 2,00 35 Les résultats des essais physiques et mécaniques des vulcanisés obtenus montrent que l'activation et la modification du kaolin par le latex de chloroprène (la "naïrite L-7") dans la couche "turbu-r lente" de particules ferromagnétiques créée par un champ électromagnétique d'onde progressive, entraîne une élévation de la résistance mécanique de 20 à 40$ pour les vulcanisés chargés,toutes autres 71 42291 10 21 37426 caractéristiques restant égales. Exemple 5 On a placé un mélange de 160 grammes de matière de charge, notamment de noir de fumée (obtenu par le procédé dit "Therma-5 tomic"), entrant dans la composition de constituants pulvérulents pour gommes, dans une enceinte réactiorrelle contenant'100 grammes de particules ferromagnétiques en acier, de dimensions indiquées précédemment, et on l'a soumis à l'action d'un champ électromagnétique d'onde progressive pendant 5 minutes. 10 A l'expiration de ce délai on a extrait les corps ferroma gnétiques au moyen d'un électro-aimant et on a introduit le noir activé de la sorte dans un mélange à base de gomme styrénique (SKS-30 ARKM-15), utilisable pour la fabrication de produits techniques en caoutchouc. Cette opération a été réalisée dans un 15 mélangeur à cylindres dans lequel on a introduit, en même temps que le noir activé, les autres constituants pulvérulents conformément aux compositions indiquées dans le tableau 5- TABLEAU 5 Constituants Pourcentages pondéraux 1 2 1 . G-omme styrénique (SKS-30 ARKM-15) 100,00 100,00 25 2. Soufre 0,-46 0,46 3. Altax 2,15 2,15 4. Thiurame 0,92 0,92 5. Oxyde de zinc 1 ,54 1,54 6. Plastifiant 3,38 3,38 30 7. Huile de vaseline 36,16 36,16 8. Noir thermatomique non activé 101,54 __ 35 9. Noir obtenu par le procédé thermatomique activé dans une couche "turbulente" de particules ferromagnétiques 101,54 10. Kaolin 33,85 33,85 11 . Craie 27,69 27,69 11 71 42291 21 37426 On a déterminé par des procédés connus les caractéristiques physiques et mécaniques des vulcanisés ainsi obtenus. Les résultats des essais physiques et mécaniques des vulcanisés obtenus montrent que l'activation du noir par les particules 5 ferromagnétiques dans le champ électromagnétique d'onde progressive entraîne une élévation moyenne de 20 à 30 % de la résistance mécanique des produits techniques en caoutchouc, toutes les autres caractéristiques restant égales (la résistance à la traction 10 des éprouvettes-témoins ayant subi la vulcanisation pendant 40 minutes à 143°C est de 95 kilogrammes-force par centimètre carré, la résistance à la traction des vulcanisés chargés au noir activé et ayant subi la vulcanisation pendant 10 minutes à 143°C attei-gant 132 kilogrammes-force par centimètre carré). de kaolin entrant dans la composition de constituants pulvérulents pour gommes, et 100 grammes de particules ferromagnétiques d'acier de 12 mm de longueur et de 1,2 mm de diamètre. On a soumis ce mélange à l'action d'un champ électromagnétique d'onde progressive 20 pendant 10 minutes. Dans, un mélangeur à cylindres on a introduit au sein de la gomme le kaolin activé de la sorte, en même temps que les autres constituants pulvérulents conformément aux compositions dans le tableau 6. On a effectué ensuite les essais sur les vulcanisés 25 chargés au kaolin activé, par des procédés connus. A titre de comparaison on a préparé des vulcanisés chargés d'une matière de charge non activéa 15 Exemple 6 On a chargé dans une enceinte réactionnelle 160 grammes 71 42291 21 37426 TABLEAU 6 Constituants Pourcentages pondéraux 1 2 1. Gomme styrénique (SKS-30 ARKP) 100,00 100,00 2. Kaolin non activé 160,00 - 3. Kaolin activé dans une couche "turbulente" de particules ferromagnétiques 160,00 4. Stéarine technique 3,00 3,00 5. Altax 6,00 6,00 6. Oxyde de zinc 10,00 10,00 7. Soufre 4,00 4,00 15 Les résultats des essais physiques et mécaniques des éprouvettes obtenues prouvent que l'activation du kaolin par les particules ferromagnétiques dans le champ électromagnétique d'onde progressive entraîne .une élévation de 20 à de la résistance mécanique des vulcanisé chargés au kaolin activé, par comparaison 20 aux vulcanisés chargés au kaolin normal non activé. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux codes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituants des équivalents techniques des moyens décrits ainsi 25 que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées selon l'esprit de l'invention, et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. COPY 42291 13 21 37426 -REVENDICATIONS- 1.- Procédé d'activation de constituants pulvérulents pour élastomères, par accroissement de la surface spécifique desdits constituants caractérisé en ce que l'on accroît ladite surface spécifique en soumettant les particules des constituants pulvérulents à l'action de corps ferromagnétiques dans un champ électro magnétique d'onde progressive, par exemple un champ tournante 2.- Un procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise un champ électromagnétique d'onde progressive dont l'induction est au moins égale à 0,08 tesla. 3.- Un procédé suivant l'une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que l'on procède séparément à l'activation des constituants servant de matières de charge, en les soumettant à, l'action de corps ferromagnétiques dans un champ électromagné-tique d'onde progressive. 4.- Un procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce que pour l'activation desdites matières de charge on introduit dans l'enceinte réactionnelle, outre les matières de charge et les corps ferromagnétiques d'autres substances chimiques servant d'agents modificateurs. 5.- Un procédé suivant l'une des revendications 3 et 4, caractérisé en ce qu'on utilise, en tant qu'agents modificateurs, des agents surfactixs cationiques à longue chaîne ou du latex» 6o- les mélanges de constituants pour gommes, caractérisés en ce qu'ils sont obtenus par le procédé suivant l'une des revendications 1 à 5. 7.- les gommes caractérisées en ce qu'elles sont obtenues à l'aide des mélanges de constituants préparés conformément au procédé suivant les revendications 1 à 3. 8.- les produits de l'industrie du caoutchouc, tels que par exemple les revêtements de câbles, les pneumatiques, les simili-cuirs, caractérisés en ce qu'ils sont fabriqués à l'aide des gommes faisant l'objet de la revendication 6= OOPY 1