Brevet FR2574804A1 — publié le 19860620

La présente invention concerne de nouvelles fornKiO9*4 base d'EPDM qui, tout en ayant une dureté élevée, c'est-a-dire supérieure à environ 90 shore A, ont une bonne facilité à la mise en oeuvre. Les EPDM, c'est-a-dire les polymères statistiques éthylène- propylène-diène, connus aussi sous les abréviations EPT et EPR, sont des caoutchoucs très utilisés dans l'industrie. Il est cependant nécessaire de pouvoir disposer notamment pour l'extrusion et le moulage, de compositions a base de caoutchoucs et en particulier de caoutchoucs EPDM ayant une dureté très élevée. De telles o10 compositions doivent néanmoins conserver un comportement d'élastomère et acquérir celui d'un thermoplastique. Les compositions doivent de ce fait non seulement être réticulables mais encore avoir une bonne facilité à la mise en oeuvre, c'est-à-dire transformables suivant les techniques de transformation du caoutchouc et avec des machines utilisées dans cette profession; en particulier la température de transformation doit impérativement rester inférieure à 110 C après incorportion des agents réticulants. L'addition d'agents de renforcement classiques, tels le noir de carbone, le kaolin, la silice,aux EPDM ne permet pas à elle seule d'atteii dre une dureté shore A de 90. Il est connu d'ajouter aux EPDM des résines styréniques ainsi que des résines phénoliques afin d'augmenter leur dureté shore A au delà de 91 Cependant les formulations d'EPDM contenant ces résines ne sont pas entié. rement satisfaisantes, notamment leur résilience et leur reprise élastiqu après déformation à 20 C n'est pas très bonne et surtout elle présente une très importante instabilité dimensionnelle à l'usage. Un objet de la présente invention est donc de fournir des formula tions à base d'EPDM qui, tout en ayant une dureté shore A supérieure à 90 peuvent être facilement mises en oeuvre et présentent une excellente sta- bilité dimensionnelle à l'usage. Les compositions selon la présente invention comprennent un EPDM, un agent de renforcement, un activateur, un agent de réticulation, éven- tuellement un plastifiant, et elles sont caractérisées par le fait qu'elle contiennent au moins un copolymère à base d'éthylène, d'anhydride maléiqui et d'un ester de l'acide (méth)acrylique. Le dit agent de renforcement classiqueest choisi par exemple pan les noirs de carbone, le kaolin, la silice. Il représente environ 5 à 100 parties en poids par rapport à l'EPDM. Il est bien entendu que lesdites compositions peuvent comprendre plusieurs activateurs et plusieurs agents de réticulation et qu'elles peu vent contenir également des adjuvants tels les agents de dessication. 2 2 2574804 L'indice de fluidité du copolymère ou du mélange de Copoiymeres utilisable selon l'invention est compris entre 1 et 20 dg/mn. Les copolymères utilisables selon la présente invention contiennent entre 65 et 99,5 % en poids de motifs dérives de l'éthylène, de 0,5 a 5 % en poids de motifs dérivés de l'anhydride maleique et de 0 & 30 % en poids de motifs dérivés d'un ester de l'acide (méth)acrylique. Selon la présente invention, ledit copolymère ou mélange de copo- lymères représente 10 A 50 % en poids, le préférence 20 à 30 % en poids par rapport à l'EPDM. Les compositions à base d'EPDM selon l'invention peuvent en outre comprendre des résines styréniques et/ou des résines phénoliques connues comme agents de renforcement des EPDM. Les compositions de l'invention sont réalisées en mélangeant 1'EPDM et le(s) copolymère(s) et éventuellement une résine styrénique et/ou phénolique à une température d'environ 100 - 110 C et en incorporant les autres constituants à une température d'environ 100 - 1150 C. Les compositions de l'invention ont, malgre, leur dureté élevée, un comportement éelastomère.satisfaisant et unebonne facilité de mise en oeuvre. Leur stabilité dimensionnelle est en outre excellente. Les exemples suivants illustrent l'invention sans la limiter. Exemples 1-à 3 L'exemple 1 est un exemple comparatif illustrant une composition à base d'EPDM ne contenant pas de copolymère selon l'invention. Les ingrédients-des compositions des exemples 1 à 3 sont donnés dans le tableau I ci-dessous. Toutes les parties sont exprimées en PHR (parties en poids par rapport à l'EPDM). 3 -2574804 INGREDIENTS (PHR) EX 1 EX 2 EX 3 VISTALON MD 83/1 (a) 100 70 60 LOTADER LX 4110 (b) - 30 40 CR 6/15 (c) 22,5 30 ZnO (d) 5 5 5 Acide stéarique (d) 1 1 1 Noir FEF N 550 (e) 100 100 100 Flexon 876 (c) 30 7,5 - Caloxol (f) 5 5 5 ZEPC (d) 2 2 2 CBS (d) 1,5 1,5 1,5 TMDT (d) 0,4 0,4 0,4 Tellurac (d) 0,4 0,4 0,4 Soufre (g) 1,5 1,5 1,5 Total 246,8 246,8 246,8 Tableau I (a): E P D M (b): copolymère (c): plastifiant (d): activateur (e): agent de renforcement (f): agent de dessication (g): agent réticulant Le VISTALON MD 8311 est un EPDM, fabriqué par la Société ESSO, dont le diène est le 5 - éthylidène - 2 - norbornène. Il contient 50 % d'éthylène et sa viscosité Mooney est 35 ML 1 + 8 à 127 C. Le LOTADER LX 4110 est un terpolymère éthylène-acrylate d'éthyle-anhydride maléique fabriqué par la Société CdF CHIMIE, Il contient 6 % en poids de motifs dérivés de l'acrylate d'éthyle et 3 % en poids de motifs dérivés de l'anhydride maléique. Son indice de fluidité est égal à 7 dg/mn, son point Vicat est égal à 80 C, sa viscosité Mooney ML 1 + 10 est égale à 47 à C et à 14 à 110 C. Les compositions ont été réalisées par coupage de la base EPDM avec la base terpolymère et ajout des divers constituants. L'homogénéisation des coupages a été réalisée sur cylindres ouverts chauffés à 1100 C avec incor- poration du système réticulant. 4 2574804 Les compositions ont été testées pour déterminer leur dureté, le degré de réticulation au soufre, les propriétés mécaniques avant et après vieillissement à 100 C, le retrait à haute température, la tenue à l'eau bouillante, le comportement élastique apres déformation sous divers écra- sements et températures. Les résultats sont donnés dans le tableau II ci-dessous dans lequel "F/R" est la force de rupture,"ALL/R", l'allongement à la rupture et "DRC" est la déformation rémanente à la compression - ASTM D 395 - Méthode B. 257480 4 PROPRIETES EX 1 EX 2 EX3 VULCANISATION Rhéogramme à 180 C TS 2 (mn, s) 0'48 0'54- 1'00 T 100 (mn, s) 3' 5' 7' VULCANISATION à 180 C Plaques 2 mm (mn) 6' 6' 6' Plots 22,5 X 12,5 10' 10' 10' Propriétés initiales Shore A 3 s - 70 91 95 F/R kg/cm2 150 152 150 ALL/R kg/cm2 280 170 165 Propriétés après vieillissement 7 j à 1lO C Shore A 3 s 77 + 7 93 + 2 95 0 F/R kg/cm2 153 + 2 170 +12 195 +30 ALL/R kg/cm2 190 -32 110 -35 95 -42 Propriétés après vieillissement 7 j à 100 U C H20 Shore A 3 s 74 + 3 93 + 2 95 0 F/R kg/cm2 155 + 3 174 +15 181 +20 ALL/R kg/cm2 230 -18 125 -26 110 -33 Volume (%) + 1,5 + 1,7 + 1,7 Propriétés aux huiles ASTM 1 et 3 - 3 j à 100 C Volume ASTM 1 (%) + 74 + 88 + 94 Volume ASTM 3 (%) +124 + 141 +155 DRC après 22 h à 70 C Ecrasement 25 % 19 43 53 Ecrasement 10 % 24 49 61 DRC après 3 j à 20 C Ecrasement 10 % 18 34 40 Retrait sur barettes 10 X 10 X 200 vulcanisées - 10' à 180 C apres 1/2 h à 170 C (%) O O O apres 1 h à 170 C (%) 0 0 0 Tableau II 6 2574804 Exemples 4 à 8 Les exemples 4 et 5 illustrent des compositions selon l'invention contenant un EPDM, un copolymère et une résine styrénique. Les exemples 6 à 8 sont des exemples comparatifs non conformes à l'invention illustrant des compositions à base d'EPDM et de résinestyré- nique ou phénolique selon l'art antérieur. Les ingrédients des compositions des-exemples 4 à 8 sont donnés dans le tableau III ci-dessous. Toutes les parties sont exprimées en PHR. INGREDIENTS (PHR EX 4 EX 5 EX 6 EX 7 EX 8 VISTALON 7000 (a) 80 - 80 - - VISTALON MD 83/1 (a) - 80 - 80 80 VISTALON 1721 (a) - - 20 - - LOTADER LX 4410 (b) 20 30- - - CR 6/15 20 - - - - CARIFLEX SP 145 (h) - 15 20 20 30 Phénolique R 7551 (i) - - - 15 20 ZnO 5 5 5 5 5 Ac. stéarique 1 1 1 1 1 Noir FEF N 550 100 100 100 100 100 Flexon 876 - - - - 10 ZEPC 2 2 2 2 2 CBS 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 TMTD 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 Tellurac 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 Soufre 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 Total 231,8 236,8 231,8 226,8 241,8 Tableau III (a): E P D M (b): copolymère (h): résine styrénique (i): résine phénolique 7 2574804 Le VISTALON 7000 et le VISTALON 1721 sont des EPDM fabriqués par la Société ESSO, dont le diéne est le 5 - éthylidène - 2 - norbornene. Ils contiennent respectivement 70.et 80 % d'éthylene et leur viscosité Mooney 55-ML 1 + 8 à 1270 C est respectivement de 55 et 14. Le CARIFLEX SP 145 est une résine butadiène fabriquée par la Société SHELL CHIMIE concenant 85 % de styrène et 15 % de butadiène. La résine phénolique R 7551 est une resine novolaque phénolique modifié + HMTA fabriquée par la Société ROUSSELOT, dont le point de fusion est 80 90 C. Chaque mélange a été réalisé individuellement sur mélangeur interne REPIQUET K1 et représentant un poids d'environ 3 kgs. La température de départ était de 80 C, celle de tombée s'échelon- nait entre 130 et 150 C; la plus élevee avec le VISTALON 7000. La liaison du mélange à la tombee était incomplète pour le mélange de l'exemple 7. Les rotors du mélangeur interne étaient encrassés par les formula- tions contenant la résine phénolique R 7551. Pour la reprise les cylindres du mélangeur ouvert, pour les terpo- lymères, 80 C pour les autres renforçateurs, ont été chauffes à 110 C. Malgré la reprise, le mélange de.l'exemple 7 est resté cassant. Les résultats des essais effectués sont donnés dans le tableau IV cidessous. 8 2574804 PROPRIETES EX 4 EX 5 EX 6 EX 7 EX 8 VULCANISATION Rhéogramme à 180 C TS 2 (mn, s) 0'48 0'42 0'36 0'36 0'42 T 100 (mn, s) 4'30 61 2' 4' 1' VULCANISATION à 180 C Plaques 2 mm (mn) 6' 6' ' 6' 6' Plot 22,5 X 12,5 (mn) 10' 10' 10' 10' 10' Propriétés initiales Shore A 3 s 96 96 95 97 99 F/R kg/cm2 130 114 148 145 117 ALL/R kg/cm2 270 245 295 140 145 Propriétés apres vieil- lissement 7 j à 100 C AIR Shore A 3 s 96 0 96 0 95 0 97 0 99 0 F/R kg/cm2 153 +18 151 +32 168 +13 143 - 1 152 +30 ALL/R kg/cm2 160 -41 160 -35 190 35 95 -23 95.-34 Propriétés après vieil- lissement 7 j à 100 C H202 Shore A 3 s 96 0O 95 0 F/R kg/cm2 155 +19 165 + 11 ALL/R kg/cm2 210 -22 255 -14 à Volume (%) + 0,5 - 0,2 DRC après 22 h à 70 C Ecrasement 25 % 38 43 28 30 40 Ecrasement 10 % 49 55 35 49 53 DRC après 3 j à 20 C Ecrasement 10 % 64 45 68 53 76 Retrait sur barettes X 10 X 200. vulcanisées 10' à 180 C après 1/2 h à 170 C(%) 0,17 0,17 0,30 0,32 0,73 aprus 1 h à 170 C (%) 0,30 0,30 0,43 0,52 0,85 Tableau IV On constate les mauvaises performances des compositions des exemples 7 et 8 en ce qui concerna la stabilité dimensionnelle au test de retrait sur barettes.(Dans certains cas, un test par étuvage de 30 mn à C a été imposé, un retrait inférieur à 0,5 % étant exigé). --.- REVENDICATIONS 2574804 1) Composition à base d'EPDM comprenant un EPDM, un agent de renforcement, un activateur et un agent de réticulationcaractérisés par le fait qu'elle contient en outre au moins un copolymère à base d'éthylène et d'anhydride maléique ayant un indice de fluidité compris entre 1 et 20 dg/mn. 2) Composition selon la revendication 1 dans laquelle ledit copo- lymère est un terpolymère à base d'éthylène, d'anhydride maléique et d'un ester de l'acide (méth)acrylique contenant entre 65 et 99,5 % en poids de motifs dérivés de l'éthylène, entre 0,5 et 5 % en poids de motifs dérivés de l'anhydride maléique et entre O et 3 % de motifs dérivés d'un ester (méth)acrylique. 3) Composition selon l'une des revendications 1 et 2dans laquelle ledit copolymère est présent à raison de 10 à 50 % en poids par rapport à l'EPDM. 4) Composition selon la revendication 3 dans laquelle ledit copo- lymère est présent à raison de 20 à 30 % en poids par rapport à l'EPDM. ) Composition selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisées par le fait qu'elle contient en outre au moins une résine choisie parmi les résines styréniques et les résines phénoliques. 6) Composition selon la revendication 5 dans laquelle ladite résine est une résine styrénique. 7) Composition selon l'une des revendications 1 à 6 caractérisées par le fait qu'elle contient en outre un plastifiant.