INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
Avantageusement, la composition obtenue par recyclage des objets comprenant le composite bicouche de l’invention peut être réutilisée pour la fabrication d’objets. Avantageusement, il est possible de réutiliser cette composition pour la fabrication des objets dont elle est issue, notamment ceux évoqués plus haut.
Aussi, selon un dernier aspect, l’invention vise l’utilisation de la composition obtenue par recyclage des objets comprenant le composite bicouche de l’invention pour la fabrication d’objets. Avantageusement, ces objets sont ceux évoqués ci-dessus pour l’utilisation des composites bicouche de l’invention.
Il est particulièrement préféré que la composition obtenue par le procédé de recyclage soit utilisée pour la fabrication d’objets du recyclage desquels elle est issue.
La résistance à l’abrasion est mesurée selon la norme ISO 4649:2010.
PEBA n°1 : PEBAX®40R53 disponible commercialement chez Arkema.
TPU : Elastollan® 1185A disponible commercialement chez BASF.
PA 11 chargé
fibres de verre : Rilsan® BZM8 O TL disponible commercialement chez Arkema.
PA11 : Rilsan® FMNO disponible commercialement chez Arkema
PA 11/fibres de
carbone continues : préimprégnés (ou tapes) constitués de fibres de carbone Toray T700 24k et de PA11 (TNat 2P, Arkema) obtenus par procédé de pré-imprégnation en lit fluidisé de poudre comme décrit dans la demande de brevet WO/2020126997.
Poudre de
On peut mentionner notamment les renforts fibreux comme les fibres de verre courtes ou continues, les fibres de carbone, courtes ou continues, éventuellement enrobées de résine, ou encore les fibres de matières végétales ou les fibres minérales. En variante, on peut envisager des renforts non fibreux, par exemple les billes de verre pleines, mais aussi les renforts allégés comme les billes de verre creuses ou les agents moussants encapsulés.
Selon un mode de réalisation, les couches A et/ou B comprennent de 0 à 70% en poids, de préférence 10 à 60% en poids, et en particulier 20 à 50, en particulier 30 à 40% en poids d’un ou plusieurs charges et/ou renforts par rapport au poids total de la composition de la couche A ou B respectivement.
De préférence néanmoins, la couche B est dépourvue de charges ou de renforts.
De préférence, la couche A comporte 0 à 70% en poids, préférentiellement 10 à 60% en poids, encore préféré 20 à 50 % et tout particulièrement 30 à 40% en poids de charges. Dans des modes de réalisations, la teneur en charges de la couche A vaut de 0 à 5%, ou de 5 à 10%, ou de 10 à 15%, ou de 15 à 20%, ou de 20 à 25%, ou de 25 à 30%, ou de 30 à 35%, ou de 35 à 40%, ou de 40 à 45%, ou de 45 à 50%, ou de 50 à 55%, ou de 55 à 60%, ou de 60 à 65%, ou de 65 à 70% en poids par rapport au poids de la couche A.
Les compositions destinées à former la couche A et la couche B respectivement peuvent être fabriquées par un quelconque des procédés de mélange connus dans le domaine de la plasturgie, notamment au moyen d’une extrudeuse notamment d’un co-malaxeur.
Avantageusement, le procédé de préparation comprend une étape de mise en forme du mélange sous forme de granulés, de filaments ou de poudre. Lorsque le mélange est mis sous forme de poudre, il est de préférence d’abord mis sous forme de granulés puis les granulés sont broyés en poudre. Tout type de broyeur peut être utilisé, tel qu’un broyeur à marteaux, un broyeur à broches, un broyeur à disques d'attrition ou un broyeur classificateur à impact. De préférence, le mélange est mis sous forme de granulés.
Selon un mode de réalisation particulièrement préféré, la composition destinée à la couche A du composite bicouche comprend :
de 30 à 90% en poids, de préférence de 40 à 70% en poids, d’au moins un polymère thermoplastique choisi parmi les polyamides et les élastomères thermoplastiques ; de 0 à 5% en poids, de préférence de 0,1 à 4% en poids, notamment de 1 à 2% en poids d’additifs; 0 à 70% en poids, de préférence 10 à 60% en poids, et en particulier 20 à 50, en particulier 30 à 40% en poids de charges et renforts ; et de 0 à 40% en poids, de préférence de 0 à 20% en poids, notamment de 0 à 10% en poids d’agents compatibilisants.
Selon un mode de réalisation particulièrement préféré, la composition destinée à la couche B du composite bicouche comprend :
de 25 à 90% en poids, de préférence de 40 à 70% en poids, d’au moins un polymère thermoplastique choisi parmi les polyamides et les élastomères thermoplastiques ; de 10 à 75% en poids, de préférence de 30 à 65% en poids, et en particulier 40 à 60% en poids de particules de caoutchouc réticulé, de préférence ayant une surface spécifique comprise entre 0,08 m 2 /g et 0,50 m 2 /g, de 0 à 5% en poids, de préférence de 0,1 à 4% en poids, notamment de 1 à 2% en poids d’additifs; de 0 à 40% en poids, de préférence de 0 à 20% en poids, notamment de 0 à 10% en poids d’agents compatibilisants.
Selon un mode de réalisation, le rapport entre l’épaisseur de la couche A et l’épaisseur de la couche B est compris entre 1 et 400, et de préférence entre 1 et 10.
Procédé de fabrication du composite Avantageusement, les composites bicouches de l’invention sont de fabrication aisée et rapide. En particulier, il n’est pas nécessaire d’effectuer une étape de réticulation de l’élastomère.
Aussi, l’invention vise selon un autre aspect un procédé de fabrication d’un composite bicouche tel que décrit ci-dessus comprenant une étape consistant à amener le matériau de la couche A et/ou le matériau de la couche B à l’état fondu puis à mettre les deux matériaux en contact l’un de l’autre.
Les matériaux destinés à former la couche A et la couche B du composite peuvent être, si nécessaire, mélangés selon l’un quelconque des procédés connus à cet effet, notamment par compoundage par exemple dans une extrudeuse.
Un tel procédé de mélange par compoundage peut comprendre les étapes consistant à:
mélanger, de préférence dans une extrudeuse, avantageusement dans un co-malaxeur ou une extrudeuse bi-vis, les différents composants de la composition ; optionnellement, mettre en forme la composition obtenue à l’étape (a) sous forme de granulés, de filaments ou de poudre, et/ou récupérer de la composition obtenue.
Les particules de caoutchouc réticulé peuvent contenir de 1 à 70%, de préférence de 5 à 50%, plus préférentiellement de 10 à 40% de noir de carbone et/ou de silice.
Dans un mode de réalisation, les particules de caoutchouc réticulé comprennent du noir de carbone et de la silice. Avantageusement, le taux de silice est 2 fois, très avantageusement 5 fois supérieur au taux de noir de carbone, le taux représentant la teneur en poids par rapport au poids total des particules.
Par ailleurs, les particules de caoutchouc réticulé peuvent comprendre moins de 10 %, avantageusement moins de 5%, très avantageusement moins de 1% de matériau fibreux.
En outre, les particules de caoutchouc réticulé peuvent contenir de 0,05 à 5% en poids, de préférence de 0,1% à 2,5% en poids d’oxyde de zinc.
La couche B comprend 1 à 75%, de préférence 10 à 70, encore préféré 30 à 65, en particulier 40 à 60% en poids par rapport au poids total de la couche B de particules de caoutchouc réticulé, notamment issu de pneus recyclés. La couche B peut contenir en particulier 1 à 5%, ou 5 à 10%, ou 10 à 15%, ou 15 à 20%, ou 20 à 25%, ou 25 à 30%, ou 30 à 35%, ou 35 à 40%, ou 40 à 45%, ou 45 à 50%, ou 50 à 55% ou 55 à 60%, ou 60 à 65%, ou 65 à 70%, ou 70 à 75% en poids de particules de caoutchouc réticulé, notamment issu de pneus recyclés.
Additifs Afin d’atteindre les propriétés recherchées, les compositions des couches A et/ou B peuvent contenir en outre un ou plusieurs additifs.
Le ou les additifs peuvent être notamment choisis parmi les catalyseurs, antioxydants, stabilisants thermiques, stabilisants UV, stabilisants à la lumière, lubrifiants, agents ignifugeants, allongeurs de chaîne, agents antistatiques, azurants optiques, agents de nucléation, plastifiants, pigments et colorants.
Selon un mode de réalisation, la couche A et/ou B comprennent respectivement 0 à 5% en poids, de préférence de 0,1 à 4%, notamment 1 à 2% en poids d’additifs par rapport au poids total de la composition.
Agents compatibilisants Les compositions des couches A et/ou B peuvent par ailleurs contenir en outre un ou plusieurs agents compatibilisants afin de parfaire l’homogénéité du mélange.
La présence d’un agent compatibilisant est particulièrement intéressante dans la couche B. En effet, selon la nature de l’élastomère thermoplastique et de la poudre de caoutchouc, la présence d’un agent compatibilisant peut être avantageuse en vue d’obtenir une bonne dispersion des particules de poudre de caoutchouc réticulé au sein de la matrice.
La cohésion physique peut résulter par exemple d’un enrobage des particules de caoutchouc, d’un enchevêtrement des chaînes polymères et/ou copolymères et/ou de liaisons de Van Der Waals ou hydrogène entre tout ou partie des constituants de la composition.
A titre d’agents compatibilisants, on peut mentionner notamment les copolyamides, les modifiants chocs, les polyuréthanes thermoplastiques (TPU), les polymères contenant des groupements silanes, des siloxanes, ou un mélange de ceux-ci.
L’agent compatibilisant porte avantageusement des fonctions réactives pouvant, de préférence, réagir avec les fonctions alcool, isocyanate, amine ou acide carboxylique portées par l’élastomère thermoplastique.
Selon un mode de réalisation, la couche A et/ou B comprend de 0 à 40%, de préférence de 0 à 20%, et en particulier 0 à 10% en poids d’agent compatibilisant. Selon un mode de réalisation, la couche A et/ou B comprend 0 à 5%, 5 à 10%, de 10 à 15%, de 15 à 20%, de 20 à 25%, de 25 à 30%, de 30 à 35% ou de 35 à 40% en poids d’un ou plusieurs agents compatibilisants par rapport au poids total de la composition de la couche A ou B respectivement.
Charges et renforts Les charges et renforts peuvent également être présents dans la composition de la couche A et/ou B. Dans les charges et renforts ne sont pas considérées les particules de pneus présents dans la couche B.
- on fait circuler le gaz dans la première branche et/ou dans la deuxième branche du circuit de traitement thermique si le gaz contenu dans la cuve est du gaz naturel liquéfié, ou,
- on fait circuler le gaz dans la première branche du circuit de traitement thermique si le gaz contenu dans la cuve est de l’éthane, la circulation du gaz étant empêchée dans la deuxième branche.
Le procédé de gestion permet ainsi d’adapter le système de gestion, que ce soit en termes de consommation de gaz ou de reliquéfaction, et ce peu importe si le gaz contenu dans la cuve est du gaz naturel liquéfié ou de l’éthane.
est un schéma d’un système de gestion d’un gaz contenu dans une cuve au sein d’un ouvrage flottant,
est un schéma d’un exemple de circulation du gaz lorsque le gaz contenu dans la cuve est du gaz naturel liquéfié,
est un schéma d’un exemple de circulation du gaz lorsque le gaz contenu dans la cuve est de l’éthane,
représente un mode de réalisation alternatif du système de gestion selon l’invention.
La illustre un système de gestion 1 selon l’invention. Le système de gestion 1 peut être intégré au sein d’un ouvrage flottant, par exemple un navire de stockage et/ou de transport d’un gaz à l’état liquide contenu dans au moins une cuve 2. Le gaz à l’état liquide peut de manière naturelle s’évaporer partiellement au sein d’un ciel 3 de la cuve 2.
Afin de gérer la pression de la cuve 2 qui augmente du fait de la présence de gaz à l’état vapeur au sein du ciel 3, le système de gestion 1 peut traiter ce gaz afin que ce dernier alimente au moins un appareil consommateur de gaz. Sur la , le système de gestion est configuré pour pouvoir alimenter un appareil consommateur de gaz à haute pression 4 et un appareil consommateur de gaz à basse pression 5. L’appareil consommateur de gaz à haute pression 4 peut par exemple être un moteur assurant la propulsion de l’ouvrage flottant. L’appareil consommateur de gaz à basse pression 5 peut quant à lui être un générateur alimentant l’ouvrage flottant en électricité. L’appareil consommateur de gaz à haute pression 4 et l’appareil consommateur de gaz à basse pression 5 ont chacun leurs conditions d’alimentation en gaz, ledit gaz devant être de nature particulière et à une pression particulière pour être compatible avec les besoins de chacun des appareils consommateurs de gaz 4, 5.
Afin d’assurer une alimentation des appareils consommateurs de gaz 4, 5, le système de gestion 1 comprend un circuit d’alimentation 6 s’étendant entre la cuve 2 et l’appareil consommateur de gaz à haute pression 4. Le circuit d’alimentation 6 comprend un dispositif de compression 7 permettant d’aspirer le gaz à l’état vapeur contenu dans le ciel 3 et la cuve 2 et de comprimer celui-ci jusqu’à une pression compatible avec les besoins de l’appareil consommateur de gaz à haute pression 4.
Sur la , le dispositif de compression 7 est schématisé par une série de compresseurs, mais le dispositif de compression 7 peut également être un unique compresseur multi-étagé. Ainsi, le dispositif de compression 7 présente plusieurs étages de compression afin de comprimer le gaz à l’état vapeur à une pression plus ou moins élevée. Plus le gaz à l’état vapeur traverse d’étages de compression, plus celui-ci est comprimé à haute pression. Le gaz à l’état vapeur doit donc traverser l’ensemble des étages de compression du dispositif de compression 7 pour atteindre la pression compatible à l’alimentation de l’appareil consommateur de gaz à haute pression 4. En sortie de l’ensemble du dispositif de compression 7, le gaz à l’état vapeur peut atteindre une valeur de pression comprise entre 250 et 400 bars.
Le système de gestion 1 comprend également un circuit de traitement thermique 8. Le circuit de traitement thermique 8 est connecté au circuit d’alimentation 6, plus particulièrement au niveau du dispositif de compression 7. La particularité du système de gestion 1 selon l’invention est que le circuit de traitement thermique 8 comprend une première branche 9 et une deuxième branche 10, respectivement connectées à un premier étage de compression 11, et à un deuxième étage de compression 12 disposé en aval du premier étage de compression 11. La première branche 9 et la deuxième branche 10 permettent ainsi de faire circuler le gaz à l’état vapeur au sein du circuit de traitement thermique 8 à deux niveaux de pression différents. Par ailleurs, une partie du circuit d’alimentation 6 est connectée à la première branche 9 afin de relier cette dernière à l’appareil consommateur de gaz à basse pression 5. Une telle connexion est mise en œuvre car le gaz à l’état vapeur comprimé au premier étage de compression 11 présente une pression compatible pour alimenter l’appareil consommateur de gaz à basse pression 5. Le gaz à l’état vapeur comprimé jusqu’au premier étage de compression 11 présente une pression comprise entre 7 et 20 bars tandis que le gaz à l’état vapeur comprimé jusqu’au deuxième étage de compression 12 présente une pression comprise entre 120 et 150 bars.
Au-delà de la connexion à un étage de compression différent, la première branche 9 et la deuxième branche 10 se distinguent entre elles de par le fait que la deuxième branche 10 comprend un organe de contrôle 32, tandis que la première branche en est dépourvue. L’organe de contrôle 32 permet de réguler le débit circulant dans la deuxième branche 10, mais peut également assurer une détente du gaz circulant dans la deuxième branche 10 après la compression de celui-ci jusqu’au deuxième étage de compression 12.
L’un des objectifs du circuit de traitement thermique 8 est de participer à la reliquéfaction du gaz à l’état vapeur non utilisé pour l’alimentation des appareils consommateurs de gaz 4, 5 afin de limiter les pertes liées à l’évaporation du gaz contenu dans la cuve 2. Pour ce faire, le système de gestion 1 comprend un premier échangeur de chaleur 13 configuré pour opérer un échange de chaleur entre le gaz à l’état vapeur comprimé circulant dans le circuit de traitement thermique 8 et le gaz à l’état vapeur circulant dans le circuit d’alimentation 6 en amont du dispositif de compression 7.
Le premier échangeur de chaleur 13 permet ainsi de pré-refroidir le gaz à l’état vapeur circulant dans le circuit de traitement thermique 8 en utilisant le gaz à l’état vapeur en sortie de la cuve 2. Ce dernier est alors chauffé en captant les calories du gaz à l’état vapeur circulant dans le circuit de traitement thermique 8.
Dans cette optique, les industriels du pneumatique recherchent à diminuer l'impact de la fabrication des pneumatiques et leur utilisation sur l'environnement.
La réduction de l'hystérèse des compositions de caoutchouc utilisées pour la fabrication des pneus est un objectif permanent de longue date des concepteurs afin d’obtenir des pneus possédant une résistance au roulement réduite pour limiter la consommation de carburant.
Parmi les leviers dont disposent également les concepteurs de pneus, il y a la substitution progressive des matériaux issus de ressources fossiles par des matériaux durables. Les matériaux d'origine biosourcée constituent une partie de ces matériaux durables. Toutefois, le remplacement de produits issus du pétrole dans les compositions constitutives du pneu, par des produits d'origine biosourcée ne doit pas se faire au détriment de la sécurité et des performances attendues. Ainsi les produits d'origine biosourcée utilisés dans le pneu doivent être techniquement aussi performants que les produits préparés à partir de matières premières d'origine fossile.
Il existe une littérature abondante concernant le remplacement de plastifiants liquides d'origine fossile dans les compositions de caoutchouc destinées à la fabrication de pneus, par des huiles biosourcées issues d'huiles végétales telles que par exemple l'huile de tall, l'huile de tournesol, l'huile de lin, l'huile de ricin.
Trouver des alternatives à l'utilisation de plastifiants d'origine fossile, est donc une préoccupation majeure des concepteurs de matériaux destinés à la fabrication de pneus, tout en maintenant l'hystérèse de ces matériaux, afin de limiter les impacts environnementaux des pneus.
Ainsi, le problème technique qui se pose est de fournir une composition de caoutchouc pour le pneu qui contribue à réduire son empreinte environnementale tout en maintenant ses performances, en particulier l'hystérèse. Plus particulièrement, un objectif de la présente invention est de fournir une composition de caoutchouc comprenant un système plastifiant au moins partiellement biosourcé, tout en assurant le maintien des propriétés d'hystérèse de la composition et donc des performances du pneu.
La Demanderesse a découvert, de façon surprenante, que le remplacement dans une composition de caoutchouc de l'huile issue du pétrole par un estolide permet non seulement l'utilisation d'un plastifiant biosourcé, mais encore la diminution de façon sensible de la valeur de tan delta max à 23°C, descripteur de l'hystérèse de la composition propriété qui contribue à la résistance au roulement.
L'invention a donc pour objet une composition de caoutchouc à base d'au moins une matrice élastomère, une charge renforçante, un système de réticulation et un système plastifiant, lequel système plastifiant comprend un estolide présentant une masse molaire moyenne en poids (Mw) inférieure à 5000 g/mol.
L'invention a particulièrement pour objet une composition de caoutchouc selon l'une quelconque des réalisations suivantes :
1. Composition de caoutchouc à base d’au moins : - une matrice élastomère, - 40 à 200 pce d'une charge renforçante, - 10 à 140 pce d'un système plastifiant comprenant au moins un estolide de masse molaire moyenne en poids (Mw) inférieure à 5000g/mol déterminé par SEC, chromatographie d’exclusion de taille décrite dans la description, - un système de réticulation.
2. Composition selon la réalisation précédente dans laquelle la matrice élastomère comprend au moins un élastomère diénique choisi dans le groupe constitué par les polybutadiènes, le caoutchouc naturel, les polyisoprènes de synthèse, les copolymères de butadiène, les copolymères d'isoprène et les mélanges de ces élastomères.
3. Composition selon l'une quelconque des réalisations précédentes dans laquelle la matrice élastomère comprend au moins un élastomère butadiénique choisi dans le groupe constitué par les polybutadiènes et les copolymères de butadiène et les mélanges de ces élastomères, de préférence au moins un copolymère de butadiène et de styrène.
4. Composition selon l'une quelconque des réalisations précédentes dans laquelle la matrice élastomère comprend majoritairement, au moins un élastomère butadiénique, de préférence au moins un copolymère de butadiène et de styrène.
5. Composition selon l'une quelconque des réalisations précédentes dans laquelle la charge renforçante comprend de la silice, du noir de carbone, ou un mélange de silice et de noir de carbone.
6. Composition selon l'une quelconque des réalisations précédentes dans laquelle la charge renforçante comprend majoritairement de la silice selon un taux compris dans un domaine allant de 40 pce à 120 pce, de préférence allant de 60 à 120 pce.
7. Composition selon l'une quelconque des réalisations précédentes dans laquelle le taux de l'au moins un estolide est compris dans un domaine allant de 5 à 70 pce, de préférence de 10 à 50 pce.
Afin de déterminer un cheminement et une pression du gaz au sein du système de gestion 1, celui-ci comprend une pluralité d’éléments de détente et de vannes en plus de l’organe de détente 15 et de l’organe de contrôle 32 évoqués précédemment. Le circuit de traitement thermique 8 comprend ainsi un premier élément de régulation 41 en amont du dispositif de séparation 21 et un deuxième élément de régulation 42 disposé sur la sixième branche 28. Le premier élément de régulation 41 et le deuxième élément de régulation 42 contrôlent le débit de gaz circulant au sein des branches ou des portions de circuit considérées, et contrôlent également la pression du gaz à moindre mesure.
Les vannes peuvent être en position ouverte ou fermée en fonction de la nature du gaz contenu dans la cuve 2 et comment ledit gaz doit être utilisé, tel que cela sera décrit en détails par la suite. La première branche 9 comprend ainsi une première vanne 43 et la deuxième branche 10, en plus de l’organe de contrôle 32, peut comprendre une deuxième vanne 44 si l’organe de contrôle 32 ne permet pas une régulation de débit du gaz à l’état vapeur. Par ailleurs la troisième branche 25 comprend une troisième vanne 45 et la quatrième branche 26 comprend une quatrième vanne 46.
Le circuit de refroidissement 17 comprend par ailleurs une cinquième vanne 47 permettant d’autoriser le gaz à l’état liquide à traverser le deuxième échangeur de chaleur 16.
Enfin, la partie du circuit d’alimentation 6 reliant la première branche 9 à l’appareil consommateur de gaz à basse pression 5 comprend une sixième vanne 51.
Les figures 2 et 3 illustrent un exemple d’illustration de circulation du gaz au sein du système de gestion 1 selon la nature du gaz. Dans la , le gaz contenu dans la cuve 2 est du méthane tandis que la est un exemple de circulation lorsque le gaz contenu dans la cuve 2 est de l’éthane. Pour chaque figure, les traits pleins correspondent à des lignes où le gaz circule ou peut circuler, tandis que les traits pointillés correspondent à des lignes où le gaz ne circule pas.
Pour la , le gaz contenu dans la cuve 2 et pouvant circuler dans le système de gestion 1 est donc du méthane, plus précisément du gaz naturel qui est en grande majorité composé de méthane. Le méthane peut être consommé par l’appareil consommateur de gaz à haute pression 4 et par l’appareil consommateur de gaz à basse pression 5, à condition d’être mis à une pression compatible avec ceux-ci.
Ainsi, si du gaz naturel est à l’état vapeur dans le ciel 3 de la cuve 2, celui-ci peut être aspiré au sein du circuit d’alimentation 6. Le gaz naturel à l’état vapeur traverse ensuite le premier échangeur de chaleur 13 pour capter les calories cédées par le gaz circulant dans le circuit de traitement thermique 8, puis est comprimé par le dispositif de compression 7.