WO2015097196A2 - Rubber composition containing cellulose fibers - Google Patents

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WO2015097196A2
WO2015097196A2 PCT/EP2014/079086 EP2014079086W WO2015097196A2 WO 2015097196 A2 WO2015097196 A2 WO 2015097196A2 EP 2014079086 W EP2014079086 W EP 2014079086W WO 2015097196 A2 WO2015097196 A2 WO 2015097196A2
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Didier Vasseur
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Compagnie Generale Des Etablissements Michelin
Michelin Recherche Et Technique S.A.
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Abstract

The invention relates to a reinforced rubber composition consisting of at least one diene elastomer, of one or more inorganic reinforcing fillers, and of cellulose fibers, in which: said cellulose fibers have a length of 0 to 300 µm; at least 50 wt% of said cellulose fibers have a length of 70 to 130 µm; said cellulose fibers have a thickness of 0.3 µm to 1.5 µm; and said cellulose fibers have a mean thickness of 0.3 µm to 1.1 µm.

Description

Composition de caoutchouc comprenant des fibres de cellulose  Rubber composition comprising cellulose fibers
L 'invention se rapporte à une composition de caoutchouc renforcée à base d'un élastomère diénique, d'une charge renforçante et de fibres de cellulo se de dimensions particulières, ainsi qu' à un procédé de préparation d'une telle composition, à un article semi-fini et à un pneumatique la contenant. The invention relates to a reinforced rubber composition based on a diene elastomer, a reinforcing filler and cellulosic fibers of particular dimensions, as well as to a process for the preparation of such a composition, to a semi-finished article and a tire containing it.
Depuis que les économies de carburant et la nécessité de préserver l ' environnement sont devenues des priorités, il est souhaitable de produire des mélanges ayant une hystérèse aussi faib le que possible tout en possédant de bonnes propriétés de résistance à l 'usure 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 de pneumatique, tels que par exemple des bandes de roulement, ce afin d' obtenir des pneumatiques possédant une résistance au roulement améliorée sans pénalisation de la résistance à l 'usure.  Since fuel savings and the need to preserve the environment have become priorities, it is desirable to produce mixtures with as little hysteresis as possible while possessing good wear resistance properties so that they can be processed in the best possible manner. implement in the form of rubber compositions usable for the manufacture of various semi-finished products used in the tire composition, such as for example treads, in order to obtain tires having improved rolling resistance without penalization resistance to wear.
Idéalement, par exemple, une bande de roulement de pneumatique doit obéir à un grand nombre d'exigences techniques, souvent antinomiques, parmi lesquelles une résistance élevée à l'usure tout en o ffrant au pneumatique une faible résistance au roulement et une adhérence élevée tant sur so l sec que sur so l mouillé, enneigé ou verglacé.  Ideally, for example, a tire tread must meet a large number of frequently conflicting technical requirements, including high wear resistance while providing the tire with low rolling resistance and high adhesion. on so dry as on so wet, snowy or icy.
Pour améliorer la résistance à l'usure, on le sait, une certaine rigidité de la bande de roulement est souhaitable, cette rigidification de la bande de roulement pouvant être obtenue par exemple en augmentant le taux de charge renforçante, avec donc une importante surface spécifique, ou en incorporant certaines résines renforçantes dans les compositions de caoutchouc constitutives de ces bandes de roulement.  To improve the wear resistance, it is known, a certain rigidity of the tread is desirable, this stiffening of the tread can be obtained for example by increasing the rate of reinforcing filler, with a significant surface area or by incorporating certain reinforcing resins into the constituent rubber compositions of these treads.
Malheureusement, l'expérience montre que l ' amélioration des propriétés de résistance au roulement, qui s ' accompagne d' une diminution des pertes hystérétiques de la composition de caoutchouc, pénalise de manière connue, la rigidification de la bande de roulement. L ' amélioration de la performance de résistance au roulement en gardant une bonne rigidité est de ce fait une préoccupation permanente pour les concepteurs de pneumatiques. Unfortunately, experience shows that the improvement of the rolling resistance properties, which is accompanied by a decrease in the hysteretic losses of the rubber composition, penalizes in a known manner, the stiffening of the tread. Improving rolling resistance performance by maintaining good rigidity is therefore a constant concern for tire designers.
II existe donc un besoin permanent de fournir une composition de caoutchouc qui permette d'obtenir des pneumatiques possédant une résistance au roulement améliorée sans pénalisation de la résistance à l 'usure.  There is therefore a permanent need to provide a rubber composition which makes it possible to obtain tires having improved rolling resistance without penalizing the wear resistance.
Au vu de ce qui précède, il est un obj ectif général de fournir des compositions de caoutchouc qui satisfassent un compromis de propriétés rigidité/hystérèse acceptable pour un usage en pneumatique.  In view of the foregoing, it is a general object to provide rubber compositions which satisfy a compromise of stiffness / hysteresis properties acceptable for tire use.
Les demanderesses ont découvert qu'une composition de caoutchouc renforcée à base d' au moins un élastomère diénique, d ' au moins une charge inorganique renforçante et de fibres de cellulose, dans laquelle :  The Applicants have discovered that a reinforced rubber composition based on at least one diene elastomer, at least one reinforcing inorganic filler and cellulose fibers, wherein:
- lesdites fibres de cellulo se présentent une longueur variant de 10 à 300 μπι,  said cellulo fibers have a length ranging from 10 to 300 μπι,
- au moins 50% en poids desdites fibres de cellulose présentent une longueur variant de 70 à 130 μιη,  at least 50% by weight of said cellulose fibers have a length ranging from 70 to 130 μιη,
- lesdites fibres de cellulose présentent une épaisseur variant de 0,3 μιη à 1 ,5 μιη,  said cellulose fibers have a thickness varying from 0.3 μιη to 1.5 μιη,
- lesdites fibres de cellulo se présentent une épaisseur moyenne variant de 0,3 μιη à 1 , 1 μιη  said cellulosic fibers have an average thickness ranging from 0.3 μιη to 1.1 μιη
permettait d' obtenir des propriétés hystérétiques améliorées tout en maintenant un bon niveau de rigidité.  allowed to obtain improved hysteretic properties while maintaining a good level of rigidity.
L 'invention a donc pour obj et une composition de caoutchouc renforcée à base d' au moins un élastomère diénique, d' au moins une charge inorganique renforçante et de fibres de cellulo se, dans laquelle :  The object of the invention is therefore to provide a reinforced rubber composition based on at least one diene elastomer, at least one reinforcing inorganic filler and cellulosic fibers, in which:
- lesdites fibres de cellulo se présentent une longueur variant de said cellulos fibers have a length varying from
10 à 300 μπι, 10 to 300 μπι,
- au moins 50% en poids desdites fibres de cellulose présentent une longueur variant de 70 à 130 μιη, - lesdites fibres de cellulose présentent une épaisseur variant de 0,3 μηι à 1 ,5 μηι, at least 50% by weight of said cellulose fibers have a length ranging from 70 to 130 μιη, said cellulose fibers have a thickness varying from 0.3 μηι to 1.5 μηι,
- lesdites fibres de cellulo se présentent une épaisseur moyenne variant de 0,3 μιη à 1 , 1 μπι.  said cellulosic fibers have an average thickness ranging from 0.3 μιη to 1.1 μπι.
L 'invention a également pour obj et un procédé pour préparer une composition de caoutchouc pour la fabrication de pneumatiques telle que définie précédemment, comprenant les étapes suivantes :  The invention also relates to a method for preparing a rubber composition for the manufacture of tires as defined above, comprising the following steps:
- incorporer à ou auxdits élastomères diéniques, au cours d'une première étape, la ou lesdites charges inorganiques renforçantes et les fibres de cellulo se, en malaxant thermomécaniquement le tout, en une ou plusieurs fois, jusqu'à atteindre une température maximale comprise entre 1 10°C et 1 90°C ;  - Incorporating into said diene elastomers or, in a first step, said reinforcing inorganic fillers and cellulosic fibers, by thermomechanically kneading the whole, in one or more times, until reaching a maximum temperature between 1 10 ° C and 1 90 ° C;
- incorporer ensuite, au cours d'une seconde étape, un système de réticulation et malaxer le tout jusqu'à une température maximale inférieure à 1 10°C, préférentiellement inférieure à 80°C .  - Then incorporate, in a second step, a crosslinking system and knead the whole to a maximum temperature of less than 1 10 ° C, preferably less than 80 ° C.
L 'invention a également pour obj et un article semi-fini en caoutchouc pour pneumatique, comprenant une telle composition de caoutchouc réticulable ou réticulée.  The invention also relates to a semi-finished rubber tire article comprising such a cross-linkable or cross-linked rubber composition.
L 'invention a enfin pour objet un pneumatique incorporant un tel article semi-fini.  The invention finally relates to a tire incorporating such a semi-finished article.
Dans la présente description, sauf indication expresse différente, tous les pourcentages (%) indiqués sont des % en poids . D'autre part, tout intervalle de valeurs désigné par l'expression "entre a et b " représente le domaine de valeurs allant de plus de a à moins de b (c ' est-à-dire les bornes a et b exclues) tandis que tout intervalle de valeurs désigné par l'expression " de a à b" signifie le domaine de valeurs allant de a jusqu'à b (c ' est-à-dire incluant les bornes strictes a et b) .  In the present description, unless expressly indicated otherwise, all the percentages (%) indicated are% by weight. On the other hand, any range of values designated by the expression "between a and b" represents the range of values from more than a to less than b (that is, the excluded terminals a and b) while that any range of values designated by the expression "from a to b" means the range of values from a to b (that is, including the strict limits a and b).
Par "composition à base de" , il faut entendre une composition comportant le mélange et/ou le produit de réaction des différents constituants utilisés, certains de ces constituants de base 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 sa réticulation ou vulcanisation. Comme expliqué précédemment, la composition de caoutchouc selon l'invention est à base d'un ou plusieurs élastomères diéniques. "Composition based on" means a composition comprising the mixture and / or the reaction product of the various constituents used, some of these basic constituents being capable of or intended to react with one another at least in part. during the various phases of manufacture of the composition, in particular during its crosslinking or vulcanization. As explained above, the rubber composition according to the invention is based on one or more diene elastomers.
Par élastomère diénique, doit être compris de manière connue un (on entend un ou plusieurs) élastomère issu au moins en partie (i.e., un homopolymère ou un copolymère) de monomères diènes (monomères porteurs de deux doubles liaisons carbone-carbone, conjuguées ou non). Plus particulièrement, 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.  By diene elastomer, it is to be understood in a known manner (is meant one or more) elastomer derived at least in part (ie, a homopolymer or a copolymer) of monomers dienes (monomers bearing two carbon-carbon double bonds, conjugated or not ). More particularly, diene elastomer is 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 one another or with one or more vinylaromatic compounds. having from 8 to 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.
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(alkyle en Ci à C5)- 1 ,3-butadiène tels que par exemple le 2,3-diméthyl-l,3-butadiène, 2, 3-diéthyl- 1 ,3- butadiène, 2-méthyl-3-éthyl-l,3-butadiène, le 2-méthyl-3-isopropyl- 1 ,3-butadiène, le phényl- 1 ,3-butadiène, le 1 ,3-pentadiène et le 2,4 hexadiène, etc. As conjugated dienes that can be used in the process according to the invention, 1,3-butadiene, 2-methyl-1,3-butadiene and 2,3-di (C 1 -C 5 ) alkyl-1 are especially suitable. 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, 2-methyl 3-isopropyl-1,3-butadiene, phenyl-1,3-butadiene, 1,3-pentadiene and 2,4-hexadiene, etc.
A titre de composés vinylaromatiques conviennent notamment le styrène, l'ortho-, méta, para-méthylstyrène, le mélange commercial "vinyltoluène", le para-tertiobutylstyrène, les méthoxystyrènes, le vinylmésitylène, le divinylbenzène et le vinylnaphtalène, etc.  Examples of suitable vinylaromatic compounds are styrene, ortho-, meta, para-methylstyrene, the commercial "vinyltoluene" mixture, para-tert-butylstyrene, methoxystyrenes, vinylmesitylene, divinylbenzene and vinylnaphthalene, and the like.
L'élastomère diénique de la composition conforme à l'invention est choisi préférentiellement dans le groupe des élastomères diéniques fortement insaturés constitué par les polybutadiènes (BR), le caoutchouc naturel (NR), les polyisoprènes (IR) de synthèse, les copolymères de butadiène, en particulier les copolymères de butadiène et d'un monomère vinyl aromatique, les copolymères d'isoprène et les mélanges de ces élastomères.  The diene elastomer of the composition in accordance with the invention is preferably chosen from the group of highly unsaturated diene elastomers consisting of polybutadienes (BR), natural rubber (NR), synthetic polyisoprenes (IR) and butadiene copolymers. , in particular copolymers of butadiene and a vinyl aromatic monomer, isoprene copolymers and mixtures of these elastomers.
Parmi les copolymères de butadiènes les copolymères de butadiène-styrène (SBR), les copolymères d'isoprène-butadiène (BIR), les copolymères d'isoprène-styrène (SIR) et les copolymères d' isoprène-butadiène-styrène (SBIR) . Comme expliqué précédemment, la composition selon l' invention est également à base d'une ou plusieurs charges renforçantes et de fibres de cellulose . Among butadiene copolymers, butadiene-styrene copolymers (SBR), isoprene-butadiene copolymers (BIR), copolymers of isoprene-styrene (SIR) and copolymers of isoprene-butadiene-styrene (SBIR). As explained above, the composition according to the invention is also based on one or more reinforcing fillers and cellulose fibers.
Comme charge inorganique renforçante, doit être entendu dans la présente demande, par définition, toute charge inorganique ou minérale quelles que soient sa couleur et son origine (naturelle ou de synthèse), 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; une telle charge se caractérise généralement, de manière connue, par la présence de groupes hydroxyle (-OH) à sa surface.  As reinforcing inorganic filler, is meant by the present application, by definition, any inorganic or inorganic filler whatever its color and its origin (natural or synthetic), capable of reinforcing on its own, without any other means than an agent intermediate coupling, a rubber composition for the manufacture of tires; such a filler is generally characterized, in known manner, by the presence of hydroxyl groups (-OH) on its surface.
Comme charges inorganiques renforçantes conviennent notamment des charges minérales siliceuses ou des charges minérales alumineuses.  Suitable reinforcing inorganic fillers are in particular siliceous mineral fillers or aluminous mineral fillers.
Parmi les charges minérales siliceuses, on peut citer la silice (S1O2) . 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, de préférence de 30 à 400 m2/g, notamment entre 60 et 300 m2/g. Among the siliceous mineral fillers, mention may be made of silica (SiO 2). The silica used may be any reinforcing silica known to those skilled in the art, in particular any precipitated or fumed silica having a BET surface and a CTAB specific surface both less than 450 m 2 / g, preferably from 30 to 400 m 2 / g, especially between 60 and 300 m2 / g.
Parmi les charges minérales alumineuses, on peut citer l'alumine (AI2 O3) ou des (oxyde)hydroxydes d'aluminium, ou encore des oxydes de titane renforçants, par exemple décrits dans US 6 61 0 261 et US 6 747 087.  Among the aluminous inorganic fillers, mention may be made of alumina (Al 2 O 3) or aluminum (oxide) hydroxides, or reinforcing titanium oxides, for example described in US 6 61 0 261 and US 6 747 087.
L'état physique sous lequel se présente la charge inorganique renforçante est indifférent, que ce soit sous forme de poudre, de microperles, de granulés, de billes ou toute autre forme densifiée appropriée. Bien entendu, on entend également par charge inorganique renforçante des mélanges de différentes charges renforçantes, en particulier de charges siliceuses hautement dispersibles telles que décrites précédemment.  The physical state in which the reinforcing inorganic filler is present is indifferent whether in the form of powder, microbeads, granules, beads or any other suitable densified form. Of course, the term "reinforcing inorganic filler" also refers to mixtures of different reinforcing fillers, in particular highly dispersible siliceous fillers as described above.
Comme expliqué précédemment, les fibres de cellulo se contenues dans la composition selon l' invention sont telles que : - elles présentent une longueur variant de 10 à 300 μηι, As explained above, the cellulosic fibers contained in the composition according to the invention are such that: they have a length ranging from 10 to 300 μηι,
- au moins 50% en poids d' entre elles présentent une longueur variant de 70 à 130 μιη,  at least 50% by weight of them have a length ranging from 70 to 130 μιη,
- elles présentent une épaisseur variant de 0,3 μιη à 1 ,5 μιη, - elles présentent une épaisseur moyenne variant de 0,3 μιη à they have a thickness varying from 0.3 μιη to 1.5 μιη, they have an average thickness ranging from 0.3 μιη to
1 , 1 μπι. 1, 1 μπι.
Selon un mode préféré, au moins 50% en poids des fibres de cellulo ses présentent une longueur variant de 90 à 1 10 μπι.  According to a preferred embodiment, at least 50% by weight of the cellulosic fibers have a length ranging from 90 to 10 μπι.
Selon un autre mode préféré, combinable au précédent, les fibres de cellulose présentent une épaisseur moyenne variant de 0,9 à 1 , 1 μπι.  According to another preferred mode, combinable with the above, the cellulose fibers have an average thickness ranging from 0.9 to 1.1 μπι.
Ainsi, les fibres de cellulose présentes dans la composition selon l' invention présentent en moyenne avantageusement un facteur de forme (rapport longueur/épaisseur) élevé, de l ' ordre de 100. Ce facteur de forme élevé permet de faire percoler un réseau 3 D, c ' est-à- dire que les fibres forment un réseau dans les trois dimensions, dans lequel les distances entre les fibres sont suffisamment courtes pour que des interactions puissent se développer. Cela permet ainsi d' obtenir une structure rigide.  Thus, the cellulose fibers present in the composition according to the invention have on average advantageously a form factor (length / thickness ratio) high, of the order of 100. This high form factor makes it possible to percolate a 3 D network. that is, the fibers form a three-dimensional network in which the distances between the fibers are short enough for interactions to develop. This makes it possible to obtain a rigid structure.
De préférence, les fibres de cellulose représentent de 10 à 50 pce, mieux de 20 à 40 pce.  Preferably, the cellulose fibers represent from 10 to 50 phr, more preferably from 20 to 40 phr.
De préférence encore, la ou les charges inorganiques renforçantes et les fibres de cellulose représentent au total 40 à 1 10 pce.  More preferably, the reinforcing inorganic filler (s) and the cellulose fibers represent a total of 40 to 1 phr.
Selon un mode de réalisation particulièrement préféré, la composition de caoutchouc selon l' invention comprend un agent de couplage.  According to a particularly preferred embodiment, the rubber composition according to the invention comprises a coupling agent.
En effet, il se peut que la charge inorganique renforçante ou les fibres de cellulose nécessitent l'utilisation d'un agent de couplage pour établir la liaison entre la charge inorganique renforçante ou les fibres de cellulose et l' élastomère .  Indeed, it is possible that the reinforcing inorganic filler or the cellulose fibers require the use of a coupling agent to establish the bond between the reinforcing inorganic filler or the cellulose fibers and the elastomer.
Lorsque la silice est présente dans la composition à titre de charge renforçante, on peut utiliser comme agents de couplage des organosilanes, notamment des alkoxysilanes polysulfurés ou des mercaptosilanes, ou encore des polyorganosiloxanes au moins bifonctionnels. When the silica is present in the composition as a reinforcing filler, it is possible to use, as coupling agents, organosilanes, especially polysulphurized alkoxysilanes or mercaptosilanes, or at least bifunctional polyorganosiloxanes.
Dans la composition de caoutchouc selon l' invention, le taux d' agent de couplage 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 . La présence de l'agent de couplage dépend de celle de la charge inorganique renforçante ou des fibres de cellulo se. Son taux est aisément ajusté par l'homme du métier selon le taux de cette charge; il est typiquement de l'ordre de 0,5 % à 15 % en poids par rapport à la quantité de charge inorganique renforçante.  In the rubber composition according to the invention, the level of coupling agent is advantageously less than 20 phr, it being understood that it is generally desirable to use as little as possible. Its rate is preferably between 0, 5 and 12 phr. The presence of the coupling agent depends on that of the reinforcing inorganic filler or cellulosic fibers. Its rate is easily adjusted by the skilled person according to the rate of this charge; it is typically of the order of 0.5% to 15% by weight relative to the amount of reinforcing inorganic filler.
La composition de caoutchouc selon l'invention peut également contenir, en complément des agents de couplage, des activateurs de couplage, des agents de recouvrement des charges ou plus généralement des agents d'aide à la mise en œuvre susceptibles de manière connue, grâce à une amélioration de la dispersion de la charge dans la matrice de caoutchouc et à un abaissement de la viscosité de la composition, d'améliorer sa faculté de mise en œuvre à l'état cru, ces agents étant par exemp le des silanes hydro lysables tels que des alkylalkoxysilanes , des polyo ls, des polyéthers, des aminés primaires , secondaires ou tertiaires, des polyorganosiloxanes hydroxylés ou hydro lysables.  The rubber composition according to the invention may also contain, in addition to the coupling agents, coupling activators, charge-recovery agents or, more generally, processing aid agents which can be used in known manner, thanks to an improvement of the dispersion of the filler in the rubber matrix and a lowering of the viscosity of the composition, to improve its ability to use in the green state, these agents being for example the hydrolysable silanes such as alkylalkoxysilanes, polyols, polyethers, primary, secondary or tertiary amines, hydroxylated or hydrolyzable polyorganosiloxanes.
La composition de caoutchouc selon l'invention peut comporter également tout ou partie des additifs usuels habituellement utilisés dans les compositions d'élastomères destinées à la fabrication de pneumatiques, comme par exemple des pigments, des charges non renforçantes, des agents de protection tels que cires anti-ozone, anti- ozonants chimiques, anti-oxydants, des agents anti-fatigue, des agents plastifiants, des résines renforçantes ou plastifiantes, des accepteurs (par exemp le résine phéno lique novo laque) ou des donneurs de méthylène (par exemp le HMT ou H3M) tels que décrits par exemple dans la demande WO 02/ 1 0269, un système de réticulation pouvant être à base soit de soufre, soit de donneurs de soufre et/ou de peroxyde et/ou de bismaléimides, des accélérateurs de vulcanisation ou des activateurs de vulcanisation tels qu 'oxyde de zinc, acide stéarique ou composés équivalents, dérivés guanidiques (en particulier diphénylguanidine), N-cyclohexyl-2-benzothiazyle sulfénamide (en abrégé « CB S ») . The rubber composition according to the invention may also comprise all or part of the usual additives usually used in elastomer compositions intended for the manufacture of tires, for example pigments, non-reinforcing fillers, protective agents such as waxes anti-ozone, anti-chemical ozonants, anti-oxidants, anti-fatigue agents, plasticizing agents, reinforcing or plasticizing resins, acceptors (eg novo lacquer phenolic resin) or methylene donors (eg HMT or H3M) as described for example in the application WO 02/1 0269, a crosslinking system that can be based on either sulfur, or sulfur and / or peroxide donors and / or bismaleimides, vulcanization accelerators or some vulcanization activators such as zinc oxide, stearic acid or equivalent compounds, guanidine derivatives (in particular diphenylguanidine), N-cyclohexyl-2-benzothiazyl sulfenamide (abbreviated "CB S").
La composition de caoutchouc selon l'invention est fabriquée dans des mélangeurs appropriés, en utilisant généralement deux phases de préparation successives selon une procédure générale bien connue de l'homme du métier : une première phase de travail ou malaxage thermo-mécanique (parfois qualifiée de phase "non-productive") à haute température, jusqu'à une température maximale comprise entre 1 10°C et 190°C, de préférence entre 1 15 °C et 170°C et plus préférentiellement encore entre 1 15 ° C et 160°C, suivie d'une seconde phase de travail mécanique (parfois qualifiée de phase "productive") à plus basse température, typiquement inférieure à 1 10°C, par exemple entre 30°C et 100°C, phase de finition au cours de laquelle peut être incorporé le système de réticulation.  The rubber composition according to the invention is manufactured in suitable mixers, generally using two successive preparation phases according to a general procedure well known to those skilled in the art: a first working phase or thermomechanical mixing (sometimes referred to as "non-productive" phase) at a high temperature, up to a maximum temperature of between 1 10 ° C and 190 ° C, preferably between 1 15 ° C and 170 ° C and even more preferably between 1 15 ° C and 160 ° C ° C, followed by a second phase of mechanical work (sometimes referred to as a "productive" phase) at a lower temperature, typically below 1 10 ° C, for example between 30 ° C and 100 ° C, finishing phase during from which can be incorporated the crosslinking system.
Ainsi, selon l' invention, la composition selon l 'invention est préparée selon le procédé comprenant les étapes suivantes :  Thus, according to the invention, the composition according to the invention is prepared according to the process comprising the following steps:
- incorporer à ou auxdits élastomères diéniques, au cours d'une première étape, la ou lesdites charges inorganiques renforçantes et les fibres de cellulo se, en malaxant thermomécaniquement le tout, en une ou plusieurs fois, jusqu'à atteindre une température maximale comprise entre 1 10°C et 190°C ;  - Incorporating into said diene elastomers or, in a first step, said reinforcing inorganic fillers and cellulosic fibers, by thermomechanically kneading the whole, in one or more times, until reaching a maximum temperature between 110 ° C and 190 ° C;
- incorporer ensuite, au cours d'une seconde étape, un système de réticulation et malaxer le tout jusqu'à une température maximale inférieure à 1 10°C, préférentiellement inférieure à 80°C .  - Then incorporate, in a second step, a crosslinking system and knead the whole to a maximum temperature of less than 1 10 ° C, preferably less than 80 ° C.
Selon un mo de de réalisation préférentiel de l'invention, tous les constituants de base de la composition utilisée selon l'invention, à l'exception du système de réticulation, à savoir la ou les charges inorganiques renforçantes, les fibres de cellulose, l'agent de couplage le cas échéant, sont incorporés de manière intime, par malaxage, à l'élastomère diénique ou aux élastomères diéniques au cours de la première phase dite non-productive, c'est-à-dire que l'on introduit dans le mélangeur et que l'on malaxe thermomécaniquement, en une ou plusieurs étapes, au moins ces différents constituants de base jusqu'à atteindre la température maximale comprise entre 1 10°C et 190°C, de préférence comprise entre 1 15 °C et 170°C et plus préférentiellement encore entre 1 15 °C et 160°C . According to a preferred embodiment of the invention, all the basic constituents of the composition used according to the invention, with the exception of the crosslinking system, namely the reinforcing inorganic fillers or the cellulose fibers, coupling agent, if appropriate, are intimately incorporated, by kneading, with the diene elastomer or the diene elastomers during the first so-called non-productive phase, that is to say that one introduces into the mixer and which is thermomechanically kneaded, in one or several steps, at least these various basic constituents until the maximum temperature of between 1 10 ° C and 190 ° C, preferably between 1 15 ° C and 170 ° C and even more preferably between 1 15 ° C and 160 ° C.
A titre d'exemp le, la première phase (non-productive) est conduite en une seule étape thermomécanique au cours de laquelle on introduit, dans un mélangeur approprié tel qu'un mélangeur interne usuel, tous les constituants nécessaires, les éventuels agents de mise en œuvre complémentaires et autres additifs divers, à l'exception du système de réticulation. La durée totale du malaxage, dans cette phase non-productive, est de préférence comprise entre 1 et 15 min. Après refroidissement du mélange ainsi obtenu au cours de la première phase non-productive, on incorpore alors le système de réticulation à basse température, généralement dans un mélangeur externe tel qu'un mélangeur à cylindres; le tout est alors mélangé (phase productive) pendant quelques minutes, par exemple entre 2 et 15 min.  By way of example, the first (non-productive) phase is carried out in a single thermomechanical step in the course of which all the necessary constituents, the possible stabilizing agents, are introduced into a suitable mixer such as a conventional internal mixer. implementation complementary and other various additives, with the exception of the crosslinking system. The total mixing time in this non-productive phase is preferably between 1 and 15 minutes. After cooling the mixture thus obtained during the first non-productive phase, the low temperature crosslinking system is then incorporated, generally in an external mixer such as a roll mill; the whole is then mixed (productive phase) for a few minutes, for example between 2 and 15 min.
De façon alternative au mélange de l ' élastomère et des charges en phase sèche tel que décrit précédemment, le mélange de l ' élastomère diénique, de la ou des charges renforçantes et des fibres de cellulo se peut également s ' effectuer en phase liquide. Pour cela, on utilise un élastomère sous forme de latex qui se présente sous forme de particules d' élastomère dispersées dans l ' eau, et une dispersion aqueuse de la charge, c ' est-à-dire une charge dispersée dans de l ' eau, couramment appelée « slurry ». Certains procédés en particulier, tels que ceux décrits dans le document US 6,048 ,923 , permettent d'obtenir un mélange maître d ' élastomère et de charge présentant une très bonne dispersion de la charge dans la matrice élastomérique.  As an alternative to mixing the elastomer and the dry phase fillers as described above, the mixture of the diene elastomer, the reinforcing filler (s) and the cellulosic fibers can also be carried out in the liquid phase. For this purpose, a latex elastomer is used which is in the form of elastomer particles dispersed in water, and an aqueous dispersion of the filler, that is to say a filler dispersed in water. , commonly called "slurry". Certain processes in particular, such as those described in US Pat. No. 6,048,923, make it possible to obtain a masterbatch of elastomer and filler having a very good dispersion of the filler in the elastomeric matrix.
La composition finale ainsi obtenue est ensuite calandrée par exemple sous la forme d'une feuille ou d'une plaque, notamment pour une caractérisation au laboratoire, ou encore extrudée sous la forme d'un profilé de caoutchouc utilisable comme bande de roulement de pneumatique pour véhicule tourisme ou poids-lourd.  The final composition thus obtained is then calendered, for example in the form of a sheet or a plate, in particular for a characterization in the laboratory, or else extruded in the form of a rubber profile that can be used as a tire tread for passenger car or truck.
Comme expliqué précédemment, l 'invention a encore pour obj et un article semi-fini en caoutchouc pour pneumatique, comprenant une composition de caoutchouc réticulable ou réticulée selon l' invention. As explained above, the invention is further concerned with a semi-finished tire rubber article comprising a crosslinkable or crosslinked rubber composition according to the invention.
Comme expliqué précédemment, l 'invention a encore pour obj et un pneumatique comportant un article semi-fini selon l' invention.  As explained above, the invention is further obj and a tire comprising a semi-finished article according to the invention.
En raison de l'amélioration des propriétés hystérétiques qui caractérisent une composition de caoutchouc renforcée selon l' invention, sans détériorer la rigidité, on notera qu'un pneumatique dont la bande de roulement comprend la composition présente une résistance au roulement avantageusement augmentée sans pénaliser la résistance à l 'usure.  Due to the improvement of the hysteretic properties which characterize a reinforced rubber composition according to the invention, without deteriorating the rigidity, it will be noted that a tire whose tread comprises the composition has a rolling resistance advantageously increased without penalizing the wear resistance.
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.  The aforementioned features of the present invention, as well as others, will be better understood on reading the following description of several embodiments of the invention, given by way of illustration and not limitation.
Exemples Examples
Mesures et tests utilisés Measurements and tests used
Propriétés dynamiques Dynamic Properties
Les propriétés dynamiques G * et tan(ô)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 4 mm d ' épaisseur et de 400 mm2 de section), soumis à une so llicitation sinusoïdale en cisaillement simple alterné, à la fréquence de 10Hz et à une température de mesure de 60°C . On effectue un balayage en amplitude de déformation de 0, 1 % à 1 00%) crête-crête (cycle aller), puis de 1 00% à 0, 1 % crête-crête (cycle retour) . Les résultats exploités sont le module complexe de cisaillement dynamique (G*) et le facteur de perte tan(ô) . Pour le cycle retour, on indique la valeur maximale de tan(ô) observée, noté tan(ô)max. Cette valeur est représentative de l ' hystérèse du matériau et dans le cas présent de la résistance au roulement : plus la valeur de tan(ô)max est faible, plus la résistance au roulement est basse. Les valeurs de G* mesurées à 60°C sont représentatives de la rigidité, c'est-à-dire de la résistance à la déformation: plus la valeur de G* est élevée plus la rigidité du matériau est importante, et donc la résistance à l'usure élevée. The dynamic properties G * and tan (δ) max are measured on a viscoanalyzer (Metravib VA4000) according to ASTM D 5992-96. The response of a sample of vulcanized composition is recorded (cylindrical specimen 4 mm thick and 400 mm 2 section), subjected to a sinusoidal solicitation in alternating simple shear, at a frequency of 10 Hz and at a measurement temperature of 60 ° C. A strain amplitude sweep of from 0.1% to 100% peak-to-peak (forward cycle) is performed, followed by 100% to 0.1% peak-to-peak (return cycle). The results exploited are the complex dynamic shear modulus (G *) and the loss factor tan (δ). For the return cycle, the maximum value of tan (δ) observed, denoted tan (δ) max, is indicated. This value is representative of the hysteresis of the material and in this case the rolling resistance: the higher the value of tan (δ) max is low, the lower the rolling resistance. The values of G * measured at 60 ° C are representative of the rigidity, that is to say of the resistance to deformation: the higher the value of G *, the greater the rigidity of the material, and therefore the resistance high wear.
Exemple 1 Example 1
On compare deux compositions selon l 'invention comprenant une charge inorganique renforçante et des fibres de cellulose (compositions B et C) avec une composition témoin contenant du noir de carbone (composition A) . Two compositions according to the invention comprising a reinforcing inorganic filler and cellulose fibers (compositions B and C) are compared with a control composition containing carbon black (composition A).
Les formulations des compositions sont données dans le tableau 1 . Les quantités sont exprimées en parties pour 100 parties en poids d' élastomère (pce) .  The formulations of the compositions are given in Table 1. The amounts are expressed in parts per 100 parts by weight of elastomer (phr).
Tableau 1  Table 1
Figure imgf000012_0001
(1) caoutchouc naturel
Figure imgf000012_0001
(1) natural rubber
(2) SSBR (copolymère styrène-butadiène en solution) avec 15,5% de styrène, 48% de motifs polybutadiène l-4trans (% molaires)  (2) SSBR (styrene-butadiene copolymer in solution) with 15.5% styrene, 48% polybutadiene units 1-4trans (mol%)
(4) SSBR avec 26,5% de styrène, 50% de motifs polybutadiène l-4trans (4) SSBR with 26.5% styrene, 50% polybutadiene units 1-4trans
(% molaires) (mol%)
(5) BR avec 98,4% de motifs polybutadiène cis (% molaires)  (5) BR with 98.4% cis polybutadiene units (mol%)
(6 ) Silice à 120 m2 / g (6) Silica at 120 m 2 / g
(7) fibres de cellulose commercialisées par JRS-Rettenmaier  (7) Cellulose fibers marketed by JRS-Rettenmaier
(8) Silane liquide = tétrasulfure de bis(triéthoxy)silane  (8) Liquid silane = bis (triethoxy) silane tetrasulfide
(9) 6-para-phénylènediamine  (9) 6-para-phenylenediamine
(10) Diphényl guanidine (accélérateur de vulcanisation)  (10) Diphenyl guanidine (vulcanization accelerator)
(11) CBS : N-cyclohexyl-2-benzothiazyle sulfénamide (« Santocure CBS » de la société Flexsys)  (11) CBS: N-cyclohexyl-2-benzothiazyl sulfenamide ("Santocure CBS" from the company Flexsys)
(12) Silice Zéosil 1165MP de Rhodia  (12) Zéosil 1165MP Silica from Rhodia
On introduit dans un mélangeur interne (taux de remplissage final : environ 70% en volume), dont la température initiale de cuve est d'environ 60°C, successivement les élastomères diéniques et selon le cas le noir de carbone ou 2/3 en poids de la silice. On conduit alors un travail thermomécanique (phase non-productive) en une étape, qui dure au total 5 minutes, pendant lequel on introduit à la température de 95°C les composés suivants : acide stéarique, cire ozone, plastifiant, 1/3 en poids de silice, Arbocel BWW40 et silane liquide, jusqu'à atteindre une température de tombée de 165°C. In an internal mixer (final filling ratio: approximately 70% by volume), the initial vessel temperature of which is approximately 60 ° C., the diene elastomers and, where appropriate, the carbon black or 2/3 weight of the silica. Thermomechanical work (non-productive phase) is then carried out in one step, which lasts a total of 5 minutes, during which the following compounds are introduced at the temperature of 95 ° C: stearic acid, ozone wax, plasticizer, 1/3 in weight of silica, Arbocel BWW40 and liquid silane until reaching a temperature of 165 ° C.
On récupère le mélange ainsi obtenu, on le refroidit puis on incorpore du soufre, le diphényl guanidine, le ZnO et un accélérateur type sulfénamide sur un mélangeur (homo-finisseur) à 23 °C, en mélangeant le tout (phase productive) pendant un temps approprié (par exemple une dizaine de minutes). The mixture thus obtained is recovered, cooled and sulfur, diphenyl guanidine, ZnO and a sulfenamide type accelerator are incorporated on a mixer (homo-finisher) at 23 ° C., mixing everything (productive phase) for a suitable time (for example about ten minutes).
Les compositions ainsi obtenues sont ensuite calandrées soit sous la forme de plaques (épaisseur de 2 à 3 mm) ou de feuilles fines de caoutchouc pour la mesure de leurs propriétés physiques ou mécaniques .  The compositions thus obtained are then calendered either in the form of plates (thickness of 2 to 3 mm) or thin sheets of rubber for the measurement of their physical or mechanical properties.
Les propriétés des compositions à l ' état réticulé sont données dans le tableau 2. The properties of the compositions in the crosslinked state are given in Table 2.
Tableau 2 Table 2
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Figure imgf000014_0001
Les résultats montrent que les compositions B et C selon l' invention présentent un module G * élevé et conservé par rapport à la composition comparative A, mais avec une hystérèse très fortement diminuée et ce, quelle que soit la base élastomère du mélange. The results show that the compositions B and C according to the invention have a high G * modulus and preserved relative to the comparative composition A, but with a very greatly reduced hysteresis, whatever the elastomer base of the mixture.
En d' autres termes, le compromis rigidité/hystérèse est amélioré .  In other words, the stiffness / hysteresis compromise is improved.
Il est bien connu qu'une baisse d' hystérèse est favorable pour la résistance au roulement tandis que le module dynamique à faible déformation sera favorable pour la rigidité du pneu en dérive et donc un comportement routier conservé.  It is well known that a decrease in hysteresis is favorable for the rolling resistance while the low deformation dynamic modulus will be favorable for the stiffness of the drifting tire and therefore a preserved road behavior.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Composition de caoutchouc renforcée à base d' au moins un élastomère diénique, d'une ou plusieurs charges inorganiques renforçantes et de fibres de cellulose, dans laquelle : 1. A reinforced rubber composition based on at least one diene elastomer, one or more reinforcing inorganic fillers and cellulose fibers, wherein:
- lesdites fibres de cellulo se présentent une longueur variant de said cellulos fibers have a length varying from
10 à 300 μπι, 10 to 300 μπι,
- au moins 50% en poids desdites fibres de cellulose présentent une longueur variant de 70 à 130 μιη,  at least 50% by weight of said cellulose fibers have a length ranging from 70 to 130 μιη,
- lesdites fibres de cellulose présentent une épaisseur variant de 0,3 μιη à 1 ,5 μιη,  said cellulose fibers have a thickness varying from 0.3 μιη to 1.5 μιη,
- lesdites fibres de cellulo se présentent une épaisseur moyenne variant de 0,3 μιη à 1 , 1 μπι.  said cellulosic fibers have an average thickness ranging from 0.3 μιη to 1.1 μπι.
2. Composition selon la revendication 1 caractérisée en ce que le ou les élastomères diéniques sont choisis parmi le caoutchouc naturel, les polyisoprènes de synthèse, les polybutadiènes, les copolymères de butadiène, les copolymères d' isoprène et les mélanges de ces élastomères .  2. Composition according to Claim 1, characterized in that the diene elastomer or elastomers are chosen from natural rubber, synthetic polyisoprenes, polybutadienes, butadiene copolymers, isoprene copolymers and mixtures of these elastomers.
3. Composition selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la ou les charges inorganiques renforçantes sont choisies parmi les charges minérales siliceuses, de préférence la silice, et les charges minérales alumineuses, de préférence l ' alumine.  3. Composition according to claim 1 or 2, characterized in that the reinforcing inorganic filler or fillers are chosen from siliceous mineral fillers, preferably silica, and aluminous mineral fillers, preferably alumina.
4. Composition selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que au moins 50% en poids desdites fibres de cellulose présentent une longueur variant de 90 à 1 10 μπι.  4. Composition according to any one of the preceding claims, characterized in that at least 50% by weight of said cellulose fibers have a length ranging from 90 to 1 10 μπι.
5. Composition selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les fibres de cellulose présentent une épaisseur moyenne variant de 0,9 à 1 , 1 μπι.  5. Composition according to any one of the preceding claims, characterized in that the cellulose fibers have an average thickness ranging from 0.9 to 1.1 μπι.
6. Composition selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que les fibres de cellulose représentent de 10 à 50 pce, de préférence de 20 à 40 pce.  6. Composition according to any one of the preceding claims, characterized in that the cellulose fibers represent from 10 to 50 phr, preferably from 20 to 40 phr.
7. Composition selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que la ou les charges inorganiques renforçantes et les fibres de cellulose représentent au total 40 à 1 10 pce. 7. Composition according to any one of the preceding claims, characterized in that the inorganic filler (s) reinforcing and cellulose fibers total 40 to 1 10 phr.
8. Composition selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce qu ' elle comprend un agent de couplage.  8. Composition according to any one of the preceding claims, characterized in that it comprises a coupling agent.
9. Article semi-fini en caoutchouc pour pneumatique, caractérisé en ce qu' il comprend une composition de caoutchouc réticulable ou réticulée telle que définie à l'une quelconque des revendications 1 à 8.  9. Semi-finished rubber tire article, characterized in that it comprises a crosslinkable or crosslinked rubber composition as defined in any one of claims 1 to 8.
10. Pneumatique, caractérisé en ce qu ' il comporte un article semi-fini tel que défini dans la revendication 9.  10. Pneumatic tire, characterized in that it comprises a semi-finished article as defined in claim 9.
1 1 . Procédé pour préparer une composition de caoutchouc pour la fabrication de pneumatiques telle que définie à l 'une quelconque des revendications 1 à 8 caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :  1 1. Process for preparing a rubber composition for the manufacture of tires as defined in any one of Claims 1 to 8, characterized in that it comprises the following steps:
- incorporer à ou auxdits élastomères diéniques, au cours d'une première étape, la ou lesdites charges inorganiques renforçantes et les fibres de cellulo se, en malaxant thermomécaniquement le tout, en une ou plusieurs fois, jusqu'à atteindre une température maximale comprise entre 1 10° C et 190°C ;  - Incorporating into said diene elastomers or, in a first step, said reinforcing inorganic fillers and cellulosic fibers, by thermomechanically kneading the whole, in one or more times, until reaching a maximum temperature between 110 ° C and 190 ° C;
- incorporer ensuite, au cours d'une seconde étape, un système de réticulation et malaxer le tout jusqu'à une température maximale inférieure à 1 10°C, préférentiellement inférieure à 80°C .  - Then incorporate, in a second step, a crosslinking system and knead the whole to a maximum temperature of less than 1 10 ° C, preferably less than 80 ° C.
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