Brevet FR2134456A1 — publié le 19721208

La présente invention a povir objet une composition contenant un polyépoxyde liqiiide et un nouvel agent de durcissement. On connaît le durcissement des compositions de 5 polyépoxydes à l'aide de complexes BI^ » De tels complexes BP^, connus dans la technique antérieure, sont solides à la température ambiante et ont tendance à se combiner avec l'eau au contact de l'atmosphère ce qui crée- des;difficultés de manipulation. 10 On a découvert que le composé Bî^ 2-éthyl-2~oxa- zoline est, de façon inattendue, un liquide à .la température ambiante c'est-à-dire à 25°C environ et qu'il est capable de former à une telle température des solutions homogènes avec des polyépoxydes et en particulier avec des compositions contenant 15 un polyépoxyde et un composé oxazinique ou oxazolinique et que de telles solutions peuvent être rapidement converties "par durcissement en des matières ayant une résistance élevée à la traction. On utilise généralement la Bï,j«2-éthyl-2-oxazo-20 line en une quantité de 0,0025 à 0,15 mole par équivalent épo-xy. Dans le cas de certaines compositions on. préfère une quantité de 0,007 à 0,125 mole par équivalent époxy et pour d'autres compositions, en particulier celles contenant un composé di-2-oxazinique ou di 2-o'xazolinique ci-après décrites, une quantité 25 de 0,01 à 0,03 mole par équivalent époxy. . . •/On peut utiliser comme polyépoxyde n'importe quel polyépoxyde liquide durcis'sable connu. Particulièrement utiles sont ceux des composés contenant en moyenne par molécule plus d'un groupement 1,2-époxy-aliphatique et en particulier les 30 diglycidyl éthers de phénols polyhydroxyliques tels que le di~ glycidyl éther de bisphénols A et ï ; les dérivés partiellement halogénés de ces composés tels que le diglycidyl éther du bisphénol A tétrabromuré ; les dérivés époxylés des novolaques tels que leurs produits de réaction , dans un milieu basique 35 avec 1'épichlorhydrine ; et les polyalkylène glycols époxylés à leurs extrémités tels que les polyéthylône et polypropylène glycols doublement époxylés. Particulièrement appropriés pour être utilisés comme oxazine ou oxazoline dans la préparation de prépolymères 4-0 de polyépoxydes latents durcissables est un composé monooxazique 72 14504 2 2134456 ou monooxazolinique, c'est-à-dire la 2-oxazoline non substituée ou la 5»6-dihydro-4H-l,3-oxazine non substituée ou bien l'un des composés- précédents substitué en position 5 ou 6 par un al-kyle ayant de 1 à 10 atomes de carbone ; ou un de ces composés 5 substitués en position 2 par un alkyle ayant de 1 à 10 atomes de carbone , cycloalkyle ayant de 3 à 6 atomes de carbone, al-coxy ayant de 1 à 10 atomes de carbone, nitro, furyle fluoré ; chlore, brome, iode, trifluorométhyle ; chloroalkyle ou bromo-alkyle ayant n atomes de carbone et 1 à 2 n + 1 atomes d'ha-10 logène, n étant compris entre 1 et 10 ; alcoxyalkyle ou al-kylthioalkyle dans lesquels 1'alkyle comporte 1 à 10 atomes de carbone 5 alkylthio ayant de 1 à 10 atomes de carbone, phényle ou phényle substitué par un substituant ci-dessus indiqué, un tel groupement phényle pouvant comporter 1 à 5 substituants. 15 Parmi les composés oxaziniques spécifiques pou vant être utilisés, on peut citer la 2-méthyl-5,6-dihydro-4H—»• 1,3-oxazine. Parmi les composés oxazoliniques pouvant être utilisés, on peut citer la 2-méthyl-2-oxazoline, la 2,4-diméthyl 20 -2-oxazoline, la 2-éthyl-2-oxazoline, la 2,5-diméthyl-2-oxazo-line, la 2-propyl-2-oxazoline, la 2-cyclopropyl-2-oxazoline, la 2-éthoxy-2-oxazoline, la 2-(2-mé- \ 1 >»•'• i;- - thoxy-l-méthyléthyl)-2-oxazoline, la 2-(2-(hexyloxy)éthyl-2-oxÀ-zoline, la 2-(éthylthio)-2-oxazoline, la 2-(2-(butylthio)-l-mé-25 thyléthyl)-2-oxazoline, la 2-(l-méthyl-2-(octylthio)éthyl)-2-oxazoline, la 2-(l-méthyl-2-(dodécylthio)éthyl)-2-oxazoline, la 2-(dichlorométhyl)-2-oxazoline, la 2-(trichlorométhyl)-2-oxazoline, la 2-(l,l-dichloroéthyl) et la 2-(l,l-dichloropro-pyl)-2-oxazoline, la 2-(l,l,3-trichloropropyl)-2-oxazoline, 30 la 2-(2-furyl)-2-oxazoline, la 2-phényl-2-oxazoline, la 2-(m-tolyl)-2-oxazoline, la 2-(£-tolyl)-2-bxazoline, fa^5-méthyl-2-phényl-2-oxazoline, la 2-(£-méthoxyph'ényl)-2-oxazoline, la 2-(£-chloro-phényl)-2-oxazoline et ses isomères o et m , la 2-(p-fluorophényl)-2-oxazoline, la 2-(m-bromophényl)-2-oxazoline, 35 la 2-(]D-bromophényl)-2-oxazoline, les 2-(a,a* a-trifluoro-o, m, et £-tolyl)-2-oxazolines, la 2-(]3-nitrophény3.)-2-oxazoline et ses isomères m et o, la 5?5-diméthyl-2-(3»4-xylyl)-2-oxazo-line, la 2-(354-diméthoxyphényl)-2-oxazoline, la 5,5-dimêthyl-2-(3»4,5-triméthoxyphényl)-2-oxazoline, la 4,4—diméthyl-2-40 (3»4,5-triméthoxyphényl)-2-oxazoline, la 2-(]>-méthoxyphényl)-5*" 72 14504 3 2134456 phényl-2-oxazoline et la 2((3,4-dxchlophénoxy)méthyl)-2-oxazoline. En général "une monooxazine ou une monooxazoli-ne, utilisée comme agent de durcissement» est employée en une 5 quantité de 0,01 à 0,49 équivalent oxazine ou oxazoline par équivalent époxy. Divers procédés sont connus pour préparer des composés monooxa zini que s et monooxazoliniques. Un procédé approprié consiste à faire réagir un nitrile avefc la triméthylène 10 chlorhydrine ou l'éthylène chlorhydrine, en présence d'acide ehlorhydriquè, puis à utiliser l'intermédiaire ainsi formé avec line "base telle que la triéthylamine, la triméthylamine ou un hydroxyde de métal alcalin. La réaction de cyclisation est en général exothermique et on le. met en oeuvre de préférence à une 15 température comprise entre 0 et 10°C. On peut également utiliser un composé di-2-oxa-zinique ou di-2-oxazoUnique tels que par exemple un composé de formule : 20 25 R* H» dans laquelle X désigne -(G^i-io"", -ÇCï^JïH-O) (CH„) 2y1-10 -CH2CH2-S-0ïï2CH2-, RE R jq -Ah-CH0(X' ) 1-50-Jh-(!h-, et dans les formules précitées chaque symbole..R désigne un atome d'hydrogène ou un groupement alkyle ayant de 1 à 4 atomes de carbone, chaque symbole R1 désigne un atome d'hydrogène ou un groupement alkyle ayant de là 3 atomes de carbone, m représente.le nombre 2 ou 3 et X1 désigne un" jej groupement éthylèneoxy ou propylèneoxy. - En général, on utilise le composé di-2-oxazini-que ou di-2-oxazolinique en une quantité comprise entre 0,01 et 1 équivalent oxazine ou oxazoline par équivalent époxy. On préfère une quantité comprise entre 0,25 et 1 équivalent, et dans 40 au moins certains cas la quantité optimale est d'environ 1 équivalent. 72 14504 4 2134456 On peut préparer les composés di-2-oxazolinique et di-2-oxazinique par n'importe laquelle des nombreuses voies synthétiques qui toutes passent, de façon avantageuse, par l'intermédiaire d'un groupement cyano, c'est-à-dire à chaque em-5 placement de la molécule où l'on désire ion hétérocycle oxazinique ou oxazolinique, on prévoit comme emplacement précurseur un groupement cyano. Il est en général commode et facile de passer ensuite à 1'hétérocycle désiré® La seule condition limitative, en ce qui concerne les réactions faisant passer le groupement cyano 10 à 1'hétérocycle est que, de préférence, l'emplacement cyano doit être le plus réactif ou le seul emplacement réellement réactif et si un autre emplacement quelconque sur les composes cyano de départ est plus réactif que l'emplacement cyano, il faut envisager des procédés de remplacement connus. De tels procédés sont dé-15 crits dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n° 3 563q^20. Le durcissement initial du polyépoxyde/de l'oza-zine ou de 1'oxazoline est normalement effectué par chauffage, de façon caractéristique à une température supérieure à 50°C et de préférence à une température de 120°C pendant 20 à 30 minutes. 20 On peut maintenir les polymères linéaires ainsi formés sous forme de liquide à basse viscosité, en les réchauffant simplement à 25-80°C. On peut les garder dans ces conditions plusieurs jours à une semaine sans augmentation sérieuse de la viscosité permettant ainsi leur utilisation dans des applicâ-25 tions dites "prepeg" (fibres de verre préimprégnées) par durcissement thermique (150°C) , on peut produire la gélifica-tion en l'espace d'une demi-heure et on peut obtenir des résines réticulées par chauffage de 1-8 heures en l'absence de tout additif. Pour certaines applications, telles qu'enroulement de fi-30 lamente, ces durées de durcissement sont considérés comme trop longues" L'invention sera illustrée par les exemples non-limitatifs ci-après. EXEMPLE 1 35 (A) Préparation de Bff^.2-éthyl-2-oxazoline On fait passer lentement BF^ sur la surface de 2-éthyl-2-oxazoline préalablement séchée par distillation de fil de sodium ou dispersion de lithium et refroidie à -20°C. Un nuage blanc se forme sur la surface de la 2-éthyl-2-oxazoline quand 40 l'écoulement de BF^ commence et on continue cet écoulement 72 14504 2134456 jusqu'à la disparition d'un tel nuage. A ce point, toute la 2-éthyl-2-oxazoline a été complexée avec BF^ • Le produit résultant est un liquide qu'on réchauffe à la température ambiante pour éliminer l'excès de BF^ . 5 (B) Réaction de polyépoxyde .avec la 2-méthyl-2-oxazoline et la BP^.2-éthyl-2-oxazoline & 75 g (0,40 équivalent époxy) de diglycidyl éther de bis-phénol A ayant un poids époxy équivalent de 186-192 et 9 S (0,11 mole) de BP^.2-méthyl-2-oxazoline on ajou-10 te 8,6 g (0,05 mole) de BFj.2-éthyl-2-oxazoline, tout en maintenant le mélange à une température de 25°0 environ. On obtient ainsi de façon inattendue une solution homogène. On prépare des éprouvettes en versant une quantité appropriée de cette solution dans des moules individuels et en les durcissant à des tempéra-15 tures élevées. De telles éprouvettes quand on les chauffe à 150°C pendant 90 minutes présentent une résistance à la trac- tion de 700 kg/cm et une résistance maximale à la traction de 2 910 kg/cm quand elles sont chauffées à 150°C pendant 210 minutes. 20 A titre de comparaison, une composition telle que celle décrite ici à laquelle on n'ajoute pas d'accélérateur de polymérisation nécessite 9 heures de chauffage à 150°C pour obtenir un produit durci présentant une résistance maximale à la traction de l'ordre de 700 kg/cm . 25 EXEMPLE 2 Réaction de polyépoxyde avec la 2,2-thiodiéthylène-bis-2-oxazoline et la BF^.2-éthyl-2-oxazoline A 15,6 g (0,082 équivalent époxy) de polyépoxyde de l'exemple 1 et à 9»4 g (0,041 mole) de 2,2f-thiodiéthylène-bis-30 2-oxazoline on ajoute 0,14 g (0,0006 mole) de BP^.2-éthyl-2-oxazoline tout en maintenant le mélange à une température de 25°0 environ. On obtient la formation d'une solution homogène. Des éprouvettes préparées comme indiquées dans l'exemple 1 sont durcies à une résistance de traction maximale de l'ordre de 910 kg/ p 35 cm ) dans l'espace de 7 heures à une température de 120°0. A titre de comparaison, une composition telle que décrite à laquelle on n'ajoute pas d'accélérateur de polymérisation doit être chauffée à une température de 150°C pour atteindre une résistance maximale à la traction de l'ordre de 40 700 kg/cm^. 72 14504 6 2134456 EXEMPLE 5 Réaction de polyépoxyde avec 2,2'-tétraméthylène-bis-2-oxa-zoline et avec BF^. 2-éthyl-2-oxazoline A 16,3 S (0,086 équivalent époxy) de polyépoxyde de l'exemple 1 et à 8,7 S (0,044 mole) de 2,2'-tétraméthylène-5 Ms-2-oxazoline, on ajoute 0,14 g (0,0008 mole) de BFj.2-éthyl-2-oxazoline préparée comme indiqué dans l'exemple 1, tout en maintenant le mélange à une température de 25°C environ. On obtient une solution homogène. Des éprouvettes préparées comme indiqué dans l'exemple 1, ont été durcies à une résistance de trac- p 10 tion maximale de l'ordre de 910 kg/cm pendant 3 heures à une température de 150°C. A titre de comparaison, une composition telle que décrite, mais sans accélérateur dè polymérisation nécessite 6 heures pour atteindre une résistance maximale à la traction de o 15 546 kg/cm . En outre, une composition telle que décrite mais contenant comme accélérateur de polymérisation 0,047 g (0,0004 mole) de BPj éthylamine, ne formait pas de solution homogène avant que le mélange soit chauffé à 60°C et cette matière a été durcie à une résistance maximale de 700 kg/cm par chauffage à 150°C 20 pendant 3 heures. EXEMPLE 4 Réaction de polyépoxyde avec BF^«2-éthyle-2-oxazoline A 100 g d'une résine époxyde novolaque ayant un équivalent époxy en poids de 176 - 181 et une viscosité à 25 25°C comprise entre 35 000 et 70 000 centipoises, on ajoute 3 S de BP^.2-éthyl-2-oxazoline. Le mélange résultant est homogène à la température de 25°C environ . Ce mélange combiné avec 150 g de fârine de silice, 150 g de sable de silice et 1 ^ d'oxyde de fer noir et durci pendant 15 heures à 100°C, puis 15 heures à 30 150°C, a produit une matière dure chimiquement résistante qui convient très bien pour dessus de paillasse de laboratoire. A titre de comparaison, une composition telle que décrite, mais contenant BF^. mono éthyl aminé comme agent de durcissement se caractérise par des viscosités nettement plus é-35 levées, des propriétés d'écoulement moins désirables et ne peut pas absorber -une quantité aussi élevée de charge que les compositions préparées par le procédé selon la présente invention. 72 14504 7 2134456 REVENDICATIONS 1. Composition comprenant un polyépoxyde liquide et la BFj.2-éthyl-2-oxazoline comme agent de durcissement. 2. Composition selon la revendication 1, dans 5 laquelle la BF2-éthyl-2-oxazoline est présente en une. quantité de 0,0025 à 0,15 mole par équivalent époxy. 3« Composition selon la revendication 1, dans laquelle la BFj»2-éthyl-2-oxazoline est présente en une quantité de 0,007 à 0,125 mole par équivalent époxy. 10 4. Composition selon la revendication 1, dans laquelle la BFj.2-éthyl-2-oxazoline est présente en une quantité de 0,01 à 0,03 mole par équivalent époxy. vendications 1 à 4, qui contient en plus une 5,6-dihydro-4H-l,3-15 oxazine ou 2-oxazoline. laquelle l1oxazine ou 1'oxazoline est une monooxazine ou une monooxazoline, c'est-à-dire une 2-oxazoline non substituée ou une 5,6-àihycLr0-4H-1,3-oxazine non substituée ou bien l'un des com-20 posés précédents substitué en position 5 ou 6 par un alkyle ayant de 1 à 10 atomes de carbone, ou bien l'un de ces composés substitué en position 2 par un alkyle ayant de 1 à 10 atomes de carbone, cycloalkyle ayant de 3 à 6 atomes de carbone, alcoxy ayant de 1 à 6 atomes de carbone, nitro, furyle, fluoré, chlore, brome, 25 iode, trifluorométhyle, chloroalkyle ou bromoalkyle comportant n atomes de carbone et de 1 à 2n + 1 halogène, n étant compris entre 1 et 10 ; alcoxyalkyle ou alkylthioalkyle comportant 1 à 10 atomes de carbone ; alkylthio ayant de 1 à 10 atomes de carbone, phényle ou phényle substitué dans lequel le groupement 30 phényle est substitué par 1 à 5 substituants précités. mant par équivalent époxy de 0,01 à 0,49 équivalent oxazine ou oxazoline. 35 laquelle 1'oxazine ou 1'oxazoline est un composé di-2-oxazini-que ou di-2-oxazolinique, correspondant à la formule 5- Composition selon l'une quelconque des re- 6. Composition selon la revendication 5 dans 7. Composition selon la revendication 6 renfer- 8. Composition selon la revendication 5, dans 40 72 14504 8 2134456 dans laquelle X désigne H* (CH2-ilî E* -CHg-AïI- , ~^0H2^1-10"' !IÎ-°>l-50' 5 -CH2CH2-S-CH2CH2- \S -(0Ho) 2 1-10 10 dans les formules précitées chaque symbole E représente un atome d'hydrogène ou un groupe alkyle ayant de 1 à 4 atomes de carbone, chaque symbole R' désigne un atome d'hydrogène ou un 15 groupe alkyle ayant de 1 à 3 atomes de carbone, m désigne le nombre 2 ou 3 et X1 désigne un groupe éthylèneoxy ou p-ropylène-oxy. 9. Composition selon la revendication 8, dans laquelle le composé di-2-oxazinique ou di-2-oxazolinique est 20 présent en une quantité telle qu'il y ait 0,25 à 1 équivalent oxazine ou oxazoline par équivalent époxy. 10. Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 caractérisée par le fait qu'elle se présente sous la forme d'une solution homogène à la température de 25°C.