Brevet FR2190865A1 — publié le 19740201

Des tentatives antérieures effectuées pour fournir à un polyester insaturé ordinairement inflammable, undegré élevé de mauvaise inflammabilité, ontmis en cause l'addition d'un ou plusieurs composés bromiques, composés chloriques, phosphates, composés antimonieux, et autres additifs, à la résine de polyester insaturé, ou la préparationde polyesters insaturés, qui contenaient, dans la structure du polymère, des composes bromiques, ou des composés chloriques. Cependant, aucune de ces tentatives ne s'est révélée satisfaisante. Par exemple, les composés bromiques et les composés chloriques incorporés dans la résine engendrent des gaz toxiques, lors de la combustion, et les phosphates présents dans une résine de polyester non saturée provoquent la dégradation dela résine par son hydrolyse. les carbonates de calcium basiques ont eté largement utilisés comme substance d'étarchéité à la chaleur Cependant, etant donné son pourvoir important d'absorption d'huile, seule une faible quantité de carbonate de magnésium basique de quelques dizaines de pourcents, peut entre incorporée. D'autre part, du carbonate de magnésium hydraté, qui est ordinairement instable, peut être incorporé dans un polyester insaturé, en grande quantité, étant donné son très faible pouvoir d'absorption dthuile.De plus, le dit carbonate de magnésium hydraté provoque une transition cristalline au carbonate de magnésium basique, à une température située entre 50 et 1500C, durat laquelle le carbonate de magnésium hydraté se durcit. Ainsi, c'est un objet principal de la présente inventinn de créer des com positions de résine polyester insaturéeà inflammabilité mauvaise, quipunsot être utilisées dans des intérieurs d'immeubles, ou dans des cas ou leur exposition prolongée à des températures élevées est nécessaire. la présente invention se rapporte à de nouvelles compositions de résine polyester insaturé à inlammabilité mauvaise. la présente invention se rapporte de plus, à une composition de résine polyester insaturé à inflammabilité mauvaise, renforcée de fibres, et un article moulé qui est ainsi produit. La composition de résine de la présente invention comporte, fondamentalament, 100 parties par poids de résine polyester insaturé et 100 à 900 parties par poids de carbonate de magnésium hydraté. La quantité appropriée de carbonate de magnésium hydraté à utiliser s'étend entre 100 et 900 parties par poids, de préférence 200 et 500 parties par poids, en se basant sur 100 parties par poids de résine, cela dépend d'autres additifs tels que du carbonate de calcium et des fibres de verre. le carbonate de magnésium étant utilisé dans une quantité in férieure à la gamme spécifique, réduit la mauvaise inflammabilité, tandis qu'un excès affecte de faon néfaste le moulage. le carbonate de magnésium hydraté tel qu'utilisé ici, signifie du tryhydrate de carbonate de magnésium représenté par la formule ZgC03.H20, du pentahydrate de carbonate de magnésium représenté par la formule XgC05.5H2, ou leur mélange. La mesure de la quantité de carbnnate de magnésium hydraté est effectuée sur la base de trihydrate de carbonate de magnésium. La structure et les propriétés physiques de l'article mou7é aelon la présente invention peuvent varier de façon importante, avec les paramètres de moulage. Habituellement, lorsque du carbonate de magnésium hydraté se décompose en carbonate de magnésium basique, il engendre du H20 gazeux et de l'anhydride carbonique, ce qui facilite la formation de mousse moulée uniformément.Cette structure mousseuse du moulage sert à impartir aux moulages un effet d'étanchéité à la chaleur, et une propriété d'absorption du bruit Comme polyester insaturé utilisé dans la présente invention, on peut mentionner des prépolymeres obtenus en condensant au moins un acide dicarboxylique choisi dans le groupe (a), au moins un glycol choisi dans le groupe (b) et au moins un acide dicarboxylique insaturé, choisidans le groupe (c > (a) anhydre d'acide phtalique, acide isophtalique, acide téréphtalique, anhydride d'acide endométhylènetétrahydrophtalique, anhydride d'acide tétrahydrophtalique, anhydride d'acide hexahydrophtalique, acide succinique, acide adipique, acide azélalque, acide sébacique, anhydride d'acide tétrachlorophtalique, anhydre d'acide tétrabromophtalique, anhydre d' acide hexachlorocyclopentadiénatétrahydrophtalique ; (b) éthylèneglycol propylèneglycol, butanediol-1, 4, butanediol-1, 3, butanediol-2, 3, diéthylèneglycol, dipropylèneglycol, triéthylèneglycol, Ientadiol-1, 5, hexanediol-1,6, néopentylglycol . , 2,2, 4-triméthylpentaned iol-1, 3, bisphénol A hydrogéné, 2, 2-di( 4-hydroxypropoxyphényl) propane, pentaérythritoldiallylalcool, glycérol, triméthylèneglycérol, 2-éthyl-1 ,3-hexanedi61, phénylglycidyléther, allylglycidyléther (c) anhydride d'acide maléique, acide fumarique, acide citraconique, acide itaconique Dans le prépolymère ainsi préparé, on incorpore de 20 à 70 % d'au moins unzeomposé vinylique choisi dans le groupe consistant en styrène, vinyltoluène, chlorostyrène, a-méthyl- styrène, divinylbenzène, méthacrylate de méthyle, acrylate de méthyle, acrylate déthyle, acetate de vinyle, diallylphtalate, triallylcyanurate, diallylbenzènephosphate, N-vinylpyrrolidone, maléimide, diméthylstyrène. De plus, on peut utiliser, dans cette invention, comme polyester insaturé, au lieu des prépolymères ci-dessus, des prépolymères ayant des liens doubles aux deux extrémités, qui sont préparés enfaisant réagir (i) un composé diépoxy, ayant des groupes époxy à ses deux extrémités et (ii), un composé d'ester ayant un lien double tel que le méthacrylate de méthyle, l'acrylate de méthyle, ou l'acrylate d'éthyle. le produit de réaction du prépolymèreetducomposé vinylique est une résine polyester insaturé la composition de résine polymère à inflaninabddté mauvaise selon la présente invention peut contenir une quantité appropriée de divers additifs facultatifs, qui peuvent comprendre des charges telles que le carbonate de calcium, le carbonate de magnésium, le sulfate de baryum, le sulfate de calcium, l'argile, l'alumine, le kaolin , le1talc, la diatomite , le/gel de silice, la poudre de mica, la fibre de verre pulvérulente, l'amiante pulvérulente ; des substances de renforcement telles que la fibre de verre, la fibre de vinylon, la fibre de nylon, la fibre de polyester, la fibre de carbone, un metal fibreux, la fibre de bore, un agent gonflant, de la toile, des pigments et analogues. lies substance renforcement, en particulier la fibre de verre, devront entre ajoutées à la résine, en une quantité allant de environ 10 fo à 20 % de la composition résultante. L'utilisation d'une substance de renforcement en excès n'est économiquement pas intéressante, et la suBstance à moins de 10 ffi n' impartit pas d'effet de renforcement à l'article moulé. Dans le moulage dela composition de la présente invention , on utilise, actuellement, un agent durcissant tel que le péroxyde de benzoyle, le perbenzoate de tertiobutyle, le péroxyde de lauroyle, le péroxyde de cyclohexanone, l'hydropéroxyde de cumène, le péroxyde de dicumyle , le diperphtalate de ditertiobutyle. te moulage de la compositinn selon la présente invention en une forme appropriée est effectué de la façon suivante. La résine et le carbonate de magnésium hydraté en une proportion spécifique, ainsi qu'une charge ci-dessus mentionnée, ajoutée facultativement, sont mélangés uniformément et à fond, par un mélangeur approprié tel qu'un mélangeur par cisaillement ou un malaxeur. Lors de la dernière étape de mélange, une substance de renforcement appropriée peut, de façon facultative, entre ajoutée à tout le mélange. le mélange résultant est pressé à froid, puis ist placé dans un four de cuission maintenu entre 1000C et 1500C. Par variante, ledit mélange résultant peut être moulé sous pression, au moyendlune presse à chaud maintenue à 100-1500C, durant une période entre 30 secondes et 5 minutes, suivant l'épaisseur désirée de la plaque moulée.Un autre procédé consiste à injecter ledit mélange dans une matrice maintenue à une température entre 1000C et 1500C, avec une machine d'injection ou une machine de transfert. lies exemples suivants ne sont pas limitatifs et sont donnés à titre d'exemple. Dans ces exemples, la mesure du degré de mauvaise inflammabilité des échantillons a été faite, à la base, selon l'essai de flamme intermittente de Hooker, illustré sur la figure 1. la prescription de l'essai est indiquée ci-dessous. Procédé Préparation des échantillons La substance à éprouver devra être un bat on plat ayant pour dimensions 20 cm (longuet) X 1,25 cm (largeur) X 0,3 cm (épaisseur). lies bords devront être lisses et rectangulaires, 5 échantillons devront être éprouvés, pour chaque substance à évaluer. Préparation de l'appareillage La flamme du bruleur est ajustée pour former un cône bleu interne de 4 cm, avec une hauteur de flamme d'environ 15 cm. L'axe du brûleur devra former un angle de 200 avec la verticale. Procédé d'épreuve lies échantillons devront être fixés verticalement, de sorte que le bout du cône bleu interne. de la flamme touche juste le bord inférieur de la dimension de 1,25 cm de l'échantillon. la flamme devra être appliquée à l'échantillon, puis enlevée, selon le barême suivant. A chaque fois que l'on observe que la combustion continue au-delà du teX"éteint", aucune autre application de flamme ne devra être effectuée sur l'échantillon. les points sont enregistrés et additionnés. Evaluat ion Si les 5 échantillons peuvent supporter les 5 ignitions, et si leur temps de combustion après la dernière (cinquième) ignition,ne dépasse pas le temps maximum spécifié (50 secondes), l'évaluation est de 100. Par conséquent, les batons d'échantillon ayant le plus fort degré de mauvaise inflammabilité obtiennent 100 points. Si les 5 échantillons dépassent le temps de combustion pmis après la première ignition (10 secondes), l'évaluation est de 0. Si, par exemple, 2 échantillons supportent 3 ignitions, et 3 échantillcns supportent 4 ignitions, ltévaluation sera de 72. lors d'une épreuve à la flamme, des 5 échantillons, on devra faire la moyenne des évaluations obtenues pour les 5 échantillons, et les enregistrer comme l'évaluation de la substance. Danslese mples suivants, partie signifie partie par poids, à moins qu'il ne soit mentionné autre chose. Exemple 1 Un prépolymère fut préparé à partir de 2,2 moles de diéthylèneglycol, t mole d'anhydride d'acide maléique, et 1 mole d'anhydride d'acide phtalique La valeur acide du prépolymère obtenu était de 40. Une résine polyester insaturée liquide fut préparée avec cekrépolymère et 30 % en poids de styrène. En 100 parties de la résine liquide résultante, on ajouta une partie de péroxyde de benzoyle (appelé ci-après -B.P.O) comme catalyseur, deux parties de stéarate de zinc, comme agent de démoulage, et du carbonate de magnésium hydraté, en quantités telles qu'indiqué dans le tableau 2. Le toit fut mélangé dans un mélangeur par cisaillement, puis moulé pour obtenir une plaque plate, ayant pour dimensions 20 mm X 200 mm X 3 mm, avec une machine de moulage par injection à 1300C durant 4 minutes.La plaque ainsi obtenue fut écumée uniformément. Des échantillons furent découpés dans cette plaque, et 1' épreuve de mauvaise inflammabilité fut effectuée pour eux. Le résultat est illustré dans le tableau 2. Exemple 2 On fit réagir 2,2 moles de diéthylèneglycol, I mole d'anhydride d'acide maléique et I mole d'acide isophtalique pour produire un prépolymère ayant une valeur acide de 35. Au prépolymère ainsi obtenu, on ajouta 35 %0 de styrène, donnant une résine polyester insaturéeliquide. A 100 parties de cette résine liquide, on ajouta une partie de B.P.O., 2 parties de stéarate de zinc et de carbonate de magnésium hydraté, dans des quantités telles que sur le tableau 3. le mélange résultant fut usiné pour obtenir une plaque plate de 3 mm d'épaisseur, au moyen d'une machine de moulage par injection, à 1300G durant 4 minutes. 5 morceaux d'échantillon furent découpés dans cette plaque, et éprouvés pour leur mauvaise inflammabilité. les résultats sont illustrés sur le tableau 3. Exemple 3 On ajouta, à 100 parties de résine telle que préparée dans l'exemple 1, une partie de EPO., deux parties de stéarate de zinc et de carbonate de magnésium hydraté dans les quantités indiquées dans le tableau 4. De tout fut mélangé dans un malaxeur, et lqiélange résultant fut moulé sous pression à une pression de 50 kg/cm, en utilisant une matrice, pour obtenir une plaque plate de 3 mm d'épaisseur, à 13000, durant 4 minutes. 5 morceaux d'échantillon furent découpés dans chaque plaque, et 5 épreuves de mauvaise inflammabilité furent effectuées. Les résultats sont illustrés sur le tableau 4. Exemple 4 On utilisa la résine telle que préparée dans exemple 2. On ajouta, à 100 parties de la résine, 150 parties de carbon Se de magnésium hydraté, 1 partie de B.9,0, 2 parties de stéarate de zinc, et 20 jo en poids de fils de verre coupés de 0,6 cm de long. lie tnut fut mélangé dans un malaxeur, pour former un pré-mélange, qui fut alors moulé avec une presse à 13000, durant 4 minutes, pour obtenir une plaque plate de 3 mm d'épaisseur. La plaque moulée fut écumée uniformément. lie point de l'épreuve de mauvaise inflammabilité était de 92. Exemple 5 On utilisa la résine telle que préparée dans l'exemple 2. A 100 parties de la résine, on ajouta 100 parties de carbonate de magnésium hydraté et 1 partie de B.P.O., 2 parties de stéarate de zinc, qui furent mélanges à fond dans un mélangeur par cisaillement, et verséessur 450 g de filsde verre continus emmêlés. lie tout fut moulé sous pression à 130cl durai 4 minutes, pour former une PLaque plate de 3 mm d'épaisseur. la teneur en fIbre de verre était de 30 % par poids. Des échantillons furent découpés dans cette plaque. lie point était de 76. Exemple 6 On utilisa la résine telle que préparée dans l'exemple 1. 100 parties de la résine, du carbonate de calcium et du carbonate de magnésium hydraté en quantités telles que spécifiées dans le tableau 5, une partie de B.P.O, une partie de stéarate de zinc et 20 % par poids de fils de verre coupés sur une longueur de 0,6 cm, furent mélangés dans un malaxeur, puis moulés sous pression à 1300G durart 4 minutes, pour former une plaque plate de 3 mm drépaisseur. Des échantillons furent découpés dans cette plaque, et furent soumis à l'épreuve de mauvaise inflammabilité. lies résultats sont illustrés dans le tableau 5. Exemple 7 100 parties d'anhydre d'acide tétrafluorophtalique résine polyester insaturé à mauvaise inflammabilité (teneur en chlore : 15 ffi ; teneur en styrène : 35 %), une partie de B.P.O., une partie de stéarate de zinc, 60 parties carbonate de magnésium hydraté et 70 parties de carbonate de calcium (ou 100 parties de carbonate de magnésium hydraté et 50 parties de carbonate de calcium) et 20 % par poids de fils de verre coupés à 0,6 cm furent mélangés dans un malaxeur, puis moulés sous pression à 1300C durant 4 minutes, pour former une plaque plate de 3 mm d'épaisseur. Des échantillons furent découpés dans cette plaque et soumis à l'épreuve de mauvaise inflammabilité. lies points pour les deux sortes d'échantillon étaient de 60 et de 84. Exemple 8 Un polyester insaturé fut préparé de la même façon que dans l'exemple 1, sauf que de l'acide fumarique fut utilisé à la place de l'anhydre d'acide maléique, et que 50 % par poids de vinyltoluène, basé sur le poids de prépolymère, fut utilisé à la place du styrène. A 100 parties de la résine polyester insatureeainsi obtenue, on ajouta 450 parties de carbonate de magnésium hydraté centrifugé, contenant 30 % en poids d'eau, autre que l'eau de cristallisation, une partie de B,P.O, et 3 parties de stéarate de zinc. Le tout fut mélangé à fond dans un malaxeur. Le mélange ainsi obtenu fut placé entre 2 plateaux de 300 g/m2, chacun fut pressé à une pression de 180 kg/cm, et la pression fut immédiatement réduite à 0 kg/cm. Après 10 minutes, l'article moulé fut séparé de la matrice. La température de matrice était de 1 350C. L'article moulé ainsi obtenu fut uniformément écumé. Densité : 0,9 Teneur en fibre de verre : 20 % Résistance à la flexion : 4 kg/cm Indice d'oxygène, selon la norme américaine ASTMD 2863 (1970) : 76 Mauvaise combustibilité pour matériau de construction, telle que prescrite par la norme japonaise JIS A1321 : deuxième classe. Exemple 9 Un polyester non saturé fut préparé par le procédé de l'exemple 8, Sauf que 30 % par poids de chlorostyrène, furent utilisés à la place du vinyltoluène. A 100 parties de la réside polyester insaturée ainsi obtenue, on ajouta hu carbonate de magnésium hydraté centrifugé contenant 30 % d1eau, utre que l'eau de cristallisation, une partie de B.P.O. et 3 parties de stéarate de zinc. lie tout fut mélangé à fond dans un malaxeur, puis fut placé entre 2 plateaux faits de fils de verre continus à 450 g/m. Ils furent moulés scxis pression avec des matrices chauffées à 135 C. Une pression de 100 kg/cm fut appliquée aux matrices, et immédiatement enlevée .L'article moulé fut placé entre des matrices durant 10 minutes supplémentaires. L'article moulé ayant 30 % par poids de teneur en verre, avait 3 mm d'épaisseur, et était uniformément écumé. Densité : 0,95 Résistance à la flexion : 5 kgkm2 Mauvaise inflammabilité : Indice d'oxygène 62, tel que prescrit par la norme américaine ASTM D2863 Exemple 10 On utilisez un prépolymère tel que préparé dans l'exemple 2. Une résine polyester insaturéeliquide fut préparée en ajoutant du styrène au prépolymère, de sorte que la teneur en styrène soit de 65 %. 100 parties de cette résine liquide, du carbonate de magnésium hydraté centrifugé contenant 30 % d'eau autre que l'eau de cristallisation, en une quantité telle que spécifiée dans le tableau 6, une partie de B,P.O, et 3 parties de stéarate de zinc, furent mélangés dans un malaxeur. lie mélangé fut moulé par le même procédé que dans l'exemple 8, en utilisai 2 plateaux fait de fils de verre continus à 300 g/ d les indices d'oxygène prescrits par la norme américaine ASTM D 2863 (1970) sont indiqués dans le tableau 6. Tableau 1 Temps de combustion Temps étreint) Points par échantillon (secondes) (secondes) 5 10 4 7 14 8 10 20 12 15 30 16 TABLEAU 2 Quantité Quantité de carbonate de magnésium Points de hydraté ajouté (parties) résine 100 0 0 100 100 76 100 120 84 100 150 92 100 200 100 TAPTSGU 3 Quantité Quantité de carbonate de magnésium Points de hydraté ajouté (parties) résine 100 0 0 100 100 72 100 150 92 100 200 100 TABLEAU 4 Quantité de Quantité de carbonate de magnésium Points résine hydraté ajouté (parties) 100 300 100 100 500 100 100 800 100 TABLEAU 5 Quantité Quantité de car- Quantité de carbo- Points de bonate de calcium nate de magnésium résine (parties)hydraté ajouté P s (parties) 100 60 100 72 100 100 60 64 100 160 40 44 TABLEAU 6 Quantité de Quantité de carbonate de Indice d'oxygène résine magnésium hydraté ajouté (prescrit par la norme ASTM D2863) 100 300 54 100 400 62 100 450* 76 100 50 80 100 550* 85 Nota*: Ces échantillons furent gradués comme substance à mauvaise inflammabilité de deuxième classe, d'après la prescription de la norme japonaise JIS A1321 pour la mauvaise inflammabilité pour les matériaux de construction. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont exécutées selon l'esprit de l'invention et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENI)IC ÂTI0N S 1. Composition de résine polyester insaturée à mauvaise inflammabilité, caractérisée en ce qu'elle comprend 100 parties par poids de résine polyéster insaturée, comprenant (i) 80% à 3096 par poids de prépolymère de polyester insaturé, préparé par condensation d'au moins un acide dicarboxylique, au moins un glycol, et au moins un acide dicarboxylique insaturé, ou un prépolymère ayant un double lien à ses deux extrémités, qui est un produit de réaction d'uomposé diépoxy, ayant des groupes époxy à ses deux extrémitéser d'uncomposé d'ester ayant un double lien, ou un acide ayant un double lien à ses deux extrémité et (ii) au moins 20% à 70% Parpoids d'au moins un composé vinylique;;et 100 à 900 parties par poids de carbonate de magnésium hydraté représenté par une formule générale MgC03, nH20(n=3 ou 5). 2. Composition selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'acide dicarboxylique précité est de l'annvdre d'acidé phtalique, l'acide dicarbocylique insaturé précité est de l'anhydre d'acide maléique, et le glycol précité est du diéthylèneglycol. 3. Composition selon la revendication 1, caractérivéeen ce que le carbonate de magnésium hydraté précité est utilisé en une quantité entre 200 et 500 parties par poids. 4. Composition selon la revendication 1, caractériséeen ce qu'elle comporte de plus, 10% à 20% par poidsde substance de renforcement, basé sur le poids de la résine précitée et du carbonate de magnésium hydraté précité.