Brevet FR2322170A1 — publié le 19770325

La présente invention concerne des améliorations relatives aux matières & iouler & base d'aminoplaste. Le brevet britannique n 904 954 décrit des compositions de résines synthétiques comportant une charge d'ignifugation capable de forier des couches de tousse à températures élevées, la charge étant essentiellement à base d'urée-formaldéhyde non durcie ; le brevet britannique no 1 136 260 décrit un mélange résineux durcissable qu'on durcit sans libération de substances volatiles, qui est constitué d'un composant résineux durcissable, qu'on peut durcir en obtenant un produit durci non élastomère, et d'une charge constituée d'une résine aminoplaste durcie pulvérisée qui est insoluble dans le composant résineux durcissable. L'invention concerne une composition à mouler thermodurcissa- ble constituée d'une résine aminoplaste durcissable et d'une charge, la charge étant constituée au moins partiellement d'une ma tière de type urée-foriaIdhyde ou de type mélamine-formaldéhyde en particules, durcie et dépourvue de cellulose, comportant des radicaux -NE- pouvant réagir avec la résine lors du durcissement de celle-ci. De préférence, la résine aminoplaste durcissable est une résine urée-formaldéhyde ayant, de préférence, un rapport urée/ formaldéhyde avant le durcissement compris entre 1/1,2 et 1/1,8. De préférence, la matière de type urée-formaldéhyde ou de type mélamine-formaldéhyde en partioules a une surface spécifique B.E.T. inférieure à 10 m2/g et mieux inférieure à 1 m2/g et une capacité d'absorption de l'eau comprise entre 1,0 et 6,0 ml/g, bien qu'on préfère tout particulièrement des capacités d'absorption de 1,5 à 2,5 ml/g. La charge préférée,est une matière de type urée-formaldéhyde présentant un rapport molaire urée/formaldéhyde, après durcissement, de 1/1,0 à moins de 1/2,0 (c'est du fait que le rapport urée/formaldéhyde est inférieur A 1/2,0 que la charge comporte des radicaux -WH- réactifs). La matière de type urée-formaldéhyde ou de type mélamineformaldéhyde en particules peut constituer la totalité de la charge de la composition à mouler ou un des composants d'une charge à composants multiples et convient remarquablement pour remplacer en partie ou en totalité la matière cellulosique, en particulier la cellulose, qu'on utilise normalement comme charge des matières à mouler à base d'aminoplaste à charge de cellulose. La charge peut constituer 15 à 80 % du poids de la conposi- tion à mouler et peut renfermer 1% à 100%, de préférence 30 à 100 % en poids (par rapport au poids total de la charge) d'uréeformaldéhyde ou de mélamine-formaîdéhyde en particules. On préfère préparer l'urée-formaldéhyde ou la mélamineformaldéhyde en particules selon un procédé qui consiste à réaliser un système aqueux ayant un pH inférieur å 4 renfermant (1) une résine urée-formaldéhyde ou mélamine-formaldéhyde ou des précurseurs d'une telle résine, et (2) un catalyseur acide, et à agiter le système pour réaliser une suspension renfermant l'aminoplate durci souks forme de particules précipitées, en réglant la teneur de l'aminoplaste précipité dans le système à une valeur inférieure A 20 % en poids. L'invention concerne également une composition à Bouler thermodurcissable constituée d'une résine aminoplaste durcissable et d'une charge, la charge étant constituée au moins en partie d'un aminoplaste précipité et durci produit selon le procédé précité. La résine aminoplaste qu'on utilise pour produire le précipité peut être un produit d'addition ou de condensation quelconque d' urée ou de mélamine ("composé amino") et de formaldéhyde produit à l'extérieur du système aqueux. En variante, on peut former la résine in situ dans le système aqueux en introduisant dans un récipient réactionnel une solution aqueuse du composé amino ou du formaldéhyde et en ajoutant selon le cas du formaldéhyde ou un composé amino éventuellement également sous forme d'une solution aqueuse, ou on peut former cette résine in situ en combinant des matières premières constituées du composé amino et du formaldéhyde qu'on introduit dans le récipient réactionnel. Par réaction complémentaire d'-un additif tel que l'éthylèneglycol, le glycérol ou le caprolactame, on peut produire des formes modifiées du précipité d'aminoplaste ; en variante, on peut modifier le précipité par traitement ultérieur avec un agent modificateur, par exemple une épichlorhydrine. Généralement, l'aminoplaste précipité est dépourvu de charge. La teneur en aminoplaste précipité du système aqueux est, de préférence, comprise dans la gamme de 5 à & 20% du poids total, et mieux de 6,0 à 18 % et tout particulièrement de 9 à 12 %. Le rapport molaire urée/formaldéhyde au début de la réaction de durcissement est, de préférence, d'au moins 1/1,1 et,mieux, compris dans la gamme de 1/1,3 à 1/1,2 et tout particulièrement entre 1/1,3 et 1/1,6 ; lorsqu'on utilise la mélamine, ces rapports sont de préférence modifiés de façon proportionnelle. On maintient de préférence le système aqueux à une température comprise dansa gamme de 20 à 800C pendant la précipitation de l'aminoplaste. La température, le degré d'agitation auquel on soumet le système, le rapport molaire du composé amino au formaldéhyde, l'acidité et la dilution du système sont des éléments qui jouent tous un rle dans la nature du précipité obtenu, au moins en ce qui concerne son hydrophilie, c'est-à-dire sa capacité d' absorber l'eau. Pour obtenir un précipité en particules et non un gel ou un bloc solide d'urée-formaldéhyde ou de mélamine-formaldéhyde, il est nécessaire de régler la teneur en matières soldes précipitées du système. Cette teneur dépend de la température, et il est généralement nécessaire d'opérer à des températures plus basses lors- que les teneurs en matières réactives sont élevées, de façon à maintenir le système sous une forme fluide et inversement, et de opérer à des températures plus élevées pour des teneurs plus faibles en matières réactives, tout en restant dans la gamme de température précédemment indiquée, de façon à obtenir un précipité ayant la capacité d'absorption de lteau désirée.Pour une teneur en matières solides d'environ 19 56 par exemple, il peut être nécessaire d'abaisser la température à environ ooa ou en dessous, afin d'empêcher la formation d'une masse solide ou impossible -Q agiter. On opère de préférence de façon discontinue, mais on peut opérer en continu lorsqu'on peut régler la teneur en aminoplaste précipité à une valeur inférieure à 20 56 en poids en agissant sur la température, en éliminant le précipité du système au fur et à mesure de sa formation,ou en réglant la teneur en constituants réactifs du système. On entend par @teneur en constituants réactifs" la teneur du système en composants réagissant chimiquement pour former le produit durci, et ce terme exclut donc le catalyseur acide et toute autre matière inactivssdu point de vue chimique éventuellement présente. On peut séparer le précipité de la liqueur mère en éliminant l'eau, parexemple par simple filtration ou par centrifugation, et l'on peut recycler la liqueur mère en ajoutant àsla demande le compose cumins et/ou le formaldéhyde et/ou la résine amino-formaldéhyde, pour ramener la teneur des composés réagissants à la valeur désirée. I1 n'est pas nécessaire que le précipitéprésente le même rapport molaire composé amino/formaldéhyde que le système aqueux dont il dérive, et en pratique il en est rarement ainsi. On peut laver le précipité, le sécher et l'utiliser directement en variante, on peut neutraliser le précipité avec une base (éventuellement après l'avoir soumis à un prélavage ou à un lavage et un séchage) par exemple en dispersant le précipité dansl'eau et en aJoutant une quantité calculée d'une base.-On peut filtrer à nouveau le précipité neutralisé, le laver et le sécher avant 1' emploi. On obtient le précipité, si l'onopère dans les conditions indiquées, sous formed'agglomérats friables de particules approximativement sphériques, non poreuses, durcies et sans charge, ayant un diamètre moyen d'environ Q,5 à 5 microns et une surface spécifique inférieure à 1 m tg, constituées d'une résine aminoplaste totalement réticulée, avec une teneur en méthylol inférieure à 2% (c'est-à-dire en pratique une résine réticulée à environ 9856). Dans un procédé préféré de préparation de la charge, on dissout l'urée dans le formaldéhyde aqueux, et l'on fait-réagir à une température de 30 à 40 C, à un pu de 7 à 9 pendant une heure. Ces conditions ne sont pas impératives pour la production de la charge, et la présence d'un autre composé dans la résine n'a généralement pas d'effet nuisible. On dilue la résine avec de l'eau et l'on ajoute l'acide pour précipiter la charge. Lorsque la durée réactionnelle s'est écoulée, on centrifuge la suspension et l'on recycle le filtrat pour diluer une nouvelle quantité de résine. On mélange la charge humide avec une base pour neutraliser son acidité résiduelle, puis on la sèche. Les valeurs des divers paramètres impliqués sont les suivantes: -rapport molaire urée/formaldéhyde de la résine 1/1,33 -teneur en solides durcis dans le récipient environ 9% de précipitation en poids -addition d'acide 1% en poids d'acide phos phorique à 65% -pH du récipient réactionnel 2 à 2,5 -durée réactionnelle 45 mn -température réactionnelle 45 C Il convient de noter que le procédé précédemment décrit fournit une urée-formaldéhyde en particules qui, lorsqu'elle est sè che, peut être incorporée directement comme charge à un système à base de résine aminoplaste durcissable, sans qu'il soit nécessaire de la diviser, par exemple par broyage avec des billes ou par tout autre procédé. De plus il est surprenant qu'une telle matière qui n'est pas fibreuse, puisse être utilisée comme charge pour remplacer la cellulose dans des matières à mouler, sans qu'il y ait pratiquement de diminution des propriétés utiles de la matière à mouler ou des articles qui en dérivent. L'invention est illustrée par les1exemples non limitatifs suivants dans lesquels les parties et pourcentages sont exprimés en poids, sauf indications contraires. Les exemple à 7 illustrent la production de matières utilisées comme charges dans l'invention. Exemple 1 On prépare une série de résines d'urée-formaldéhyde en particules ne renfermant pas de cellulose, en réalisant tout d'abord des solutions mères présentant les divers rapports urée/formaldéhyde suivants TABLEAU I Solution Rapport Urée Solution de mère molaire U/F (parties) formaldéhyde (matières) à 36% (partie réactives) k 1/1,3 600 1083 1/1,4 600 116? C 1/1,5 600 1250 D 1/1,6 600 1330 E 1/1,9 600 1580 1/2,2 600 1834 On peut diluer à la demande ces solutions ; par exemple pour les solutions renfermant 6% de matières solides la quantité de solution mère à diluer pour obtenir 4,0 litres est la suivante Solution mère Quantité prélevée (g) Â 407 B 416 C 423 D 425 E 447 F 463 Chaque mélange réactionnel (ou "système aqueux") de 4,0 litres renferme également 40 il d'une solution d'acide phosphorique à 65%. Dans tous les cas, on site le système pendant 2 heures à la température désirée pour former une suspension, puis on filtre la suspension pour éliminer l'ure'e-formaldéhyde durcie formée sous forme d'un précipité en particules.On sèche un échantillon de chaque précipité dans une étuve à 1100C, puis on évalue sa capacité d'absorption de l'eau en la triturant sur une plaque de verre en ajoutant de l'eau goutte à goutte, la capacité d'absorption étant par définition le volume maximal d'eau absorbé par un gram- me de matière sans qu'on observe de séparation de l'eau à l'oeil nu. On neutralise une partie des précipités en les remettant en dispersion dans l'eau à 850C, en agitant pendant 3 heures et en ajoutant pendant cette durée du carbonate de calcium, de façon à porter le pH de la nouvelle suspension à environ 7,0. On filtre ê nouveau les précipités neutralisés et on les sèche, puis on détermine, comme précédemment décrit, la capacité d'absorption de 1' eau de chacun de ces précipités. Les résultats figurent dans les tableaux II et III ci-aprEs, les valeurs des capacités d'absorption qui figurent entre parenthèses étant celles des matières neutralisées. Le terme "précondensation" désigne la condensation effectuée à partir des précurseurs immédiats dans la solution concentrée à reflux, avant qu'on acidifie le système pour précipiter la matière durcie en particules. Le rapport urée/formaldéhyde de chacune des charges neutralisées est compris dans la gamme de 1/1,25 & 1/4,-O ; les surfaces spécifiques B.E.T. de ces matières sont difficiles à déterminer mais sont inférieures à 1 m2/g. (TABLEAU II page suivante) TABLEAU II Degré de précondensation O 42 *9 ç Teneur en matières réactives (%) 6 18 6 18 Rapport Urée/formaldéhyde Ganacité d'ahaorntion $(ml H@O/@) 1/1,3 3?6 (2,2) 3,8 3,4 (4,2) 2,8 1/1,6 5,2 (2,3) 4,2 7,4 (4,1) | 4,6 1/1,9 3,6 (2,4) 5,1 7,9 (3,6) 4,4 1/2,2 4,6 (3,0) 4,5 7,9 (5,5) 4,7 Ceci montre l'effet sur le précipité de la précondensation des composés réagissants, suivie d'une précipitation à une température de 250C. *Mesuré selon la détermination standard "E-tube" (viscosité-en secondes) décrite dans la norme britannique B.S. Test 188. TABLEAU III Degré de précondensation 0 42 s (E-tube) Teneur en matières réactives (%) 6 18 6 18 Rapport Urée/formaldéhyde Capacité d'absorption (ml H2O/g) 1/1,3 5,0 (1,9) 5,1 3,5 (6,3) 6,0 1/1,6 4,1 (2,6) 6,3 8,3 (4,8) 6,3 1/1,9 5,5 (3,0) 7,0 8,6 (5,6) 5,3 1/2,2 6,5 (4,1) 6,0 7,2 (5,8) 5,9 Ceci montre l'effet sur le précipité de la précondensation des composés réagissants, suivie d'une précipitation à une température de 55 C. Exemples 2 & 4 On dissout de l'urée dans l'eau et l'on mélange avec du formal déhyde aqueux en obtenant les systêies réactionnels aqueux à la température ordinaire figurant dans le tableau IV, en maintenant dans tous les cas la teneur en constituants réactifs & à 1q% pour que la teneur en solides précipités soit inférieure à 10 56, on. ajoute en une seule fois 1% en volume d'acide phosphorique à 65% (densité 1,5) comme catalyseur, et on laisse se former un précipité durci d'urée-formaldéhyde en 2 heures, en agitant dans les conditions indiquées dans le tableau IV. On neutralise comme précédemment décrit st l'on sèche le précipité neutralisé à 90 C pendant 16 heures dans une étuve réglée à 110 C. TABLEAU IV Teneur en Capacité d' Rapport molai- Conditions Exemple eau du absorption re urée/formal- d'agitation précipit;- du precipité déhyde séché (%) séché (ml/g) 2 13,4 3,0 1/1,3 50 t/mn 3 10,0 4,5 1/1,6 50 t/mn 4 10,0 1,7 1/1,3 mélange ra pide à cisail lement Silverst on Exemples 5 et 6 On reprend le mode opératoire des exemples 2 et 3, à cela près qu'on laire reposer le système réactionnel aqueux sans le mélanger, pendant 2 heures, pour former un précondensat de résine, avant d'ajouter le catalyseur acide. La tableau V montre les résultats obtenus dans le cas de produits neutralisés comme précédemment décrit. TABLEAU V Teneur en eau Capacité d'absorp- Rapport molaire Exemple du précipité tion du Précipité urée/formaldéhyd séché (%) séché (ml/g) 5 3,5 3,2 1/1,9 6 8,0 2,2 1/1,2 Exemple 7 On dilue par l'eau une résine d'urée-formaldéhyde du commerce présentant un rapport molaire urée/formaldéhyde de 1/1,6 BU700 produit par British Industrial Plastics Limited, Ohemîcals Division en obtenant un système aqueux ayant une teneur en composants réactifs de 10 56 et l'on ajoute comme catalyseur 1% en volume d' acide phosphorique à 65 % (densité 1,5). On obtient, comme dans les exemples précédents, une suspension ayant une teneur en matières solides inférieures à 10 56 en poids. Le précipité séché a une teneur en eau de 16,5 % et une capacité d'absorption de 3,0 il H20/g, après neutralisation, comme précédemment décrit Dans chacun des exemples 2 à 7, la surface spécifique B.E.T. du produit est inférieure à 1 m2/g et le diamètre moyen est d'environ 2 microns. Exemples 8 à 21 On prépare des poudres à mouler, certaines à base de résine urée-formaldéhyde et d1 autres à base de résine mélamine-formal- déhyde, en mélangeant les ingrédients indiqués ci-après dans un mélangeur à pale en Z à 600C pendant 35 mn. On sèche dans tous les cas le mélange obtenu à 80 C dans un four Mitchell jusqu'à ce que la teneur en eau libre soit d'environ 1%, et l'on broie les grains secs dans un broyeur Apex, pour former une poudre fine. On ajoute 0,25 56 de stéarate de zinc avant de granuler avec un "Ko-Kneader PR 46 Busse, avant d'effectuer le broyage final avec un broyeur apex. Poudre à base de résine urée-formaldéhyde Résine urée-formaldéhyde (rapport urée/formaldehyde : 1/1,33 teneur en matières solides : 63,5 %) 3 480 parties Charge (cellulose + matière produite selon l'invention) 896 parties Catalyseur 45 parties Hexaméthylènetétramine 45 parties Stéarate de zinc 15 parties Plastifiant 8 parties Sulfate de baryum 59 parties Poudre & base de résine de mélamine-formaldéhyde Résine mélamine-formaldéhyde (rapport molaire mélamine/formaldéhyde : 1/2 teneur en matières solides : 57%) 3 600 parties Charge (cellulose + matière produite selon l'invention) 896 parties Plastifiant 10 parties Les détails des compositions et des propriétés figurent dans le tableau VI. TABLEAU VI (partie gauche) Composition de la charge (b) (c) (d) (e) (%) Aminoplaste Fluidité en Durcisse- Eau Exemple dieque (mm) ment libre (a) UF de l' Cellulose exemple 8 (2) 50 50 UF 0,508 27 1,8 9 (2) 70 30 UF 0,9144 23 1,5 10 (4) 50 50 UF 0,686 25 1,4 11 (4) 70 30 UF 0,914 24 1,7 12 (3) 50 50 UF 0,635 23 1,7 13 (3) 70 30 UF 0,559 22 1,7 14 (3) 50 50 MF 0,965 43 2,2 15 (5) 50 50 UF 0,838 23 1,8 16 (6) 50 50 UF 0,813 24 0,7 17 (6) 70 30 UF 0,787 23 18 (7) 50 50 UF 0,533 24 2,1 19 (7) 100 0 UF 0,813 18 2,4 20 (7) 50 50 MF 0,965 42 1,2 TABLEAU VI (partie droite) (f) (g) (h) Absorption de l'eau Retrait Résistivité Flexion Exemple R.D. au (i) (j) (k) (l) Bouillante Froide après moulage Surf. Vol. RF mod. 8 295 76 0,85 0,89 192 13,8 13,6 83 7,5 9 236 36 0,82 0,70 227 13,5 14,0 83 7,8 10 224 52 0,85 0,89 200 14,5 13,7 96 8,4 11 210 46 0,89 0,87 192 13,5 13,4 82 7,6 12 258 56 0,99 1,14 190 13,4 13,3 74 7,3 13 248 35 0.98 0,97 192 12,9 13,4 79 6,9 14 93 69 0,98 1,51 124 12,0 12,7 - 15 - - - - - - - 82 7,6 16 309 - 0,86 0,72 186 15,2 13,9 - 17 276 45 0,90 0,95 205 15,1 13,7 - 18 316 54 0,85 0,80 194 14,8 13,9 - 19 529 - 1,48 1,80 142 12,9 13,1 67 5,9 20 90 38 0,86 0,97 196 12,9 13,5 - Nota (a) UF de l'exemple = urée-formaldéhyde produite dans l'exemple dont le numéro figure entre parentèses. (b) UF = urée-formaldéhyde ; MF = mélamine-formaldéhyde, c'est à-dire la résine utilisée comme liant. (c) Fluidité en disque : en millimètres (test standard). (d) Durcissement = durée minimale de fermeture de la presse, ex primée en secondes pour qu'on obtienne un élément moulé sans cloques. (e) Eau libre en % pondéral de la poudre à mouler fine. (f). En mg, après 0,5 heure d'immersion dans l'eau bouillante ou 24 heures dans l'eau froide. (g) En 56. (h) Rigidité diélectrique en volts pour 0,0254 mm. (i) et (j Surf. = résistivité superficielle en 10g10 ohm Vol = résistivité volumique en log10 ohm cm. (k) et (1) Rf = résistance à la flexion en Mod = module de flexion en GN/m2. En (e) à (1), les méthodes utilisées sont celles figurant dans la norme britannique B.S. Test 1322. REVENDICATIONS 5. Coiposition & mouler thermodurcissable, comportant une résine aminoplaste durcissable et de 15 à 80% en poids (par rapport au poids total de la composition) dtune charge, caractérisée en ce que la charge est constituée au moins en partie d'un aminoplaste durci, précipité et dépourvu de cellulose produit selon un procédé qui consiste à :: (a) réaliser un système aqueux ayant un pH inférieur à 4 et ren fermant (1) une résine urée-formaldéhyde ou mélamine-formaldéhyde ou les précurseurs d'une telle résine, et (2) un catalyseur acide, (b) agiter le système pour produire une suspension renfermant 1' aminoplaste durci sous forme de particules précipitées, et (c) régler la teneur de l'aminoplaste précipité dans le système à une valeur inférieure à 20 56 en poids. 2. Composition à mouler thermodurcissable selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'amlnoplaste de la charge est une urée-formaldéhyde ou une mélamine-formaldéhyde en particules, durcie et dépourvue de cellulose, colportant des radicaux -NH- capables de réagir avec la résine pendant le durcissement de celle-ci. 3. Composition à mouler thermodurcissable selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'aminoplaste précipité a été produit selon le procédé indiqué en réglant la teneur en matières solides de l'aminoplaste précipité dans le système aqueux par action sur la température lors de la précipitation. 4. Matière à mouler thermodurcissable selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'aminoplaste précipité a été obtenu selon le procédé indiqué en réglant la teneur en matières solides de l'aminoplaste précipité dans le système aqueux par action sur la concentration des composants réactifs, comme indiqué. 5. Composition à mouler thermodurcissable selon la revendication 1, caractérisée en ce que les particules d'urée-formaldéhyde ou de mélaeine-formaldéhyde ont une surface spécifique B.E.T. inférieure à 10 m2/g 6. Composition à mouler thermodurcissable selon la revendication 5, caractérisée en ce que les particules d'urée-formaldéhyde ou de mélamine-forialdéhyde ont une surface spécifique B.E.T. inférieure à 1,0 m2/g. 7. Composition & mouler thermodurcissable selon la revendica tion 1, caractérisée en ce que les particules d'urée-formaldéhyde ou de mélamine-forialdéhyde ont une capacité d'absorption de l'eau comprise entre 1,5 et 2,5 ml/g. 8. Composition à mouler thermodurcissable selon la revendication 1,caractérisée en ce que les particules d'urée-formaldéhyde ou de mélamine-formaldéhyde sont des a agrégats de microsphères, les particules ayant un diamètre moyen de 0,5 & 5 microns. 9. Composition 9 mouler thermodurcissable selon la revendication 1, caractérisée en ce que les particules d'urôe-formaldéhyde ou de mélamine-formaldéhyde n'ont pas été broyées ni finement divisées avant leur incorporation à la résine aminoplaste. 10. Composition & mouler thermodurcissable selon la revendication I, caractérisée en ce que les particules d'urée-formaldéhyde ou de mélamine-formaldéhyde ont été neutralisées avant leur incorporation à la résine. 11. Composition à mouler thermodurcissable selon la revendication 1, caractérisée en ce que la charge constitue 30 à 100 56 du poids des particules d'urée-formaldéhyde ou de mélamine-formaldéhyde. 12. Composition à mouler thermodurcissableselon la revendication 1, caractérisée en ce que la charge renferme deux composants, l'un étant l'aminoplaste en particules durci, précipité et dépourvu de cellulose et l'autre étant de l'ec-cellulose. 13. Composition à mouler thermodurcissable selon la revendication 1, caractérisée en ce que la résine aminoplaste est une résine d'urée-formaldéhyde présentant un rapport'molaire urée/formaldéhyde avant durcissement de 1/1,2 à 1/1,7. 14. Article préparé à partir d'une composition à mouler thermodurcissable selon la revendication 1.