Brevet FR2328741A1 — publié le 19770520

La présente invention concerne une composition de résine thermodurcissable améliorée. Les résines d'ester vinylique portant une insaturation terminale préparées par réaction d'un polyépoxyde avec un semi-ester d'acide dicarboxylique d'un hydroxyalkyl acrylate ou méthacrylate sont décrites dans le brevet des E.U.A. nO 5.367.992 . Ces résines ont de nombreuses propriétés avantageuses, mais leur emploi dans des applications qui exigent que la résine durcie par la chaleur soit flexible est limité. lies applications dans lesquelles la flexibilité est importante comprennent les revetements, les liants et les adhésifs. La présente invention apporte une amélioration par rapport aux résines décrites précédemment en ce sens que des revêtements, des liants et des adhésifs ayant une flexibilité ou un allongement amélioré de façon importante peuvent entre obtenues. En outre, les revetements préparés à partir des résines de la présente invention procurent des avantages en ce qui concerne la résistance à l'abrasion et la résistance au jau- nissement lors de l'exposition à la lumière ultraviolette. Les résines de la présente invention sont préparées par réaction d'un polyépoxyde avec un semi-ester d'acide dicarboxylique d'un acrylate ou d'un méthacrylate correspondant à la formule dans laquelle R désigne H ou le groupe méthyle, R1 est un groupe alkylène contenant 2 à 4 atomes de carbone, R2 désigne H , le groupe méthyle ou éthyle et n a une valeur moyenne allant de 3 & 6. L'acrylate ou le méthacrylate hydroxylé employé dans la présente invention est essentiel pour l'obtention de la flexibilité. Les composés ayant la formule ci-dessus sont préparés commodément par réaction d'un oxyde d'alkylène, tel que 1 r oxyde d'éthylène, l'oxyde de propylène ou l'oxyde de butylène, avec un hydroxyalkyl acrylate ou méthacrylate. Des exemples types de ce dernier composé sont l'hydroxyéthyl, l'hydroxypropyl et l'hydroxybutyl acrylate ou méthacrylate. La réaction est catalysée normalement par un acide de Lewis tel que Bu3 . La réaction d'un oxyde d'alkylène avec des composés hydroxylés est bien connue, voir par exemple le chapitre 2 sur le mécanisme de la condensation de l'oxyde d'éthylène dans "Nonionic Surfactants" édité par M.J. Sci:ick ainsi que les pages 92 à 100 du chapitre 4. Le procédé général utilisé pour préparer les acrylates ou méthacrylates consiste à placer un hydroxyalkyl acrylate ou méthacrylate dans un ballon sec et propre purgé à l'azote en mQme temps qu'un inhibiteur, tel que l'éther méthylique d'hydroquinone, et 0,5 % d'éthér?te de BF3 comme catalyseur.On ajoute ensuite dans le ballon à température ambiante 3 à 6 moles d'un oxyde d'alkylène par mole d'hydroxyalkyl acrylate, ce qui donne lieu à une réaction exothermique et élève la température à 50 - 550cl On refroidit pour maintenir la température de réaction dans cet intervalle. Lorsque la réaction est terminée, on laisse digérer le contenu du ballon pendant 1 heure. On fait ensuite le vide pour éliminer les traces d'oxyde et d'autres produits volatils n'ayant pas réagi. On neutralise l'éthérate de BF3 avec une faible quantité de triéthanolamine. Après refroidissement, on ajoute 1 % d'acide acrylique à titre de stabilisant Les composés obtenus ont une distribution de poids moléculaire directement proportionnelle à la quantité d'oxyde d'alkylène employée, c'est-à-dire au rapport molaire d'oxyde d'alkylène à l'hydroxyalkyl acmylate ou méthacrylate. Le produit réactionnel est un mélange de produits d'addition ayant des rapports molaires d'oxydes divers.De tels mélanges peuvent entre utilisés, à condition que le rapport molaire moyen dans le produit d'addition oxyde : hydroxyalkyl acrylate ou méthacrylate soit compris entre 3 : 1 et 6 : 1. Des rapports molaires inférieurs n'assurent pas une amélioration suffisante de la flexibilité et des rapports molaires supérieurs aboutissent à des propriétés médiocres. On fait réagir les composés ayant la formule ci-dessus avec un acide dicarboxylique pour former le semi-ester. On utilise avantageusement l'anhydride d'acide 8 | s'il est disponible pour préparer le semi-ester. Des exemples appropriés d'anhydrides d'acides sont les anhydrides cycliques à insaturation éthylénique tels que les anhydrides maléique, citraconique, itaconique ou similaires, ainsi que les anh > dridesnecontenanXpas d'insaturation éthylénique tels que les anhydrides phtalique, succinique ou similaires. Les diacides eux-mêmes peuvent entre utilisés dans des procédés d'estérification connus. La réaction des semi-esters avec un polyépoxyde peut outre exécutée de manière connue. En résumé, on fait réagir le polyépoxyde et le semi-ester en des quantités approximativement stoechiométriques (c'est-à-dire environ un groupe époxyde pour chaque groupe acide carboxylique), généralement en chauffant . On ajoute usuellement un inhibiteur de polymérisation vinylique et un catalyseur tel qu'un sel de chrome trivalent ou une amine tertiaire comme le 2,4,6-tris(diméthylaminométhyl) phénol (D-30). On peut utiliser divers polyépoxydes comportant plus d'un groupe époxyde par molécule. Les polyglycidyl éthers de polyphénols tels que le bisphénol A sont préférés. On peut également utiliser les résines novolaques époxydées et des polyépoxydes aliphatiques et halogénés. Les résines de la présente invention sont thermodur vissables. On ajoute généralement des catalyseurs engendrant des radicaux libres comme des peroxydes, des catalyseurs azoS- ques ou des persulfates pour augmenter la vitesse de polymérisation (réticulation). Les résines peuvent être aussi réticulées par exposition à des radiations ionisantes ou à la lumière ultraviolette. Dans ce dernier cas, on ajoute généralement des photoinitiateurs pour augmenter la vitesse de réticulation. Des photoinitiateurs utiles sont bien connus et facilement disponibles. Bien que la résine puisse être réticulée telle quelle, on la combine généralement avec un monomère vinylique copolymérisable de manière à changer la viscosité de la résine ou faire varier ses propriétés. De tels monomères comprennent à la fois les monomères monovinyliques et polyvinyliques. Des monomères typiques comprennent les monomères alcényl aromatiques tels que le styrène, le vinyl toluène ou le tert-butyl styrène et les esters d'al ky3e et d'hydroxyalkyle des acides acrylique et méthacrylique, comme les esters méthylique, éthylique, propylique, butylique, cyclohexylique, hydroxyéthylique, hydroxypropylique ou -hydroxybutylique de l'acide acrylique ou méthacrylique. En outre on peut utiliser d'autres monomères spécialement utiles dans les systèmes réticulables par la lumière ultraviolette tels que les 2-acétoxyalkyl acrylates ou le diacrylate, le triacrylate ou le tétraacrylate de pentaérythritol. Le monomère et la Résine peuvent outre combinés dans une proportion quelconque qui assure un mélange com patible. Généralement, la résine constitue 25 à 75 % en poids, de préférence 40 à 60 % en poids , du mélange avec le monomère. On prépare une série de monomères oxyalkylés en fai sant réagir de l'oxyde de propylène (PO) dans divers rap ports molaires avec l'hydroxyéthyl acrylate (HEQ). Les poids moléculaires moyens expérimentaux sont déterminés par analyse de la courbe de permSation- de gel et les résultats sont indiqués ci-dessous. Nombre de moles PM. moyen P,M, théorique de PO/mole de HEA expérimental 0 116 116 1 165 - 175 174 3 275 - 300 290 6 420 - 520 464 Les exemples suivants illustrent mieux la présente invention. Exemple I La préparation de résines d'ester vinylique flexi- bles conformes à la présente invention est illustrée ci-après. Dans un ballon de 500 ml à trois tubulures muni d'un agitateur, on introduit 148 g (1 mole) d'anhydride phtalique et 300 g (1 mole) du produit de réaction de XEA et de 3 moles d'oxyde de propylène. On ajoute au mélange 0,1 g d'inhibiteur à base d'hydroquinone. On chauffe lentement le mélange à 1180C et on le maintient approximativement à nette température pendant environ 6 heures. On refroidit ensuite le mélange à 1000C et on ajoute 200 g d'un polyglycidyl éther de bisphénol A ayant un poids équivalent d'époxyde de 190, ainsi que 0,4 g de DMP-30 à titre de catalyseur. On chauffe lentement le mélange à 115 C et on le laisse réagir pendant quatre heures jusqu'a ce que les quantités résiduelles d'acide et d'époxyde soient inférieures à environ 0,6 % .On peut ensuite diluer la résine avec un monomère copolymérisable et la refroidir. Résine de comparaison À On prépare une résine d'ester vinylique par le procédé de l'exemple 1 en utilisant le semi-ester d'hydroxyéthyl acrylate (HEA) et d'acide phtalique selon le brevet des E.U.A. n 3.367.992. Résine de comparaison B On prépare une résine d'ester vinylique par le procédé de l'exemple 2 en utilisant le produit de réaction de REA et de 1 mole d'oxyde de propylène, ayant un poids moléculaire moyen de 174. Exemple 2 On prépare une résine d'ester vinylique par le procédé de l'exemple 1 en utilisant le produit de réaction de HEA et de 6 moles d'oxyde de propylène, ayant un poids moléculaire moyen de 510. ExemPle 3 On prépare un acrylate en faisant réagir 3 moles d'o- xyde d'éthylène avec HEA. Ce composé ayant un poids moléculaire moyen de 272 est utilisé pour préparer une résine d'ester vinylique conformément au procédé de 1' exemple 1. Exemple 4 On dilue les résines d'ester vinylique préparées au préalable avec 45 0% en poids d'hydroxypropyl acrylate (EPA) et on les réticule avec 1 % de peroxyde de benzoyle pendant 16 heures à 800C et pendant 45 minutes à 125 C. On détermine les propriétés physiques de la manière suivante. Dans tous les cas, la resine durcit en donnant un produit non collant. Viscosité ( ) temPérature ambiante Résine Résine de base 45% HPA Nbre moyen de Allongement à moles de PO la rupture (%) par mole de HEA. A semi-solide 1.100 0 9 B semi-solide 1.250 1 10 Ex. 1 600.000 500 3 110 Ex. 2 35.000 700* 6 produit caout chouteux * Résine diluée avec 25 * RPA Exemple 5 L'aptitude à la réticulation des résines d'ester vinylique de la présente invention par exposition à la lumière ultraviolette est indiquée dans les essais suivants. Les résines de ''exem- ple 1 (3 PO/HEAj et de l'exemple 3 (3E0/HEA) sont diluées chacune avec 45% d'acétoxypropyl acrylate, appliquées sur des panneaux d'acier et durcies par exposition à la lumière U.V. Dans chaque cas,on ajoute 2 % d'éther a-butylique de benzine en tant que photo-initiateur.On fait passer le panneau d'acier revêtu à la vitesse de 30,5 m/mn sous une lampe de 200 watts et on détermine le nombre de passages nécessaires pour que la résine durcisse en donnant un produit non collant.Les résultats sont indiqués ci-de s- sous0 Résine Nombre de passa- Dureté du Résistance Adhésion ges nécessaires crayon à la méthyl au durcissement crayon éthyl cétone Ex 1 8 HB supérieure à 20 Excellente Ex. 3 5 H supérieure à 20 Excellente D'une manière similaire, la résine de l'exemple 2 (6 PO/HEA) et une résine comparable préparée avec de l'oxyde d'éthylène au lieu d'oxyde de propylène (6 E0/EH) sont durcies par exposition à la lumière U.V. Dans les deux cas, on a'emploie pas de monomère polymérisable. Résine Nombre de passa- Résistance à la méthyl ges nécessaires éthyl cétone au durcissement 6 PO/HEA 8 supérieure à 30 6 EO/EEA 4 supérieure à 45 Les résultats ci-dessus montrent que les résines sont durcissables en elles-mêmes et n'exigent pas la présence d'un monomère copolymérisable. Exemple 6 On dilue une résine d'ester vinylique préparée comme dans l'exemple 1 avec 45% en poids d'acétoxypropyl acrylate monomère. On applique la résine avec une épaisseur de 25 microns sur un tissu vinylique flexible.On utilise un applicateur à pistolet électrostatique pour appliquer un produit de flocage pour tissus sur la face revêtue du tissu qui est ensuite irradiée avec 6 mdgarads de radiation ionisante pour durcir la résine et fixer le produit floqué au tissu.Le tissu obtenu a un toucher doux, velouté et une bonne adhérence. Exemple 7 En utilisant une résine similaire à celle de l'exemple 6, on effectue des essais de conservation du brillant lorsqu'elle est appliquée sur une dalle vinylique. À titre de comparaison, on effectue des essais avec une résine obtenue par réaction de 2 moles d'acide acrylique avec un diglycidyl éther de bisphénol A. Chaque résine (45% de monomère) est appliquée à raison d'en viron 50 microns et durcie par exposition à la lumière U.VOavec addition de 2 % d'éther butylique de benzolne.On mesure ensuite la conservation du brillant d e s dalles durcies après divers cycles de récurage. On utilise un appareil d'essai d'usure pour user par abra sion à l'état humide l'échantillon avec un mouvement de va-et vient rectiligne. L'abrasif est une brosse de nylon mouillée au préalable utilisée conjointement avec une poudre abrasive. On mesure la conservation du brillant par rapport à un étalon de brillant en verre noir opaque parfaitement poli après étalonnage de l'appareil de mesure du brillant avec des étalons de brillant inférieur. L'échantillon à tester est toujours éclai ré dans la même position pour réduire lteffet d'une non unifor mité éventuelle du revêtement. La "conservation du brillant" est la fraction de lumière incidente réfléchie par une surface dans la direction du miroir à l'intérieur d'une tolérance angu laire spécifiée. Résistance à l'abrasion par frottement conservation du brillant (600) Nombre de cycles Résine de l'invention Résine de comparaison 0 86 88 50 73 59 100 67 48 150 65 40 200 65 26 Exemple 8 De la meme facon que dans l'exemple 7,on réalise des reve- tements sur du papier et on les expose à la lumière U.V. dans des conditions identiques.On détermine le degré de jaunissement après divers cycles d'exposition conformément à la norme AETN n 1925e On expose les échantillons à la lumière U.V pendant diverses périodes de temps et on détermine la variation du jau- nissement.Le degré de jaunissement est basé sur les valeurs de tristimulus calculées à partir de données obtenues avec un ba layage à 400 - 700 nm à l'aide d'un spectrophotomètre à enregistrement. L'indice de jaunissement ainsi obtenu est en bonne corrélation avec l'importance du jaunissement perçu sous éclairement à la lumière du jour normale. L'importance du jaunissement de l'échantillon non traité est déterminée par rapport à une couche d'oxyde de magnésium (mode opératoire recommandé ASTM E 259) ou par rapport à un étalon de brillant blanc. Dans la méthode d'essai employée, un indice de jaunissement positif ( + ) indique la présence et l'importance du jaunissement et un indice de jaunissement négatif ( - ) indique l'absence de jaunissement ou la présence de bleuissement. De façon correspondante, la même notation est valable pour la variation de l'indice de jaunissement déterminée après exposition de l'échantillon à la lumière U.V. Variation de l'indice de åaunissement Nombre de Résine de Résine de comparaison cycles l'invention YI #YI YI #YI 0 11,98 - 9,44 - 25 14,73 2,75 19,10 9,66 50 21,08 9,10 29,59 20,15 75 21,52 9,54 28 19,24 175 23,12 11,14 35,36 25,92 Exemple 9 La flexibilité de films durcis par la lumière UQV. est testée avec un appareil d'emboutissage Erichson. Une résine similaire à celle de l'exemple 1 est diluée avec 45 % en poids drhydroxypropyl acrylate et on ajoute 2 % d'éther butylique de benzolne. On applique la résine sous forme dtuYi, film de 12,5 à 15 microns sur un panneau d'acier et on la durcit par la lumière U.V. A titre de comparaison, on teste une résine similaire à la résinez de la même manière. Le film durci est soumis à une force de déformation appliquée sur la face opposée du panneau d'acier à une vitesse constante. La valeur indiquée correspond au nombre de millimètres de déformation nécessaires avant la rupture du film. Résine Distance, mm Ex. 1 6,8 - 6,9 A 6,2 - 6,3 RVEND i C ÀT IONS 1. Composition de résine thermodurcissable caractérisée par le fait qu'elle comprend le produit de réaction de quantités sensiblement équivalentes dtun polyépoxyde et d'un semi-ester d'acide dicarboxylique d'un acrylate ou d'un méthacrylate correspondant à la formule dans laquelle R désigne R ou le groupe méthyle, R1 est un groupe alkylène contenant 2 à 4 atomes de carbone, R2 désigne H, le groupe méthyle ou éthyle et n a une valeur moyenne allant de 3 à 6. 2. Composition selon la revendication 1, caractérisé par le fait que R1 désigne -CII2CH2 3. Composition selon la revendication-l ou 2, caractérisé par le fait que R désigne H. 4. Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait que l'acide dicarboxylique est l'acide phtalique. 5. Composition selon l'une quelconque des revendicayions I à 4, caractérisée par le fait qu'elle comprend en outre un monomère vinylique copolymérisable.