Brevet FR2391766A1 — publié le 19781222

La présente invention concerne des matières de mise en suspension et plus particulièrement elle concerne des matières de mise en suspension que l'on utilise dans des suspensions fluides pour éviter ou sensiblement diminuer la tendance à l'agglomération des particules en suspension. Ce phénomène d'agglomération est particulièrement marqué lorsque l'on utilise des suspensions fluides dans un occulteur de lumière sous l'influence d'un champ électrique On entend par "occulteur de lumière" un dispositif permettant d'intercepter ou d'occulter la lumière Dans des suspensions colloidales et spécialement dans des suspensions colloidales liquides, les particules en suspension ont une tendance à se grouper ensemble pour former de gros grumeaux de particules.Ce phénomène d 'agglomération détruit la distribution uniforme des particules en suspension et dans bien des cas, peut rendre la suspension de peu de valeur. Ce problème est particulièrement prononcé dans des suspensions qui sont utilisées dans des occulteurs de lumière. Un occulteur de lumière est décrit en plus amples détails dans le brevet US n" 3 708 219, au nom de la demanderesse. Il est généralement constitué par deux parois plates, transparentes, sensiblement parallèles qui ne sont séparées que- par une distance relativement faible, de l'ordre généralement de 0,s12 d 1,25 mm environ et soudées à la périphérie pour former une cellule close.On applique sur les surfaces intérieures de fines couches conductrices, transparentes, sur les parois et l'on remplit la cellule d'une suspension fluide qui peut autre constituée par des particules polarisant la lumière. Normalement, les particules en suspension sont dispersées au hasard dans la suspension et dans cette condition due au hasard, en raison du mouvement brownien, la suspension fluide apparaît sombre, parce que les particules absorbent la lumière et ont tendance à "éteindre" les rayons de la lumière visible qui tentent de traverser la suspension.Cependant, si l'on applique une tension aux enduits conducteurs de l'occulteur de lumière (cest à dire en travers de la suspension) les particules qui ont de préférence la forme de barreaux ou sont acicu- laires, s'alignent perpendiculairement aux parois de la cellule. Dans cette condition, la lumière passeautravers de la suspension et la suspension paraît être transparente. C'est principalement cette application de la tension å la suspension qui provoque l'agglomération des particules I1 y a eu une recherche abondante pour s'efforcer de mettre au point une suspension pour occulteur de lumière dans laquelle les particules en suspension pourraient demeurer uniformément distribuées et ne s'agglomèrent pas ou ne se groupent pas lorsqu'on applique un champ électrique. Des suspensions classiques retiennent les particules en suspension pendant des délais variables lorsqu'aucun champ électrique n'est appliqué. Des exemples de suspensions de ce genre sont données dans les brevets US n" 1 951 664, 1 955 923, 1 963 493, 3 512 876 et 3 773 684. Toutefois, lorsqu'on applique un champ électrique, les matièresen suspension selon la technique antérieure à la présente invention ne sont pas à même d'entretenir les particules en suspension en condition dispersée, et les particules se groupent ensemble pour former des agglomérats . On a mis au point des procédés divers au cours des années passées pour tenter de résoudre ce problème. L'un de ces procédés est décrit dans le brevet US nO 2 481 621 selon lequel on transmet des ondes ultrasonores au sein de la suspension liquide pour agiter et désorienter les particules en suspension, pour rompre et éviter l'agglomération. Un autre procédé est décrit dans le brevet US no 3 655 267 selon lequel on utilise une tension en courant alternatif à haute fréquence pour prévenir ou éviter l'agglomération. D'autres brevets proposent l'utilisation d'une tension pulsante en tant que moyen pour diminuer l'agglomération. D'autres encore utilisent un écoulement modéré généralement laminaire pour provoquer un mouvement constant des particules et ainsi prévenir l'agglomération des particules Ces brevets de la technique antérieure exigent l'applica- tion de techniques électriques ou soniques ott un mouvement fluide, spit pour prévenir, soit pour briser les agglomérats. Chacun exige l'application d'un équipement particulier conjointement avec ltocculteur de lumière de façon à remplir la fonction anti-agglomération. Donc, un procédé pour entretenir la condition dispersée des particules en utilisant une matière de mie en suspension qui conserve cette dispersion lors de l'application d'une tension dans la suspension serait extr & ement utile et dtune grande valeur lors du fonctionnement des occulteurs de lumière La présente invention concerne une matière de mise en suspension et une suspension fluide utilisant cette matière de mise en suspension qui a une tendance marquée à diminuer ou à éliminer l'agglomération des particules colloidales dans la suspension lors de l'application d'une tension à la suspension. La matière de mise en suspension comprend un ester aromatique ayant une structure du genre qui résulte de la réaction d'un alcool aromatique substitué ou non substitué avec un acide substitué ou non substitué. On peut aussi parvenir à cette structure par d'autres procédés chimiques bien connus. La matière de mise en suspension comporte de l'acétate de phényle, de l'acétate do- ou de p-crésyle ou des substances similaires, prises isolément ou en mélange avec des liquides non-aqueux appropriés. La suspension utilisant la matière de mise en suspension peut aussi comporter des copolymères ramifiés tels que des copolymères ramifiés qui sont utilisés pour enduire les particules et inhiber leur groupement.Ces matières de recouvrement comprennent celles qui sont décrites dans la demande de brevet US nO SN 476 106 au nom de la demanderesse L'un des buts de la présente invention est une matière fluide de mise en suspension qui prévient ou retarde sensiblement l'agglomération de suspensions fluides qui contient des particules répondant à un champ électrique. Un autre but de la présente invention est un occulteur de lumière comprenant une matière fluide des mise en suspension qui prévient ou retarde sensiblement l'agglomération de suspensions fluides qui contiennent des particules répondant à un champ électrique lorsqu'on y applique un champ électrique Un autre but de la présente invention est une matière fluide de ce genre de mise en suspension que l'on utilise en coopération avec une matière de revetemen t pour prévenir ou retarder sensiblement l'agglomération des particules en suspension Un autre but de la présente invention est l'application d 'esters aromatiques à titre de matieres de mise en suspension. La présente invention concerne une matière de mise en suspension que l'on utilise conjointement avec des particules colloidales pour former une suspension fluide. La suspension fluide est du genre de celle qui est particulièrement utile dans des suspensions pour occulteurs de lumière où l'on applique un champ électrique à la suspension. Essentiellement, le but de la matière de mise en suspension est d'entretenir la distribution uniforme des particules colloidales dans la suspension et de prévenir leur groupement.Dans des suspensions fluides utilisées dans des occulteurs de lumière, la distribution uniforme est particulièrement importante parce que, si les particules se groupent ensemble ou s'agglomèrent, l'occulteur de lumière, lorsqutil est activé, n'apparat pas transparent mais comporte des taches due à ces agglomérats Les matières de mise en suspension actives contre l'agglomération selon la présente invention comprennent une matière présentant une résistivité électrique, tels que l'acétate de phényle, les acétates de crésyle, comprenant l'acétate d'ocrésyle et l'acétate de p-crésyle.Ils ont une forte résistivité électrique, de sorte qu'ils ne perturbent pas défavorablement l'aptitude des particules à s'aligner lorsqu'une tension est appliquée à la suspension (de l'ordre de 8.107 ohm-cm et supé rieur) Les structures chimiques de ces matières sont représentées par les formules des figures 1, 2 et 3 annexées. La figure 1 représente la structure de l'acétate de phényle qui est le produit de réaction du phénol et de l'acide acétique. La figure 2 représente la structure de l'acétate d'ortho-crésyle qui est le produit de réaction d'ortho-crésol et d'acide acétique. La figure 3 représente la structure de l'acétate de para-crésyle, qui est le produit de réaction de para-crésol et d'acide acétique. Dans ces exemples, un atome d'oxygène, qui fait partie de lester est fixé directement et il est voisin du cycle. Ceci constitue le résultat de la réaction d'un alcool aromatique avec un acide pour former lester aromatique. L'effet de ces matières pour prévenir l'agglomération est différent, de façon inattendue,de celui qui est dA à un ester aromatique, produit de réaction d'un acide aromatique et d'un alcool. Un exemple d'un ester aromatique du genre signalé ci-dessus est le phtalate de dibutyle (vair les brevets US n" 1 951 664, 1 955 923 et 3 625 869) .Cependant le phtalate de dibutyle est inefficace dans le retardement ou la prévention de l'agglomération, comparativement aux matières selon la présente invention.Une raison de cette différence de comportement entre des esters aromatiques provenant d'alcools aromatiques d'une part et d'esters aromatiques provenant d'acides aromatiques d'autre part, est que des esters provenant d'acides aromatiques ont un atome de carbone, au lieu d'un atome d'oxygène, qui fait partie de l'ester, attaché directement au, et voisin du cycle. La figure 4 représente la structure du phtalate de dibutyle qui est nettement différente des structures des figures 1, 2 et 3. Il est inattendu que cette différence de structure chimique puisse avoir une différence aussi marquée quant à l'effet sur l'agglomération. On peut utiliser les matières selon l'invention soit isolément soit en combinaison avec des liquides non-aqueux tels que des esters aliphatiques comprenant des esters ramifiés, par exemple l'acétate isopentylique, et certains liquides non polaires aromatiques ou aliphatiques tels que le toluène ou le trifluoro-trichloro éthane, respectivement. Les matières selon l'invention, si elles sont liquides, doivent être des liquides qui de préférence ne sont pas nuisibles à 1 'occulteur de lumière et aux autres matières de mise en suspension et aux particules en suspension, et aussi elles doivent être des liquides qui, de préférence sont relativement stables à la chaleur et au rayonnement ultra-violet.On a trouvé utile mais non essentiel qu'en viron 55% de la matière finale de mise en suspension (en poids) soit composée de liquides n'appartenant pas à la présente invention, 45% en poids étant composés de matières de mise en suspension selon l'invention On peut combiner les matières de mise en suspension cidessus dans la suspension finale avec les particules en suspension qui sont enduites d'un composé polymère tel que les matières qui sont décrites en détail dans la demande de brevet US SN 576 106. Ces matières comprennent les composés suivants de copolymères d 'acrylate de 3,5,5-triméthyl-hexyle/acrylate de 2-hydroxypropyle/acide fumarique, et de fumarate de bis-2-éthylhexyle/ acrylate de 3,5, 5-triméthyl-hexyle/chlorure de vinylidène/acide mésaconique.En raison de leurs propriétés, y compris leur dimension et leur nature ramifiée, ces matières telles qu'elles sont décrites dans la demande de brevet précitée, tendent à empêcher que les particules s'agglomèrent ensemble. On pense quelles sont liées à la surface des particules. Lorsque ces matières de revêtement sont utilisées conjointement avec les matières de mise en suspension, la combinaison agit pour retarder nettement l'agglomération et dans certaines conditions, elles peuvent retarder l'agglomération jusqu'à un point auquel il semble qu'elle ne se produit plus du tout Les exemples suivants sont des exemples d'utilisation des matières de mise en suspension selon la présente invention, seules ou en combinaisons avec des matières non-aqueuses supplémentaires.Des exemples sont également fournis pour illustrer l'application des matières de mise en suspension sus-indiquées avec des matières de revetement. Ces exemples ne s'entendant que comme étant purement illustratifs et nullement limitatifs de quelque façon que ce soit EXEMPLE I : On construit une cellule d'expérience avec trois compartiments séparés côte à côte, avec des parois communes'et des électrodes communes auxquelles on applique une tension alternative d'activation de 10 kilohertz et à 300 volts crête à crête. L'épaisseur interne de la cellule, c'est-à-dire l'épaisseur de la suspension est de 0,23 mm. On remplit le premier compartiment avec une suspension liquide de particules de periodure de bisulfate de quinine, ces particules ayant été préparées avec une combinaison d'iodure de calcium et d'iodure d'hydrogène (c'est-à-dire l'acide iodhydrique), avec de l'iode, mise en suspension dans le liquide, qui est l'acétate isopentilique. La suspension comprend également 1% environ de nitro-cellulose. On remplit le second compartiment avec une suspension des mêmes particules et 1% environ de nitrocellulose dans l'adipate de diisodécyle . On remplit le troisième compartiment avec les mêmes particules en suspension dans l'acétate de phényle dont la résistivité est de 8.107 ohm-cm. Cette suspension comprend également environ 1 de nitrocellulose. On active simultanément les trois compartiments, la même tension étant appliquée continuellement pendant 2 heures. A l'issue de ce délai, on observe une grande abondance d'agglomération dans le compartiment 1, tandis qu'on n'observe qu'une agglomération minime dans le compartiment 2 et qu'aucune agglomération ntest observable dans le compartiment 3. EXEMPLE 2 On remplit deux des compartiments de la cellule expérimentale de l'exemple 1 comme suit : On remplit le premier compartiment avec une suspension de periodure de sulfate de cinchonidine préparé avec de l'iodure d'hydrogène et de l'iode dans un liquide comportant 99% d'acétate d'isopentyle et approximativement- 1% de nitrocellulose. On remplit le second compartiment avec une suspen sion des mêmes particules dans un liquide constitué par 49,5% d'acétate d'isopentyle, 49,5 % d'acétate d'ortho-crésyle (dont la résistivité est de 6,6.108 ohm-cm) et 1% de nitrocellulose On applique une tension alternative d'activation de 100 volts (valeur efficace) à 60 hertz aux électrodes des deux compartiments, simultanément, pendant 2h 35 minutes. L'épaisseur de la suspension dans la cellule est de 0.23 mm.A l'issue de ce délai d'expérience, il y a une notable agglomération des particules dans le compartiment 1 tandis qu'il n'y a aucune agglomération importante dans le compartiment 2. EXEMPLE 3 : On conduit une expérience avec la meme cellule fonctionnant dans les mêmes conditions que celles de l'exemple 2, utilisant les mimes particules en suspension, à ceci près que les liquides de mise en suspension dans les trois compartiments sont les suivants : dans le compartiment 1, le liquide de mise en suspension est constitué par 99% d'acétate d'isopentyle avec 1% de nitrocellulose incorporé. Dans le compartiment 2, le liquide de mise en suspension est constitué par 49,5% d'acétate dtisopentyle, 49,5% d'acétate d'ortho-crésyle avec 1% de nitrocellulose incorporé. Dans le compartiment 3, le liquide de mise en suspension est constitué par 59,5% d'acétate d'isopentyle, 49,5% d'acétate de para-crésyle et 1% de nitrocellulose incorporé.On active simultanément la cellule et les trois compartiments continuellement pendant 17 h 1/2, délai à l'issue duquel on effectue les observations suivantes : il y a une agglomération dense dans le compartiment 1. Dans le compartiment 2, il y a une très légère agglomération au sommet de la suspension, c'est-à-dire à 1 'inter- face air-suspension, mais cette agglomération est attribuée à l'action mutuelle initiale avec l'air à la surface du fait que cette agglomération débute presque immédiatement après que la cellule a été activée et n'augmente Plus tout au long des 17 ho/2. On n'observe qu'une faible agglomération dans le compartiment 3 à l'issue des 17h 1/2. EXEMPLE 4 On prépare une suspension de periodure de sulfate de dihydrocinchonidine dans un liquide constitué par 51% d'acétate d'isopentyle et 41% d'acétate de phényle, avec 8% de nitrocellulose incorporés. On place cette suspension dans une cellule de présentation publicitaire dans laquelle on a dessiné le symbole D par façonnage de l'enduit conducteur sur l'une des parois de la cellule selon la forme de la lettre, ainsi que décrit dans la demande de brevet CA n" 138 649. La suspension dans la cellule de présentation publicitaire a une épaisseur de 0,11 mm environ. On active la cellule avec une tension alternative de 170 volts (de crête à crête) et 60 hertz appliquée continuellement pendant 7 semaines. A l'issue de cette expérience aucune agglomération n'est visible à ltoeil nu, même autour des bords du symbole représenté. Le fait qu'il n'y ait aucune agglomération visible au bord du symbole est significatif du fait que le gradient de potentiel électrique aux bords du symbole est supérieur à ce que serait le gradient si les électrodes sur les deux parois de la cellule avaient été entièrement recouvertes de façon continue 'enduites conducteurs dans les régions où se trouve situé le symbole.Sans le bénéfice de la présente invention, des gradients de potentiel importants produisent une agglomération plus importante que des gradients de potentiel plus faibles EXEMPLE 5 : On place une suspension liquide de particules de periodure de sulfate de quinine préparé à partir d'iodure de calcium, d'iodure d'hydrogène et d'iode, dans une cellule de 0,05 mm et en suspension dans un liquide de composition suivante Trichloro-trifluoroéthane 66,0% Acétate dtisopentyle 7,5% Chloroforme 7,5 % Polymère 11,0% Acétate de p-crésyle 7,5% Particules ~ 0,5% 100,0 % Le polymère est un tétrapolymère constitué par les monomè-res suivants avec les pourcentages pondéraux indiqués :: Acrylate de 3,5,5-triméthyl-hexyle 37,5% Fumarate de bis-2-éthylhexyle 37,5% Acrylate de 2-hydroxypropyle 22,0% Acide fumarique 3,0% 100 su On applique un potentiel alternatif à 60 hertz de 4,5 volts (gradient d'environ 2,25 volts (crête à crête) pour 25,5 microns) de façon continuelle pendant 24 heures.A 1 'issue de ce délai, aucune agglomération n'est visible l'oeil nu On peut remplacer l'acétate de para-crésyle par l'acétate d'ortho-crésyle ou l'acétate de phényle, sauf lorsqutil est requis d'avoir des gradients de voltage plus importants Les exemples donnés ci-dessus démontrent que l'agglomëra- tion se trouve grandement limitée par l'utilisation d'esters aromatiques du genre de ceux que l'on peut produire à l'aide d'alcools aromatiques. Ces esters aromatiques comprennent l'acétate phénylique, l'acétate o-crésylique et l'acétate p-crésylique. Ces liquides sont efficaces pour retarder l'agglomération et entretenir la dispersion d'une variété de particules différentes en suspension, même en présence d'un champ électrique On peut appliquer la présente invention dans des occulteurs de lumière tels que pour des fenêtres, des abris contre le vent, des présentoires publicitaires, des miroirs et autres dispositifs similaires. Bien que l'on ait décrit des formes spécifiques de mise en oeuvre de la présente invention, on appréciera que la présente invention n'y est pas limitée et que de nombreuses modifications peuvent y être apportées par le spécialiste de cette question, entrant dans le cadre et l'esprit de la présente invention REVENDICA T IONS 1 - Dispositif du genre d'un occulteur de lumière essentiellement caractérisé en ce qu'il comprend une cellule, un dispositif associé à cette cellule pour l'application d'un champ électrique à ladite cellule, une suspension liquide répondant électriquement dans la cellule, ladite suspension comprenant une pluralité de particules en suspension qui répondent à un champ électrique pour modifier la transmission d'un rayonnement au sein de la suspension et un milieu de mise en suspension comprenant une matière de mise en suspension qui agit pour entretenir la dispersion des particules suspendues, lorsque l'on y applique un champ électrique essentiellement dans la même condition de dispersion qu'en I 'absence du champ électrique. 2 - Dispositif d'occulteur de lumière selon la revendi-- cation 1 caractérisé en ce que la matière de mise en suspension est un ester aromatique provenant d'un alcool aromatique. 3 - Dispositif d'occulteur de lumière selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'ester aromatique est choisi parmi le groupe constitué par l'acétate phénylique, l'acétate para-crésylique et l'acétate ortho-crésylique 4 - Dispositif d'occulteur de lumière selon la revendication 3, caractérisé en ce que le milieu de mise en suspension comprend une autre substance non-aqueuse. 5 - Dispositif d'occulteur de lumière selon la revendication 4, caractérisé en ce que la substance non-aqueuse comprend un liquide choisi parmi le groupe constitué par des esters aliphatiques, des composés aromatiques, des liquides halogénés et des composés fluoro-carbonés. 6 - Dispositif d'occulteur de lumière selon la revendication 5, caractérisé en ce que le liquide est choisi parmi le groupe constitué par du toluène et du trifluoro-trichloroéthane et que les esters aliphatiques comprennent de l'acétate d'isopentyle. 7 - Dispositif d'occulteur de lumière selon la revendication 6 caractérisé en ce qu'il comprend une matière de revêtement polymère qui comprend au moins deux monomères différents dont l'un au moins comporte un groupe OH ou un groupe acide. 8 - Dispositif d'occulteur de lumière selon la revendication 7 caractérisé en ce que les matières de revêtement sont choisies parmi le groupe constitué par des copolymères d'acrylate de 3,5,5-triméthylhexyle/acrylate de 2-hydroxypropyle/acide fumarique et de fumarate de bis-2-éthylhexyle/acrylate de 3,5,5 triméthylhexyle/chlorure de vinylidène/aclde mésaconique 9 - Composition du type d'une suspension liquide répondant électriquement essentiellement caractérisée en ce qu'elle comprend une pluralité de particules en suspension qui répondent à un champ électrique pour modifier la transmission d'un rayonnement au sein de la suspension; un milieu de mise en suspension comprenant une matière de mise en suspension qui agit pour y entretenir la dispersion des particules en suspension lorsqu'un champ électrique y est appliqué, essentiellement dans la même condition de dispersion qu'en l'absence du champ électrique. 10 - Suspension liquide selon la revendication 9, caractérisée en ce que la matière-de mise en suspension est un ester aromatique provenant d'un alcool aromatique. 11 - Suspension liquide- selon la revendication 10, caractérisée en ce que 1' on choisit lester aromatique parmi le groupe constitué par l'acétate phénylique, l'acétate para-crésylique et 1 'acétate ortho-crésylique. 12 - Suspension liquide selon la revendication 11, caractérisée en ce que le milieu-de mise en suspension comprend d'autres substances non-aqueuses. 13 - Suspension liquide selon la revendication 12, caractérisée en ce que les substances non-aqueuses- comprennent des liquides choisis parmi le groupe constitué par des esters aliphatiques, des composés aromatiques, des liquides halogénés et des composés fluoro-carbonés 14 - Suspension liquide selon la revendication 13, caractérisée en ce que les liquides comprennent du toluène,et du trifluoro-trichloroéthane, et que les esters aliphatiques comprennent de l'acétate isopentylique. 15 - Suspension liquide selon la revendication l4,caracté- risée en ce qu'elle comprend une matière de revêtement polymère dissoute dans le milieu de mise en suspension, qui comprend au moins deux monomères différents dont l'un au moins comprend un groupe OH ou un groupe acide. 16 - - Matière de mise en suspension liquide selon la revendication 15, caractérisée en ce que les matières de revêtement sont choisies parmi le groupe constitué par des copolymères d'acrylate de 3,5,5-triméthylhexyle/acrylate de 2-hydroxypropyle/acide fuma rique et de fumarate de bis-2-éthylhexyle/acrylate de 3,5,5-triméthylhexyle/chlorure de vinylidène/acide mésaconique