Brevet FR2476104A1 — publié le 19810821

Compositions de polyoléfine stabilisées contre la radiation ultraviolette avec des amines à chatne ouverte, comportant un encombrement stérique. La présente invention concerne de nouvelles composi- tions de polyoléfine qui sont stabilisées contre la radiation UV en incorporant des amines à chaine ouverte comportant un enccmbreent stérique, (abrégé par la suite par "stériquement encombrées). On sait que les polyoléfines, en particulier le poly- propylène et le polyéthylène, subissent une dégradation dans le temps par exposition aux agents atmosphériques, particulière- ment par l'action des rayons UV. Cette dégradation se manifeste par un affaiblissement des propriétés physiques des articles telle que par exemple la diminution de la résistance à la traction et de la souplesse. Cet affaiblissement des propriétés des polymères se manifeste par une forte augmentation de l'indice de viscosité du polymère fondu, c'est-àdire l'indice d'écoulement en masse fondue (M.F.I.). La mesure de l'augmentation du M.F.I. est utilisée pour évaluer la dégradation des polymères due aux agents de dégradation tels que les agents atmosphériques et les rayons U.V. Pour empêcher la détérioration des polyoléfines et par conséquent la diminution de leurs propriétés physiques, on a eu recours à l'incorporation dans ces matières de petites quantités de substances stabilisantes de naturetelle qu'elles n'iln- fluencent pas défavorablement les autres propriétés intrinsè- ques des polymères concernés. Les auteurs de la présente invention ont maintenant découvert, et c'est là l'objet de la présente invention, que des composés aminés à chatne ouverte, stériquement encombrés sur leur position alpha par des radicaux alkyle, possèdent des propriétés stabilisantes tout à fait excellents contre l'ac- tion des rayons UV pour les polyoléfines telles que le poiy- éthylène et le polypropylène. La synthèse de ces composés aminés sera décrite plus loin pour quelques uns d'entre eux. Les composés aminés qui peuvent être utilisés sont ceux correspondant à la formule générale suivante: RIV R" R' R' R" RI il I - RV\C - N -(C) - CH -N (CH -2 n - (C)TN-cRV VI R"' 11 \V RVI H ' H H R"' H RVI dans laquelle R', R" et R"', RI, RV et RVI, qui peuvent être identiques ou différents, sont des radicaux hydrocarbonés aliphatiques dont le nombre d'atomes de carbone varie de 1 à , ou bien peuvent être des atomes d'hydrogène; n est un nombre entier pouvant varier de 2 à 12, et n' est un nombre entier compris entre i et 15. Plus particulièrement, et en se référant par la suite à cette formule, les produits utilisables sont des amines polybasiques ayant la formule: CH3 XH3 CH3 CH3 fH3 CH3 CH 3 C- N - C - CH- N - (CH2) - N CH - C - N - t - CH t I -iI CH3/ CH H_ H CH-i H CH3 C3 H3 3 C3 dans laquelle n est un nombre entier compris entre 2 et 12. Les produits en question sont obtenus par condensa- tion ou par réduction d'une diamine ayant la formule générale: NH2-(CH2)n-NH2 avec la 3-(N-tert.butylamino)-3-méthyl-2- butanone. Les amines ainsi obtenues peuvent être ajoutées, comme produit d'addition, aux polymères qui ont déjà été mélangés avec les ingrédients de mise en oeuvre classique, selon les procédés classiques de mélangeage. La présente invention est illustrée par les exemples descriptifs et non limitatifs ci-après dans lesquels est dé- crite la synthèse des produits stabilisants et o sont donnés les résultats des essais de la stabilisation anti-UV du poly- propylène, ainsi que des résultats comparatifs avec des produits du commerce connus. Exemple 1 Préparation du 3-(N--tert.-butylamino)-3-méthyl-1- butyne Un ballon de i litre à 3 tubulures équipé d'un agita- teur, d'un thermomètre et d'une ampoule à brome est chargé avec 210 ml de tertio-butylamine, 150 ml de diméthylformamide et 2 g de poudre de cuivre. A cette solution sont ajoutés lentement, par l'inter- médiaire de l'ampoule à brome, 102 g de 3-chloro-3-méthyl- butyne fratchement distillé. La température du mélange est maintenue à 35t pendant une durée totale de 4 heures. Une fois la réaction terminée, les matières solides sont séparées du liquide par filtration, le filtrat est versé dans l'eau et extrait trois fois avec de l'éther éthylique. Les extraits éthérés sont mélangés, séchés sur NaOH et distillés. Le produit attendu est obtenu avec un rendement molai- re de 70% par rapport au chlorométhyl-butyne aJouté. Le produit est une substance solide cristallisée, blanche, fondant à 24 C-250C. Exemple 2 Préparation de la 3-(N-tert.-butylamino)-3-méthyl-2 butanone Cette préparation est réalisée par hydratation de la triple liaison du 3-tert.butylamino-3-méthyl-butyne, effectuée selon les indications de Rose dans le Journal of Chemical Society, pages 782, 1949. Un ballon à trois tubulures, équipé d'un agitateur, d'un thermomètre et d'un réfrigérant à refluxlest chargé avec 300 ml d'acide sulfurique à 96% (densité 1,8), 100 ml d'eau, 4 g d'HgO rouge et 150 g de l'amine acétylénique mentionnée ci-dessus. La réaction est effectuée pendant 3 heures à 100 C. Le mélange est ensuite additionné de charbon actif, versé sur la glace et filtré. Le filtrat est ensuite rendu alcalin avec une solu- tion aqueuse de NaOH à 40% puis extrait avec de l'éther. Le produit attendu est obtenu à l'été pur par dis- tillation et se présente sous forme d'un liquide incolore bouillant à 58 59 C sous une pression absolue de 50 mmHg et dont la structure est confirmée par l'analyse RMN. Exemple 3 Préparation de l'hexaméthylènediamine-N,N'-bis- 1,2-diméthyl-2(N-tertio-butylamino)-propane Un ballon équipé d'un extracteur pour liquide est chargé avec 2o g de 3-(NT-tert.-butylamino)-3méthyl-2-butanone, g d'hexaméthylènediamine, 2,5 g de ZnC12 et 100 ml de xylène. Le mélange est chauffé au reflux pendant 24 heures avec élimi- nation d'eau et est éventuellement versé dans l'eau. Les cou- ches sont séparées et la distillation est effectuée. Le pro- duit liquide incolore ainsi obtenu, qui montre en spectros- copie infrarouge les bandes caractéristiques de la liaison C = Ngest transvasé dans un autoclave en même temps que de l'acide acétique glacial et du palladium sur charbon actif. Le mélange est chauffé à 50 C-60 C et est maintenu sous une pression d'hydrogène. Une fois la réaction terminée, le mélange est filtré, rendu alcalin avec une solution aqueuse de NaOH et extrait avec de l'éther. Les extraits éthérés mélangés sont séchés et distil- lés. La structure est confirmée par l'analyse infrarougeet par la spectroscopie de masse. Les homologues dérivant de l'octaméthylènediamine et de la dodécaméthylènediamine ont été préparés de la même façon. Pour vérifier l'action stabilisante des amines ainsi obtenues, on les incorpore dans du polypropylène et on effec- tue les essais d'exposition aux rayons UV sur les mélanges dans lesquels ces produits additifs ont été introduits. Exemple 4 Stabilisation anti-UV du polypropylène. Le polypropylène d'usage général, qui a déjà été mélangé avec les stabilisants classiques et les ingrédients de mise en oeuvre, est additioné avec 0,5%, 0,55% et 0,69, respectivementides trois amines préparées comme mentionné ci- dessus; à savoir: 1. Hexaméthylènediamine-N,N'-bis-(1,2-diméthyl-2- tert.-butylaminopropane) 2. Octaméthylènediamine-N,N'-bis-(1,2-diméthyl-2tert.-butylaminopropane), et 3. Dodécaméthylènediamine-N,N'-bis-(1,2-diméthyl-2- tert.-butylaminopropane). Le mélange est réalisé selon les procédés usuels pour incorporer les stabilisants dans les polyoléfines (mélangeur à cylindres, 180 C pendant 5 minutes). A partir des mélanges, on prépare des plaquettes1ayant une épaisseur de 0, 5 mm)dans une presse à compression à 180 C selon le cycle suivant: préchauffage 5 minutes, pressage 5 minutes. Les plaquettes ainsi préparées sont exposées dans un "Weather-ometer Atlas" ayant deux lampes à arcs avec un maximum o d'émissions à 3600, 3850 et 4200 A, avec un cycle d'arrosage (irradiation 102 minutes, arrosage 18 minutes). Des échantillons du même polypropylène sont stabilisés avec des stabilisants anti-UV du commerce en quantités usuelles, à savoir: un dérivé de benzotriazole (Tinuvin P) 0,5 % et un dérivé de benzophénone (Tinuvin 531) 0,5%, et à partir des deux composés résultants, on prépare des plaquettte correspondantes qu'on expose dans le Weatherometer" dans les mêmes conditions que pour les plaquettes obtenues à partir des composés conte- nant les produits de la présente invention. Ensuite, on détermine la résistance à l'exposition aux rayons UV du polypropylène contenant les divers additifs et du polypropylène tel ouel en mesurant la viscosité (MFI) comme l'indique la norme ASTM D 1238, après divers temps d'exposition. Les résultats des essais de stabilisation sont rassem- blés dans le tableau ci-après qui donne les valeurs du MFI des échantillons de polypropylène tel quel et stabilisé avec les divers stabilisants, Jusqu'à une durée d'essai de 1800 heures. TABLEAU VARIATION DU MFI DU POLYPROPYLENE D'USAGE GENERAL STABILISE CONTRE LES RADIATIONS UV. (M F I) Durée de l'exposition Départ 500 750 1000 1250 1800 Popypropylène, tel quel 3,8 4,8 5,7 7 9 50 Polypropylène + 0,5% de produit n 1 5,7 5 5 5 7 8,2 Polypropylène + 0,55% de produit n 2 5 5,5 5,5 6 7 8,5 Polypropylène + 0,6% de produit n 3 5,5 5,5 5,7 7 7 8,5 Polypropylène + 0,5% du dérivé de 3,6 5,1 5,2 6 6,5 22 benzotriazole (Tinuvin P) Polypropylène + 0,5% du dérivé de 4,5 5,2 5,6 8 7 50 benzophénone (Tinuvin 531) - O D'après les résultats de ce tableau, on voit que les compositions de la présente invention sont stables aux rayons UV non seulement à un point qui est comparable avec des compo- sés stabilisés avec des produits du commerce, mais même ils sont bien plus stables que les produits du commerce pendant une longue durée d'exposition. REVENDICATIONS 1. Compositions de polyoléfines stabilisées contre les radiations ultraviolettes, caractérisées par le fait qu'elles contiennent des composés aminés définis par la for- mule générale suivante dans laquelle R', R",IVR " ', R IV, RVet RVI qui peuventtre identiques ou différents sont des radicaux hydrocarbonés. aliphatiques dont le nombre d'atomes de carbone varie de 1 R C (C)- C- CH - N - (CH2)- N - CHH3 Ài3I C - NtCi -R 1 RH H CH3 H R CH3 dans laquelle Rt, R"', Rtit, RIV, RV et -RV qui peuvent être Identiques ou différents sont des radicaux hydrocarbonés aliphatiques dont le nombre d'atomes de carbone varie de 1 à 20,9 ou bien Ils peuvent être des atomes dthydrogène; n est un nombre entier pouvant varier de 2 à 12,et nt est un nombre entier compris entre 1 et 15. 2. Compositions de polyoléfine selon la revendication 1- caractérîséespar le fait que le composé aminé a la formule: CH CH CH CH CH CH i 3 3 j3 I3 j3 C3 2 CH3 *H CH 3 H H CH3 H 'CH3 dans laquelle n est un nombre entier compris entre 2 et 12.