Brevet FR2483401A1 — publié le 19811204

La présente invention concerne, d'une manière générale, des alcoxysilylacrylamides, des alcoxysilylacrylates et des alcoxysilylmalonates, ainsi que des procédés pour la prépara- tion de tels matériaux. Antérieurement à l'invention, on s'est efforcé de revé- tir des articles en polycarbonate avec de l'acide polysili- cique pour conférer à ces articles une résistance accrue à l'endommagement. Selon le brevet des E.U.A. n 4 188 451, au nom d'Humphrey, cédé à la Demanderesse, on utilise une IO couche d'apprêt formée du produit de réaction, durci sous l'ef- fet des UV, d'un ester acrylique monomère polyfonctionnel et d'un composé organique du silicium, pour améliorer l'adhéren- ce de l'acide polysilicique. On a également combiné l'acide polysilicique avec des copolymères organiques tels qu'un copolymère halogénoéthylèneéther d'hydroxy vinyle pour aug menter l'adhérence de l'acide polysilicique au support en po- lycarbonate, comme l'enseigne les brevetsdes E.U.A. Proskow n 4 051 161 et nO 4 122 233. La présente invention repose sur la découverte que cer- tains alcoxysilanes y compris des alcoxysilylacrylamides et alcoxysilylacrylates, tels que définis plus loin, peuvent ê- tre ajoutés directement à l'acide polysilicique pour produi- re des compositions de revêtement de dessus en silicone, de grand intérêt, adhérent convenablement aux supports. Il a été constaté que les compositions de silicone pour revête- ment de dessus contenant les alcoxysilylacrylamides précités, en quantités pondérales efficaces, peuvent être appliquées directement sur les supports en polycarbonates pour donner des articles en polycarbonate offrant des propriétés supérieu- res de résistance à la dégradation par les rayons UV. L'invention apporte des alcoxysilylacrylamides et des alcoxysilylacrylates de formule: (R)b - (1) (RO)'4abSi(Y)a et des alcoxysilylmalonates de formule (R1) 1 c (2) (RO)3-c Si Io0 (RO)3_c Si (R) o Y représente 0 R3 -C(R2)2C R2-C(R2)2-Q-C-C=C oCN R et Y' représente o0 -C(R2)2CHR2-C(R2)2-Q- C R5 0C=C -C(R2)2CHR2-C(R2)2-Q- C R6 no R est un radical alkyle ayant de 1 à 8 atomes de carbone, R est choisi entre les valeurs de R, les radicaux aryle ayant de 6 à 13 atomes de carbone et les dérivés halogénés de ceux- ci, R2 est choisi entrel'hydrogène et les radicaux R, R3 et R5 sont choisis entre les radicaux aryle ayant de 6 à 13 ato- mes de carbone, R4 et R6 sont choisis entre l'hydrogène et les radicaux R et R3, Q est choisi entre les maiIons -0- et -l-, a est un nombre entier compris entre 1 et 3, bornes in- 3 '2 R- 2483-40I cluses, b est un nombre entier compris entre 0 et 2, bornes. incluses et la somme a + b est égale à 1 à 3, bornes incluses. Les radicaux que représente R dans les formules (1) et (2) peuvent être, par exemple, des radicaux méthyle, éthyle, propyle, butyle, etc. Les radicaux que représente R1 sont, par exemple, en plus des radicaux R, des radicaux phényle, xylyle, tolyle, chlorophényle, etc. Parmi les radicaux aryle ayant de 6 à 13 atomes de carbone que représentent R3 et R5, il peut y avoir les radicaux aryle mentionnés ci-dessus pour I0 R1. IO R Parmi formule (1), suivants: I5 les alcoxysilanes entrant dans la portée de la on peut faire mention, par exemple, des composés ou C-NH(CH2)3Si(OC2H5)3 C=C CN 0 CH C-N-(CH2)3Si(ocH3)3 C=C - ON N/s.. o N. NC C=C -, -0-(CH2)3Si(OC2H5)3 -0-( CH2)3Si(OC2H5)3 -le! C-O-(CH2) 3Si ( 0C2H5)3 CH00 C=C 3 - - H -C-O-(CH1B Sio) - o(CH2)3Si(OC2H5)3 -O CH3 C-NH-(CH2)3-Si-OCH3 x., C=C CNN C-O-(CH2)3-Si(CH3) C=C OC2H5 CN On peut préparer les alcoxysilanes de formule (1) en I0 faisant réagir un halogénure d'acide cyanoacrylJue aryl- substitué et un aminoalkyl-silylalcoxysilane. Un autre pro- cédé eonsiste à faire réagir une hydroxyoléfine et lin cyano- acrylate, puis à hydrosiler le produit d'addition résultant. Un autre procédé consiste à effectuer un échange entre un I5 ester cyanoacrylique et un alcoxyaminosilane en présence d'hydroxypyridène. On indique ci-après une réaction courante qui comprend la préparation initiale du chlorure d'acide correspondant à partir du cyanoacrylate arylsubstitué voulu A B C R3 0 R3 o O R3 \ base \ / C=C-COR base C=C-COH SOX2 XC-C=C R4/ N 4/ o CN R4 R4.ON C D (RO)3SiC(R2)2-CH(R2)-C(R2)2NH2 + C - formule (1) A + D - formule (1) OH N 0O S E R3 C-OC(R2)-C(R2)2=C(R2) - \ / 2 2 2 A + Ho-C(R2)2-C(R2)=C(R2)2 a C=C -30 base R CN (R?)b F + (H)aSi(OR)4_a P formule (1) Pt formules dans lesquelles X représente un halogène et R, R1, R2, R3, et R4, ainsi que a et b sont tels que définis précé- demment. On peut préparer les silanes de formule 2 par un procédé sensiblement similaire, utilisant un dérivé malonate d'aryle de formule: 0 R5 C-OR Io \ C= C R6 C-OR 6' dans laquelle R, R5 et R6 sont tels que précédemment définis. Ces silanes peuvent également être préparés par un échange direct entre un ester-alcool et un ester-amide. Dans les exemples suivant, toutes les parties sont des parties en poids. EXEMPLE 1 On ajoute 18 parties de solution d'hydroxyde de sodium aqueuse à 50% à environ 55 parties de 8,Z -diphényl OE -cyano- acrylate d'éthyle dissous dans environ 200 parties d'une solu- tion aqueuse méthanolique à 25%. On agite la solution à la température ambiante pendant environ 8 heures. Après lavage à l'éther, on neutralise la solution aqueuse avec de l'acide chlorhydrique dilué, ce qui provoque la précipitation -du produit. On obtient 48 parties, soit un rendement de 97 %, de produit ayant un point de fusion de 20.7-2099C. D'après le procédé de préparation, le produit en cause est l'acide /8 3 -diphényl c -cyano acrylique. 6 0 On ajoute 30 parties de chlorure de thionyle à une solution de toluène renfermant 50 parties d'acideA,3 -diphényl O -cyanoacrylique dans environ 100 parties de toluène. On chauffe le mélange au reflux pendant environ 8 heures et le laisse ensuite refroidir. On obtient 49,5 parties d'un produit ayant un point de fusion de 157-158 C. D'après le procédé de préparation, il s'agit du chlorure d'acide i-diphényl o -cyanoacrylique. On ajoute 2,67 parties du chlorure d'acide acrylique IO ci-dessus à une solution, dans le tétrahydrofuranne, de 2,21 parties de daminopropyltriéthoxysilane et 1,01 partie de triéthylamine, et l'on agite la solution résultante à la température ambiante pendant 30 mn. On sépare le chlorhydrate de triéthylamine formé par filtration et l'on ajoute de l'he- I5 xane au filtrat, ce qui provoque ia précipitation du produit. D On obtient un rendement en produit de 88,5 % ayant un point de fusion de 103,5-104 C. D'après le procédé de préparation, il s'agit du (triéthoxysilane-3 propyl) A,-dip hényl o -cyanoacrylamide. L'identité du produit est confirmée par l'analyse RMN et l'analyse élémentaire pour CHN: C 66,4 (66,34), H 7,5 (7,13), N 6,3 (6,19). - EXEMPLE 2 On ajoute 9,5 parties d'hydroxy-2 pyridène à un mélange de 27,6 parties d'ester éthylique de l'acidei3,8-diphényl CK-cyanoacrylique et 22,1 parties de -aminopropy!triéthoxy silane. On chauffe le mélange à 1500C pendant 4 heures. Après refroidissement du mélange à la température ambiante, on le - lave à l'eau et l'extrait à l'éther de diéthyle. Après séchage on évapore l'éther de diéthyle, pour récupérer un solide brun foncé. On recristallise ce solide dans un solvant éther/ hexane pour donner 13 parties de-triéthoxysilane-3 propyl (8,8-diphényl î -cyano acrylamide). Son identité est confir- mée par son point de fusion de 103-104 C et-son analyse RMN identique à celle du produit issu de l'exemple 1. EXEMPLE 3 On ajoute 85 parties d'alcool allylique à un mélange de 27,6 parties d'ester éthylique de l'acide /,3-diphényl oc-cyanoacrylique-et 0,3 partie de méthylate de sodium. On chauffe le mélange au reflux pendant 8 heures et chasse tout IO l'excès d'alcool par distillation. Le mélange résultant est ensuite lavé avec une solution d'acide chlorhydrique à 5%,une solution de bicarbonate de sodium à 5 % extraite au chlorure de méthylène et séché. Après évaporation du solvant organi- que, on obtient une huile jaune pale. L'huile cristallise I5 progressivement pour donner un produit cristallin incolore. D'après le procédé de préparation et les résultats de l'ana- lyse RMN, le produit est le /%,-diphényl o -cyano-acrylate d'allyle. On ajoute 8,4 parties de triéthoxysilane à 14,4 parties de,3 -diphényl a cyanoacrylate d'allyle obtenu ci-dessus et 0,02 % en poids de catalyseur au platine préparé selon le brevet des E.U.A. Karstead n '3 715 334. On chauffe le mélange à 60 C pendant 1 heure. On obtient 12,95 parties de produit passant au travers d'une colonne de florisal éluée avec un mélange pentane/toluène comme solvant et formant une huile jaunâtre. D'après son procédé de préparation et son spectre RMN, le produit est le I,'3-diphényl î -cyanoacrylate de (triéthoxysilane-3 propyle). EXEMPLE 4 On ajoute 0,3 partie de méthoxyde de sodium à un mélange de 21,8 parties de malonate de diméthylbenzylidène et 60 par- ties d'alcool allylique. Le mélange résultant est chauffé au reflux pendant 5 heures, après quoi l'excès d'alcool allyli- que et le méthanol formé sont chassé par distillation. La solution résultante est, lavée avec de l'acide chlorhydrique aqueux à 5 %, du bicarbonate de sodium aqueux à 5 %.etde l'eau et extraite au chlorure de méthylène;après évaporation du solvant, on obtient une huile visqueuse. D'après le procédé de préparation suivi et les résultats de l'analyse RMN, le IO produit est le benzylidène-malonate de diallyle. On ajoute 16,5 parties de triéthoxysilane à 13,5 par- ties du benzylidène-malonate de diallyle et 0,03 % en poids de catalyseur au-platine décrit ci-dessus. On chauffe le mélange à 60 C pendant 1 heure. On obtient la formation quan- I5 titative d'un liquide visqueux. Par chromatographie sur colon- ne de florisal, avec élution à l'aide d'un mélange de pentane et d'éther dans le rapport 4:1, on obtient un liquide jaune pâle. D'après le procédé de préparation et le spectre RMN, le produit obtenu est le benzylidène-malonate de di(triéthoxy- silane-3)propyle. EXEMPLE 5 On ajoute 22,1 parties en poids de sol de silice Ludox LS (duPont, dispersion aqueuse de silice colloïdale ayant une taille de particules moyenne de 12 millimicrons et un pH de 8,2) à une solution de 0,1 partie en poids de méthyltri- acétoxysilane et 26,8 parties en poids de méthyltriméthoxy- silane. On maintient la température du mélange réactionnel à 20-25 C. On laisse l'hydrolyse se poursuivre pendant 24 heures. On incorpore 5 parties en poids d'un copolymère polysiloxane-polyéther (SF-1066) General Electric Company, comme agentol d e contrl'écoulement. Le cohydrolysat résultant a une teneur en solides de 45 %. On ajoute de l'iso- butanol pour ajuster la teneur en solides à 20 %. Le pH de la composition est d'environ 7,2. On prépare une composition en mélangeant 76 parties de cohydrolysat et 1, 5 partie det,e-diphényl î - cyanoacrylate de (triéthoxysilane-3 propyle). On applique, par coulée, le mélange résultant sur une plaque en polycarbonate transparent Lexan de 152rn x 203 mm apprêtée préalablement avec une émul- IO sion acrylique thermodurcissable. On laisse la plaque ainsi traitée sécher à l'air pendant 30 mn, puis la durcit à 120 C pendant 1 heure. Après 500 cycles d'abrasion Taber (charge de 500 g, roues CS-10F), selon la norme ANIS-Z26.1-1977 section 5.17, la variation du pourcentage de turbidité est I5 d'environ 5,7. Un échantillon sembiable satisfait à l'essai d'adhérence du revêtement entaillé en croisillons (norme DIN-35151) après une immersion de 7 jours dans de l'eau à C. Bien que les exemples ci-dessus soient dirigés sur quelques unes des très nombreuses variantes possibles compri- ses dans la portée de l'invention, on doit comprendre que cette invention englobe une variété beaucoup plus grande d'al- coxysilylacrylamides, alcoxysilylacrylates et d'aleoxysilyl- benzylidène malonates, comme le montre la formule (l).et des supports thermoplastiques organiques, par exemple, des poly- carbonates des polyesters, des poly(oxydes de phénylène), des polyesterimides, etc. Dans les compositions selon l'exem- ple 2, on peut également ajouter, pour 0,8 à 4 parties en poids d'alcoxysilylacrylamide, alcoxysilylacrylate ou alcoxy- silylbenzylidène malonate selon l'invention, 100 parties de dispersion de silice colloïdale dans une solution eau- alcool aliphatique d'un condensat partiel de silanol de for- mule R7Si(OH)3 dans laquelle R7 est choisi entre les radicaux alkyle ayant de 1 à 8 atomes de carbone et les radicaux aryle ayant de 6 à 13 atomes de carbone, 70 % au moins des silanols étant de formule CH3Si(OH)3 la dispersion-renfermant de 10 à 50% en poids de solides formés essentiellement de 10 à 70 % IO en poids de silice colloïdale et de 70 à 90 % en poids de condensat partiel et la dispersion ayant un pH compris entre 6,6 et 7,8 ou 3,8 et 5,7. il REVENDICATIONS 1 - A titre de produits industriels silylacrylamides ou alcoxysilylacrylates (R1b (RO)4.abSi(Y)a et les alcoxysilylmalonates de formule (R, 1) sC_ (RO) si 3-c (R) Cc- nouveaux, les alcoxy- de formule formules dan! - Y représenl s lesquelles: te 0 3 - C(R2)2CHR2-C(R2)2-Q-C-C=C X oN 4 CN R I5 - Y' représente O0 -C(R2)2CHR2-C(R2)2-Q-C0 / R5 C-C: -c(R2)2CHR2C(R2)2QC / R 6 O o R est un radical alkyle ayant de 1 à 8 atomes de carbone, R1 est choisi entre les radicaux R, lesradicaux- aryle ayant de 6 à 13 atomes de carbone et les dérivés halogénés de ceux- ci, R2 est choisi entre l'hydrogène et les radicaux R, R3 et R5 sont choisisentre les radicaux aryle ayant de 6 à 13 atomes de carbone, R4 et R6 sont choisis entre l'hydrogène et les radicaux R-et R3, Q est choisi entre les maillons -0- et -N-, a est un nombre entier compris entre 1 et 3, bornes incluses, b est un nombre entier compris entre O et 2, bornes incluses et la somme de a + b est comprise entre 1 et 3, bor- nes incluses. IO et - 2 - (triéthoxysilane-3 propyl),S-diphényl O -cyano- acrylamide.. 3 - A,A-diphényl ac-cyanoacrylate de (triéthoxysilane-3 propyle). 4 - Malonate de benzylidène de formule: H-CO ' 3 C - O(CH2) 3Si(OC2H5)3 H o C - O(CH2)3Si(OC2H5)3 -(RO)(C 3Si(Y)3 1. (R0)q __ Si(Y)a 4-a-b a caractérisé en ce qu'il consiste (1) à hydrolyser un cyanoacrylate de formule en présence d'une base, (2) à transformer l'acide cyanoacrylique résultant en ha- logénure d'acide correspondant, (3) à effectuer une réaction entre l'halogènure d'acide acrylique résultant et un aminoalkylal coxysilane de for- mule (RO)3SiC(R2)2-CH(R2) -c(R2)2NH2 formules dans lesquelles R est un radical alkyle ayant de 1 à 8 atomes de carbone, R1 est chODisi entre les radicaux R, les radicaux aryle ayant de 6 à 13 atomes de carbone et les dérivés halogénés de ceux-ci, R est choisi entre l'hydrogène et les radicaux R, R3 est choisi entre les radicaux aryle ayant de 6 à 13 atomes de ca bone, R est choisi entre l'hy- drogène, les radicaux R et R, Y représente -O R3 -C(R)2 CHR2-C(R2)2-Q-C-C=C CN R4 R4 Q est choisi entre les maillons -O- et -N-, a est un nombre entier compris entre 1 et 3, bornes R incluses, b est un nombre entier compris entre O et 2, bornes incluses et la somme de a + b est comprise entre 1 et 3, bornes incluses. 6 - Procédé de préparation d'alcoxysilanes de formule (R1)b (RO)4abSi(Y)a caractérisé en ce qu'il consiste: (1) à effectuer une réaction, en présence d'une base, entre un cyanoacrylate de formule R-> O R\ 0 C=C-COR 4/ R CN et un alcool allylique de formule HO-C (R2)2-C(R2)=C(R2)2 et (2) à effectuer une réaction entre le produit d'addition issu de l'étape (1) et un alcoxysilane de formule (R1)b (H)aSi(OR)4>a en présence d'une quantité efficace de catalyseur au platine, formules dans lesquelles R est un radical alkyle ayant de 1 à 8 atomes de carbone, Rlest choisi entre les radicaux R, les radicaux aryle ayant de 6 à 13 atomes de órbone et les dérivés halogénés de ceux-ci, R3 est choisi entre les radicaux aryle 3o I5 ayant de 6 à 13 atomes de carbone, R est choisi entre l'hy- drogène, les radicaux R et R3, Y représente o R3 O -C(R2)2CHR2-C(R2)2-Q-C-C= CN R Q est choisi entre les maillons -0- et -N-, a est un nombre entier compris entre 1 et 3, bornes R2 incluses, b est un nombre entier compris entre O et 2, bornes incluses et la somme a + b est comprise entre 1 et 3 bornes incluses. I0 7 - Procédé de préparation d'alcoxysilanes de formule: (R)b (RO) 4abSi(Y)a caractérisé en ce qu'il consiste à faire réagir un alcoxy- aminosilane de formule (RO)3SiC(R2)2-CH(R2)-C(R2)2NH2 et un ester cyanoacrylique de formule R3 0 C=C- COR R4 CN en présence d'hydroxypyridène, formules dans lesquelles R est un radical alkyle ayant de 1 à 8 atomes de carbone, R1 est choisi entre les radicaux R, les radicaux aryle ayant de 6 à 13 atomes de carbone et les dérivés halogénés de ceux-ci, R2 est choisi entre-l'hydro- gène et les radicaux R, R3 est choisi entre les radicaux aryle ayant de 6 à 13 atomes de carbone, R4 est choisi entre o l'hydrogène, et les radicaux R et R3, Y représente 0 R3 2 2 2 -C(R)2CHR -C(R 2-Q-C-C=C/ CN 4 248340i Q est choisi entre les maillons -0- et -N-, a est un nombre entier compris entre 1 et 3, bornes R2 incluses, *b est un nombre entier compris entre 0 et 2, bornes incluses, et la somme a + b est compriseentre 1 et 3, bornes incluses. 8 - Article comprenant (A) un support revêtu d'un apprêt acrylique thermodurcis- sable, et (B) un revetement sur cet apprêt-,-' caractérisé en ce que le revêtement est un revêtement IO protecteur dur formé d'une composition aqueuse:constituée, avant durcissement, de (a) une dispersion de silice colloidale dans une solution de condensat partiel d'un silanol de formule: R?Si(OH)3, dans laquelle R7 est choisi entre les radicaux alkyle ayant de 1 à 8 atomes de carbone et les radicaux aryle ayant de 6 à 13 atomes de carbone, 70 % en poids au moins de ce silanol répondant à la formule CH3Si(OH)3, dans un mélange d'alcool aliphatique et d'eau, cette dispersion renfermant de 10 à 50 % ehi poids de solides formés essentiellement de 10 à 70 % en poids de silice colloidale et de 30 à 90 % en poids de condensat partiel, et (b) une quantité efficace d'un agent absorbant la lumiire ultraviolette, formé d'un composé de formule: (Rl (RO)4_abSi(Y)a, et de malonates d'alcoxysilyle-de formule - (R1)o (RO)3 csi y ()3-c g (RO) -S 3-c- ((R1)c o Y représente 0 R3 s,e 2. 2 -C(R)2CHR -C(R2)2-Q-C-C=C,et -CN R I0 Y' représente: O -C(R2)2CHR2-C(R2)2-Q-C R5 C=C 2 R6 -C(R2)2CHR2-C(R2)2-Q_-C R6 I5 o R est un radical alkyle ayant de 1 à 8 atomes de carbone, R est choisi entre les radicaux R, les radicaux aryle ayant de 6 à 13 atomes de carbone, et les dérivés halogénés de ceux-ci, R2 est choisi entre l'hydrogène et les radicaux R, R3 et R5 sont choisis entre les radicaux alkyle ayant de6 4 -6 à 13 atomes de carbone, R et R sont choisi entre l'hydro- gène et les radicaux R et R3, Q est choisi entre les maillons -O- et -N-, a est un nombre entier compris entre -l et 3, R2 bornes incluses, b est un nombre entier compris entre 0 et 2, bornes incluses, et la somme a + b est comprise entre 1 et 3, bornes incluses.