Brevet FR2495169A1 — publié le 19820604

PLASTIFIANT POUR POLYVINYLBUTYRAL,APPLICATION A LA REALISATION DtINTERCALAIRES POUR VITRAGES FEUILLETES DE SECURITE ET PRODUITS AINSI OBTENUS. L'invention concerne un plastifiant pour polyvinyl- butyral. L'invention concerne également la préparation du polyvinylbutyral plastifié à l'aide de ce plastifiant et son utilisation sous forme de feuille notamment comme interca- laire pour des vitrages feuilletés de sécurité. Le polyvinylbutyral plastifié est largement utilisé comme couche intercalaire dans les vitrages feuilletés de véhicules à moteur ou encore dans le bâtiment. Ces vitra- ges feuilletés doivent présenter certaines propriétés, par exemple une bonne stabilité de la tranche, une bonne tenue à la chaleur et une bonne résistance au choc notamment à basse température. Ces propriétés indispensables sont direc- tement liées à la couche intercalaire de polyvinylbutyral plastifié. Ainsi, la stabilité de la tranche est liée à la compa- tibilité du plastifiant avec la résine de polyvinylbutyral (en abrégé PVB). L'incompatibilité la plus typique est l'ex- sudation du plastifiant dans le PVB plastifié ce qui entrai- ne un décollement. On connait d'après la publication de brevet européen 0011577 l'utilisation dtadipates mixtes d'alkyle et d'alkyL- aryle comme plastifiant pour PVB. De tels adipates répon- dent à la formule générale: nH2n+1-COO- (CH2)4- COO0- (CH2)p CrH2r+, avec n supérieur ou égal à 1 et p + r supérieur ou égal à 1. Des adipates mixtes convenables répondant à cette for- mule sont par exemple l'adipate de benzyle et d'octyle, l'a- dipate de benzyle et d'hexyle, l'adipate de benzyle et de butyle, l'adipate de benzyle et de décyle. Les adipates mixtes susdits conviennent comme plasti- fiants pour une résine de PVB de masse moléculaire de 30 000 à 600 000 ayant une teneur de O à 10 % en poids de groupe- ments esters résiduels calculée comme acétate de polyvinyle, une teneur en hydroxyle de l'ordre de 12 à 25 % en poids ex- primée comme alcool polyvinylique. Les adipates mixtes ont une bonne compatibilité avec la résine de polyvinylbutyral. Les vitrages feuilletés préparés avec du polyvinylbutyral plastifié par ces adipates mixtes présentent de bonnes pro- priétés mécaniques, ont une stabilité de tranche excellente et une bonne résistance à la chaleur. Cependant, pour cer- taines applications, la tenue au froid et notamment la ré- sistance aux chocs à froid est insuffisante. On conna t aussi l'utilisation d'adipates dedialkyles, tels l'adipate de dibutyle, l'adipate de di-n-pentyle, l'a- dipate de di-n-hexyle, l'adipate de di-n-heptyle, l'adipate de di-noctyle comme plastifiants du polyvinylbutyral. Mais ces plastifiants n'ont qu'une compatibilité partielle avec le PVB, d'autant plus faible que la masse moléculaire de l'adipate est plus grande, ou/et que la teneur en groupe- mens hydroxyles de la résine devient plus élevée. Ceci obli- ge, soit à utiliser des résines à faible teneur en groupe- ments hydroxyles, et par conséquent d'adhérence moins gran- de, soit des adipates de dialkyle de faible masse molécu- laire, mais alors les propriétés de tenue des vitrages feuilletés à la chaleur ou la stabilité de tranche ne sont pas satisfaisantes. On connait encore,d'après le brevet US 2 229 222 l'u- tilisation en tant que plastifiant du PVB, de certains es- ters carboxyliques de glycol,notamment le di-éthyl-2-butyra- te de triéthylèneglycol, le di-n-hexanoate de di-éthylène- glycol, le di-n-hexanoate de triéthylèneglycol,ledi-méthyl-2- pentoate de triéthylèneglycol, le di-éthyl-2-butyrate de diéthylèneglycol, ledi-éthyl-2-butyrate de tétraéthylènegly- col, le di-éthyl2-butyrate de pentaéthylèneglycol. :3 Ces plastifiants sont généralement bien compatibles avec le PVB et procure souvent un PVB plastifié pr4sentant une bonne tenue à froid. Cependant, ce sont des produits chers qui,utilisés dans des proportions importantes, de l'ordre de 30 % en poids par rapport à la résine PVB, en- tra;nent un coût élevé pour le produit final plastifié. L'invention obvie aux inconvénients cités. Sous un des aspects de l'invention on utilise comme plastifiant du PVB un di-heptanoate de triéthylèneglycol et de préférence le di-n-heptanoate de triéthylèneglycol. Ce plastifiantconduit à un polyvinylbutyral plastifié qui, employé sous forme d'une couche intercalaire dans un vitrage feuilleté, procure une bonne tenue à froid du vi- trage, notamment une résistance aux chocs élevée. Ce plas- tifiant,qui est d'un prix accessible, est particulièrement compatible avec la résine de PVB. Cette résine peut alors présenter un taux en hydroxyles assez élevé. Sous un des aspects de l'invention, on utilise le di- n-heptanoate de triéthylèneglycol en mélange avec au moins un autre plastifiant du PVB, tel que les adipates de dialky- le dans lesquels le groupement alkyle contient de 3 à 8 ato- mes de carboneouJls adipates mixtes d'alkyle et d'alkylaryle de formule générale: CnH2n+l- COO - (CH2)4- CO00- (CH2)p CrH2r+l avec n supérieur ou égal à 1 et p+r supérieur ou égal à 1. Les mélanges préférés contiennent du di-n-heptanoate de triéthylèneglycol et au moins un adipate d'alkyle et d'alkylaryle choisi parmi l'adipate de benzyle et d'octyle, l'adipate de benzyle et d'hexyle, l'adipate de benzyle et de butyle, l'adipaté de benzyle et de décyle. L'ajout d'adipates d'alkyle et d'alkylaryle permet notamment de réduire encore le coût du plastifiant sans pour autant diminuer sensiblement les propriétés mécaniques de l'intercalaire plastifié. Sous un des aspects de l'invention, on prépare un po- lyvinylbutyral plastifié à l'aide d'un mélange de plasti- fiants pouvant comprendre de 10 à 90 % environ de di-n-hep- tanoate de triéthylèneglycol, le reste étant constitué d'un autre plastifiant pour PVB comme cité ci-dessus. Les résines de PVB pouvant être plastifiées selon l'invention ont une masse moléculaire de 30 000 à 600 000, une teneur de O à 10 % en poids de groupements esters rési- duels calculée comme acétate de polyvinyle, une teneur en hydroxylesde l'ordre de 12 à 25 % en poids exprimée comme alcool polyvinylique. - De préférence, ces résines de polyvinylbutyral sont préparées comme il est dit dans la-publication de brevet français FR 2 401 941 et leur teneur en groupement esters résiduels est inférieure à 5 %. Les exemples suivants illustrent les bons résultats obtenus en utilisant le di-n-heptanoate de triéthylènegly- col, éventuellement en mélange avec un adipate de dialkyle ou un adipate mixte d'alkyle et d'alkylaryle selon l'in- vention. Les méthodes d'essais utilisées pour montrer les a- vantages de la présente invention sont décrites ci-après: RESISTANCE AUX CHOCS A DIFFERENTES TEMPERATURES Les échantillons de vitrages feuilletés utilisés pour ce test et les suivants sont préparés comme suit: la feuil- le de polyvinylbutyral plastifié de 0,76 mm d'épaisseur est préalablement conditionnée en humidité puis placée entre deux feuilles de verre planes carrée de 30,5 cm de côté et de 3 mm d'épaisseur. Ces échantillons sont alors comprimés sous une pression de 10 bars à 138 C pendant 20 minutes en autoclave. Ils sont ensuite divisés en trois groupes pour être conditionnés 24 heures à des températures bien déter- minées (-20 C; -10 C; 200C). Un premier essai de résistance au choc est effectué avec une bille d'acier d'un poids de 2,260 kg que l'on fait tomber sur la partie centrale d'un échantillon reposant sur un cadre en bois. On détermine la hauteur approximative pour laquelle 90 % des échantillons testés à la température choisie résistent-à la chute de la bille sans être traver- ses. Un autre essai de résistance au choc à froid est ef- fectué avec une bile d'acier de 0,227 kg, de diamètre 38mm que l'on fait tomber d'une hauteur de 10 m sur un échantil- lon de verre feuilleté-comme précédemment. On observe si 2495 1 69 les échantillons sont traversés ou non par le projectile et on mesure la masse de verre détachée après le choc. On note aussi si des déchirures ou des fentes ont été pro- duites dans la couche intercalaire après l'impact. Un essai est considéré comme bon si d'une part la masse de verre qui se détache du côté opposé à l'impact est inférieureà 25 g et que d'autre part la bille ne traverse pas le feuilleté. La présence de fentesindique seulement une moins bonne te- nue au choc à froid. RESISTANCE A LA CHALEUR Les échantillons de vitrages feuilletés sont placés dans de l'eau bouillante pendant 2 heures et sont examinés ensuite du point de vue de la formation de bulles. Les é- chantillons exempts de bulles sont alors remis dans l'eau bouillante pendant 4 heures et de nouveau examinés. Les exemples suivants n'ont aucun caractère limitatif, ils visent seulement à illustrer l'utilisation du di-n-hep- tanoate de triéthylèneglycol,le cas échéant en mélange avec un adipate d'alkyle et d'alkylaryle pour plastifier les résines de polyvinylbutyral. Les résines ont été préparées comme il est dit dans la publication de brevet française 2 401 941. Le polyvinylbutyral plastifié est obtenu par mélange de la résine de PVB avec le plastifiant. La quantité de plastifiant peut varier en fonction des propriétés désirées du PVB plastifié. On utilise généralement le plastifiant dans des proportions telles que la teneur en plastifiant du PVB plastifié est comprise entre 10 et 65%. Le mélange s'effectue d'après les méthodes clas- siques bien connues de l'homme de métier. On peut par exemple placer la résine de PVB dans un mélangeur et ajouter la quantité déterminée de plastifiant, progressivement et sous agitation. Le mélange peut steffec- tuer à température ordinaire et durant 30 minutes environ, mais aussi à des températures plus élevées. On peut ainsi utiliser la méthode décrite dans la publication de brevet française2 235 631. On peut encore utiliser les mélangeurs décrits dans l'article paru dans la revue Les Techniques de l'Ingénieur (référence J 1930). Après-mélange, on obtient une masse que l'on peut extruder pour fabriquer des feuilles ayant par exemple une épaisseur de 0,76 mm. Ces feuilles sont utilisées comme couches intercalaires dans des vitrages feuilletés. EXEMPLES: Les exemples 1 à 7 illustrent les bonnes propriétés des feuilletés réalisés avec un intercalaire de PVB plasti- fié avec le plastifiant suivant l'invention. Le di-n-hepta- noate de triéthylèneglycol est par exemple le produit com- mercialisé sous l'appellation Nycoflex 7030 par la Société française NYCO. Les exemples 8 à 10 sont utilisés comme témoins et concernent des feuilletés comprenant un intercalaire plas- tifié à l'aide de plastifiants connus de l'état de la tech- nique. Ltensemble des résultats est exprimé dans le tableau suivant et commenté par la suite. Les abréviations ont la signification suivante: - 3 G0E: - BOA: - nDHA: - 3 GH di-n-heptanoate de triéthylèneglycol adipate de benzyle et dtoctyle adipate de di-n-hexyle di(éthyl-2-butyrate) de triéthylèneglycol nature rapport total taux bille petit test ompa- plastifiant entre plaste OH 2,260 kg bille à la tibi- ex. plastifiant p.c.r en ieds (0,227 cha leité. e 1 2 1/2 en -10o( 20o4kg) __ __ Dourcent. -20 0 1 3GOE - - 4o 19 21 22 6/6 bon oui 2 3GOE - - 40 20 19 21 6/6 bon oui 3 3GOE - - 40 18,5 23 20 6/6 bon oui 4 3GOE - - 38 18,5 20 21 6/6 bon oui 3GOE BOA 20/80 40 18,5 11 20 6/6 bon oui 6 3GOE BOA 50/50 38 18,5 14 22 6/6 bon oui 7 3GOE BOA 75/25 38 18,5 17 20 6/6 bon oui 8 BOA 37 18,5 9 24 5/6 bon oui 9 nDHA 37 18,5 8 25 5/6 bon oui 3GH 41 20 9 22 6/6 bon oui La première colonne du tableau indique le numéro de l'essai. Les seconde et troisième colonnes indiquent la na- ture des plastifiants ajoutés à la résine de PVB, la qua- trième, le cas échéant, le rapport entre le 1er et 2ème plastifiant du mélange des plastifiants, la colonne ne 5 indique la teneur totale en plastifiant exprimée en parties pour cent de résine (en abrégé p.c.r). La colonne 6 indique le taux d'OH de la résine PVB,. les colonnes 7 et 8 indiquent les résultats des tests de chute de billes de 2,260 kg, ex- primés pour chaque exemple en pieds, la colonne 7 correspon- dant à des essais effectués à -10 C et la colonne 8 à +20 C. La colonne 9 indique le test à la'petite bille à -20 C. La colonne 10 indique le résultat du test à la chaleur et la colonne 11 montre la compatibilité du plastifiant et de la résine PVB.(Un pied vaut 30,5 cm). Ce tableau montre que le di-n-heptanoate de triéthy- lèneglycol donne un feuilleté qui présente une bonne résis- tance au choc aussi bien dans les conditions normales de température qu'à basse température. Cette résistance au choc est supérieure à celle obtenue en utilisant un plastifiant connu de l'état de la technique. L'ajout d'un adipate d'alkyle et dtalkylaryle n'altè- re pas fortement ces bonnes propriétés. Tous les tests à la petite bille sont positifs lors- quton utilise un plastifiant conforme à l'invention, alors que des échantillons témoins sont traversés. En outre, on remarque que l'intercalaire dans ce cas ne présente pas de déchirure après l'impact contrairement à certains échantillons témoins. Le tableau montre encore que le di-n-heptanoate de triéthylèneglycol est compatible avec la résine PVB même pour des taux d'OH élevés (exemple 2). REVENDICATIONS 1. Plastifiant pour intercalaire en polyvinylbutyral utilisé dans un vitrage feuilleté, caractérisé en ce qu'il comprend le di-heptanoate de triéthylèneglycol. 2. Plastifiant selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend le di-n-heptanoate de triéthylènegly- col. 3. Plastifiant selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend un mélange de di-n-heptanoate de trié- thylèneglycol et d'au moins un autre plastifiant choisi par- mi le groupe des adipates de dialkyle dans lesquels le grou- pement alkyle contient de 3 à 8 atomes de carbone, des adi- pates d'alkyle et d'alkylaryle de formule générale: C nH2n+1COO-(C2)4-COO(CH2)p Cr 2r+avec n supérieure ou égal à 1 et p+r supérieur ou égal à 1. 4. Plastifiant selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend un mélange de di-n-heptanoate de trié- thylèneglycol et d'au moins un adipate d'alkyle et d'alky- laryle. 5. Plastifiant selon la revendication 4, caractérisé en ce que le mélange comprend de 10 à 90 % de di-n-heptanoa- te de triéthylèneglycol, le reste étant constitué par au moins un adipate d'alkyle et d'alkylaryle. 6. Plastifiant selon une des revendications 4 à 5, caractérisé en ce que l'adipate d'alkyle et d'alkylaryle est choisi parmi l'adipate de benzyle et d'octyle, l'adipa- te de benzyle et d'hexyle, l'adipate de benzyle et de butyle l'adipate de benzyle et de décyle. 7. Plastifiant selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'adipate dtalkyle et d'alkylaryle est l'adipate de benzyle et d'octyle. 8. Polyvinylbutyral plastifié à l'aide du plastifiant selon une des revendications 1 à 7. 9. Polyvinylbutyral selon la revendication 8, carac- térisé en ce que la teneur en plastifiant est comprise en- tre 10 et 65 % du poids total du polyvinylbutyral. 10. Intercalaire pour un vitrage feuilleté de sécurité, caractérisé en ce qu'il comprend essentiellement un polyvi- nylbutyral plastifié selon une des revendications 8 ou 9. 11. Vitrage feuilleté de sécurité, notamment vitrage de véhicules de transport, de bâtiment, verre de lunettes, masques, écrans, lentilles, caractérisé en ce qu'il com- prend un intercalaire selon la revendication 10.