Brevet FR2497518A1 — publié le 19820709

COMPOSITIONS ADHESIVES THERMOFUSIBLES A BASE DE COPOLYETHERAMIDES SEQUENCES La présente invention a pour objet une application nouvelle de certains copolyètheramides séquences et se rapporte plus particulière- ment à un adhésif thermofusible à base de copolyetheramides ainsi qu'aux compositions adhésives thermofusibles les contenant. Elle se rapporte notamment aux adhésifs dits "hot melts" (AHM), c'est-àdire à des matériaux thermoplastiques à propriétés adhésives, solides à température ambiante (100 % d'extrait sec) et susceptibles de fondre à chaud. Ces adhésifs "hot melts" sont appliqués à chaud, en général entre et 200 C, à l'état fondu et leur principal intérêt est de ne néces- siter aucun solvant pour leur application, ce qui élimine les problèmes d'inflammation et de toxicité auxquels peuvent donner lieu d'autres ty- pes d'adhésifs. On connaît de très nombreux adhésifs thermofusibles et un très grand nombre d'entre eux sont déjà couramment utilisés dans le commerce. Ainsi, on connaît des adhésifs formés: de copolymères de l'éthylène {types EVA (éthylène-acétate de vinyle), EEA (éthylène-acrylate d'éthyle)} ; de polyamides à base d'acide gras {par'exemple d'acide dilinoleique et d'hexaméthylène diamine}; 20. de copolyamides à partir de monoméres tels que caprolactame, sel AH, adipate d'hexaméthylène diamine), azélate d'hexaméthylène- diamine, acide 11-amino-undécanoïque, lauryl lactame}; À de copolyesters {types acide téréphtalique, isophtalique ou leurs mélanges combinés avec des glycols tels hexane diol 1-6, etc.}'. Ces adhésifs connus, quoique satisfaisants pour certaines appli- cations, présentent dans de nombreux cas certains inconvénients. Ainsi: les copolymères de l'éthylène, tout en ayant l'avantage d'être très compatibles avec les divers constituants des AHM, ont l'inconvénient de 2 497518 présenter un point de fusion cristallin relativement bas, et donc de donner lieu à une faible résistance thermique des collages obtenus - les polyamides à base d'acides gras: pour les masses moléculaires faibles ou moyennes, témoignent d'une viscosité faible et ont donc l'avantage de permettre un bon mouillage des surfaces à faire adhérer entre elles, et donc une grande facilité d'application; cependant, leurs points de fusion cristallin relativement bas, conduisent à une résistance thermi- que limitée des collages réalisés {ceci est le cas du Versamid et du Versalon }, (dénominations commerciales de la société Général Mills relatives à des produits formés.d'acide dilinoléi- que et d'hexaméthylène diamine); pour les masses moléculaires élevées, témoignent d'un point de fusion plus élevé, donc d'une meilleure résistance à la tempéra- ture; cependant, leur viscosité très élevée conduit à des diffi- cultés d'application (ceci est le cas du MilvexP) d'une part, et à des applications limitées à certains types de matériaux,-d'au- tre part; - les copolyamides présentent une viscosité à l'état fondu élevée, et donc donnent lieu à des difficultés, voire des impossibilités d'ap- plications sous une autre forme qu'en poudre; ils présentent en outre un manque de souplesse marqué et donnent lieu à une certaine incompatibilité avec les additifs des adhésifs thermofusibles; - les copolyesters: pour les viscosités faibles (n 0,9) présentent l'inconvénient de ne fondre que difficilement (donc de donner lieu à des problè- mes de mouillage et d'application) pour les viscosités moyennes (0,4 optimales d'application très élevées, et présentent en outre l'in- convénient d'être trop sensibles à l'hydrolyse et de présenter une tenue aux solvants médiocre. L'adhésif thermofusible selon l'invention présente l'avantage de témoigner de forces de collage sur une large gamme de températures et d'une adhésivité de type universel, résultant de ce qu'il adhère sur un très grand nombre de matériaux (métaux, verre, matières plastiques, bois, matières textiles, cuir, carton, etc.), d'une part, et qu'il est compatible avec les autres constituants généralement contenus dans les compositions adhésives, d'autre part. La présente invention a pour objet un adhésif thermofusible formé du produit de la copolycondensation de séquences polyamides à extrémités réactives avec des séquences polyéthers à extrémités réac- tives, telles que entre autres: - 1. Séquences polyamides diacides en fin de chaîne avec soit des séquences polyétherdiols soit des séquences polyéthendiamines (par cyanoéthylation et hydrogénation du polyétherdiol); 2. séquences polyamides diaminés en fin de chaîne avec des séquences polyéthers à fins de chaîne carboxyliques. Selon un mode de réalisation, la présente invention se rap- porte à un adhésif thermofusible formé du produit de la copolycondensa- tion d'un polyamide ou copolyamide a,-dicarboxylique présentant un poids moléculaire de 300 à 15 000, et de préférence 800 à 5 000, employé à raison de 95 à 15 % en poids, et d'un polyoxyalkyléne ",w-dihydroxylé aliphatique présentant un poids moléculaire de 100 à 6 000, et de préfé- rence 200 à 3 000, employé à raison de 5 à 85 % en poids, ledit produit présentant un point de fusion compris entre 80 et 210 C, et de préférence et 150 C et une viscosité à l'état fondu de 10 à 2 000 Pa.sec à 200 C. Selon un mode de réalisation, ledit produit de condensation comprend 70 à 30 % dudit polyamide ou copolyamide et 30 à 70 % dudit polyoxyalkyl1ne a,w-dihydroxylé. De préférence, ledit adhésif thermofusible est un polyéther esteramide séquencé forme de CoPA 6.11/PPG/PTMG, PA 12/PTMG ou CoPA 6.12/PPG On entend dans la présente description, et dans les revendications aux- quelles elle donne lieu, par PPG: polyoxypropylèneglycol; PTMG: polyoxytétraméthylèneglycol; PA: polyamide; - CoPA: copolyamide; 6, 11 ou 12: respectivement les polyamide-6, 11 ou 12. Les avantages de ces polyétherestéramides séquencés CoPA 6.11/PPG/PTMG, CoPA 6.12/PPG ou 12/PTMG sont les suivants: - point de fusion élevé (> 120 C) pour une viscosité à l'état fondu acceptable ( - bonne résistance du collage à l'hydrolyse à température ambiante. La présente invention a-également pour objet des compositions adhésives thermofusibles contenant ledit produit de condensation en association avec les additifs couramment employés dans de telles compo- sitions adhésives thermofusibles. Les polyétheresteramides séquences peuvent être utilisés seuls en tant qu'adhésifsthermofusiblespour le collage de structures enwmaté- riaux très divers, tels bois, verre, textiles, métaux (acier, aluminium,.. matières plastiques (PVC, polycarbonate, PBT,...) et cuir. Les collages ainsi obtenus possèdent d'excellentes performances tant du point de vue de l'adhésion, de la cohésion, de la résistance au froid et de la résistance à la chaleur (120'C, voire même 150'C). Les polyétheresteramides séquencés peuvent être utilisés en formulation avec un certain nombre d'ingrédients, par exemple copolymé- res de l'éthylène (EVA,...), résines tackifiantes et certains types de cires, afin d'obtenir des adhésifs thermofusibles de viscosité à l'état fondu plus faible et possédant de bonnes propriétés d'adhésion, de cohésion, de résistance au froid et de résistance à la chaleur (1000C). Ces adhésifs peuvent être utilisés dans le collage de structures, ainsi que dans les applications plus traditionnelles des thermofusibles, à savoir l'emballage (fermeture de-caisses, boîtes,...), la reliure, le plaquage de chants (chants en stratifiés laminés, en PVC, en polyesters ou en bois). D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description suivante et des exemples don- nés à titre illustratif niais non limitatif. Les exemples 1 à 5 ci-dessous se rapportent à la préparation des copolyétheresteramides séquencés A à E conformes à l'invention, effectuée selon les procédés décrits dans les brevets français n0 74 18913, 77 39790, 79 02618, 77 26678. EXEMPLE 1 Préparation de CoPA 6.11/PPG/PTMG - On prépare un prépolymère formé de: 17,6 kg de caprolactame; 19,4 kg d'acide 11-amino-undécanoîque; 2,5 kg d'acide adipique. Le prépolymère obtenu, formé de 50 % de PA 6 et de 50 % de PA 11 pré- sente un poids moléculaire de 2 300. On ajoute alors à 23 kg de ce pré- polymère 2,5 kg de PTMG (poids moléculaire 1 000) et 7,5 kg de PPG (poids moléculaire 1 000) ainsi que 0,3 % de butylate de zirconium et un antioxy- dant, et procède à une polycondensation à une température de l'ordre de 2600C. Le produit A obtenu présente les propriétés consignées dans le tableau I ci-après. EXEMPLE 2 Préparation de PA 11/PPG/PTMG - On prépare un prépolymère formé de: kg d'acide 11-amino-undécanoique; À 5,7 kg d'acide adipique. Le prépolymère obtenu présente un poids moléculaire de 850. On ajoute alors à 8,8 kg de ce prépolymère 10 kg de PTMG (poids moléculaire 2 000) et 10 kg de PPG (poids moléculaire 2 000) ainsi que du butylate de zir- conium et un antioxydant, et procède à une polycondensation à une tem- pérature de 260 C. Le produit B obtenu présente les propriétés consignées dans le tableau I ci-après. EXEMPLE 3 Préparation de PA 12/PTMG: Produit C - On prépare un prépolynière à partir de: 30. 18 kg de dodécalactame; À 3,8 kg d'acide adipique. 8,8 kg de ce prépolymère (qui présente un poids moléculaire de 850) sont additionnés de 20,3 kg de PTMG (poids moléculaire 2 000), puis de butylate de zirconium et d'un antioxydant, et on procède à une polycon- densation à 260 C. Le produit C obtenu présente les propriétés consignées dans le tableau I, ci-alres. TABLEAU I 0% o ou OD Point de Point de Viscosité à fusion ramoLtissement Viscosité L'état fondu Produit ExempLe Composition (OC) (OC) inhérente (Pa. sec. à2000 C) A 1 CoPA 6.11/PPG/PTMG 122 153 1,00 170 B 2 PA Il/PPG/PTMG 153 156 0,95 34 C 3 PA 12 / PTMG 144 157 1,50 335 D 4 PA 6 / PTMG 190 192 1,02 80 E 5 CoPA 6.12/PPG 138 156 1,00 150 i.,, . EXEMPLE 4 Préparation de PA 6/PTMG - On prépare un prépolymére à partir de: kg de caprolactame; 5. 6,225 kg d'acide adipique. 9 kg de ce prépolymère (poids moléculaire 850) sont additionnés de 22 kg de PTMG (poids moléculaire 2 000), de butylate de zirconium et d'un antioxydant, et on procède à la polycondensation à 260 C. Le produit D obtenu présente les propriétés consignées dans le tableau I, ci-avant. EXEMPLE 5 Préparation de CoPA 6.12/PPG - On prépare un prépolymère à partir de: 14 kg de caprolactame; 14 kg de dodécalactame; 15. 1,90 kg d'acide adipique. Le prépolymêre obtenu, formé de copolyamide à base de 50 % de PA 6et de % de PA 12, présente un poids moléculaire de 2 300. A 23 kg de ce prépolymère, on ajoute 10 kg de polypropylèneglycol (poids moléculaire i 000), ainsi qu'un antioxydant et un catalyseur, et procède à la poly- condensation à 260 C. Le produit E obtenu présente les propriétés consignées dans le tableau I, ci-avant. EXEMPLE 6 On procède à des essais aux fins de déterminer: À les propriétés adhésives par rapport à divers supports; 25. les propriétés adhésives en fonction de la température; la compatibilité avec divers constituants usuels des adhésifs des produits A et E, et de les comparer aux propriétés corres- pondantes de produits couramment vendus dans le commerce. n Détermination de l'adhésivité sur divers supports - L'adhesivité est mesurée par des essais de résistance au pelage. Cette résistance n'a pas la dimension d'une contrainte, puis- qu'il s'agit du rapport d'une force à une largeur. En fait, on détermine la force nécessaire pour propager la rupture le long de l'éprouvette et qui est inférieure à celle amorçant la rupture. Il est connu que cet essai de résistance au pelage peut être effectué par deux méthodes: - la méthode de pelage en T, qui consiste à tirer sur les deux cou- ches selon deux directions perpendiculaires à la direction du support; la méthode de pelage à 180 , qui consiste à tirer sur l'une des couches selon une direction parallèle à celle du support. Le tableau II, ci-après, comporte les résultats d'essais de pelage effectués sur divers supports, avec divers adhésifs, respecti- vement: Versalon 2140 , Platamid H005 , Grilesta 6506 et les pro- duits C et E des exemples 3 et 5 ci-dessus. a. aluminium-aluminium (alu-alu):- Deux bandelettes de 2 cm de large et 8 cm de long d'aluminium sont collées sous une presse chauffante à 200 C sous une pression de 4 bars pendant 5 minutes. On détermine la force de pelage à 90 par la méthode de traction en T, à l'aide d'un dynamomètre dont les mâchoires se déplacent à une vitesse de l'ordre de 50 mm/mn. b. acier-acier: Deux feuilles d'acier sont collées dans les mêmes conditions que précédemment, et on détermine la force de pelage par la méthode de traction en T. c. verre-aluminium (verre-alu): Une feuille de verre et une feuille d'aluminium sont collées dans les mêmes conditions, et l'on détermine la force de pelage par la méthode de traction à 180 . d. polycarbonate-aluminium (PCa/Alu): On colle une feuille d'aluminium sur du polycarbonate sous presse chauffante à 120 C sous 4 bars pendant 5 minutes. On détermine ensuite la force de pelage par la méthode de traction à 180 . e. polybutylène téréphtalate-aluminium (PBT-alu): Les deux feuilles d'aluminium et de polybutylène téréphtalate sont collées à 160 C sous 4 bars pendant 5 minutes. - On détermine ensuite la force de pelage à 180 C. Les résultats obtenus sont consignés dans le tableau II, ci-après. TABLEAU II Force de pelage ( daN/cm) Adhési fr Alu - aLu Acier- acier Verre - aLu PCa - alu PTB / aLu Ad hrs t___ _r VERSALON 2140 * 0,5 0,2 1,6 1,5 1,25 PLATAMID H 005 ** 1,5 1,0,6 0,9 0,1l GRILESTA 6506 *** 1,5 - 1,45 1,9 1, 9 C (exemple 3) 1,5 1,5 2,5 2,5 2,1 E (exemple 5) 2,5 2,0 2,0 - - * VERSALON 2140: polyamide à base d'acide linoléique et de HMD ** PLATAMID H 005: copolyamide 6/6 6/12 vendu par la Société Plate-Bonn *** GRILESTA 6506: polyester à base d'acide t6réphtalique 4 acide isophtalique 4 butane diol 1,h vendu nar la Socit t mwr-Wprk- o. On constate que l'adhésion des produits selon l'invention est égale ou supérieure à celle des produits de l'art antérieur. EXEMPLE 7 fl Détermination de l'adhésivité en fonction de la température - Sur un collage aluminium-aluminium préparé selon la méthode a) de l'exemple 6, on détermine la force de pelage à diverses tempéra- tures, divers adhésifs étant employés. Les résultats obtenus sont consignés dans le tableau III, ci-après. On constate que la résistance thermique des collages selon l'invention est supérieure à celle des produits selon l'art antérieur. De plus, lorsque l'on effectue des tests à - 20 et - 300C, on constate que les produits A, C et E selon l'invention présentent encore une adhésion satisfaisante. EXEMPLE 8 )1 Détermination de la compatibilité avec divers constituants usuels des adhésifs thermofusibles - Des essais de compatibilité sont effectués sur les substances suivantes 20. paraffine 50-52 (Total); * cire de polyéthylène A-C 629 (Allied Chemical), cire de polyéthylène A-C8 (Allied Chemical); ester de colophane: Foral 85 (Hercules); résine terpène-phénol: Dertophène Té (DRT) 25. résine de pétrole alkyl-aromatique: Hercures AR 100 (Hercules); copolymère éthylène-acétate de vinyle: Elvax 220 (DuPont). Les essais de compatibilité sont effectués sur un mélange polyamide additif 70/30. Les résultats obtenus que l'on détermine sur la base de la limpidité ou du trouble du mélange obtenu sont consignés dans le tableau IV, ci-après. EXEMPLE 9 t Détermination de l'adhésivité de diverses compositions avec la tem- pérature - Il est possible en fonction des cires ou résines tackifiantes employées d'obtenir des compositions ayant une viscosité plus faible TABLEAU III Force de pelage ( daN/cm) Température oAc 20 C 40 C 60 C 80 C 100 C 120 C 140 C VERSALON 2140 0,5 0,3 0,25 - - - PLATAMID H 005 1,5 1,15 0,75 0,7 0,7 0,1 GRILESTA 6506 1,5 1,2 0,9 0,8 0,6 - A (exemple 1) 1,25 1,0 0,95 0,85 0,7 0,6 C (exemple 3) 1,5 1,45 1,45 1,3 0,8 0,45 - E (exemple 5) 2,5 2,3 2,0 1,5 1,1 0,15 0,5 1- 4% tA C"f TABLEAU IV Compatibilité ( C) ou Incompatibilité ( I) Adhésif Produit B Produit C Additif\VERSALON 2140 PLATAMID H 005 (exemple 2) (exemple 3) Paraffine I I I I Cire A - C 629 I I C C Cire A - C 8 I I I C Foral 85 C I C C Dertophene T C I C C Hercures AR 100 I I I C Elvax 220 C C C C tA Co TABLEAU V Viscosité Forces de pelage ( daN/cm) à 2000 C sec0200 C 40 C 80 C 100 C Pa. sec. B (exemple 2) 34 1,3 1,0 0,85 0,35 B / A-C 8 (90/10) 21 1,2 0,75 0,30 0,15 C (exemple 3) 335 1,5 1,45 1,3 0,8 C/Dertophène T (70/30) 75 1,4 0,9 0,5 0,3 E (exemple 5) 150 2,5 2,0 1,5 1,1 E / Foral 85 (70/30) 90 2,5 1,7 0,9 0,7 Grilesta 6506 105 1,5 1,45 1,3 0,8 Grilesta/Dertophène T (70/30) 50 0,6 - - 4% tn w ce tout en donnant lieu cependant à une résistance thermique satisfaisante des collages. Les essais sont effectués sur des collages entre deux feuilles d'aluminium effectués dans les mêmes conditions que celles qui sont dé- crites dans la méthode a de l'exemple 6. On détermine alors la force de pelage en fonction de la tem- pérature. Les résultats obtenus sont consignés dans le tableau V, ci- avant. Les résultats des essais effectués montrent les avantages surprenants et inattendus auxquels l'emploi des adhésifs thermofusibles selon l'invention conduit, à savoir: le caractère universel de leur emploi, cet emploi s'éten- dant à l'adhésion de tous matériaux; leur compatibilité avec les'additifs couramment employés dans les compositions des adhésifs thermofusibles leur résistance sur un large spectre de température. Bien entendu, la présente invention n'est nullement limitée- aux exemples et modes de mise en oeuvre décrits ci-dessus; elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées et sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention. 1.5 R E V E N D I C A T I 0 N S 1. A titre de produit industriel nouveau, un adhésif thermo- fusible, caractérisé en ce qu'il est formé du produit de la copolycon- densation de séquences polyamides à extrémités réactives avec des sé- quences polyéthers à extrémités réactives, telles que entre autres: a) des séquences polyamides diacide, en fin de chaîne avec soit des séquences polyétherdiols soit des séquences polyétherdiamines (par cyanoéthylation et hydrogénation du polyétherdiol); b) des séquences polyamides diaminés en fin de chaîne avec des séquences polyéthers à fins de chaîne carboxyliques. 2. Adhésif thermofusible selon la revendication 1, caracté- risé en ce qu'il est formé du produit de la copolycondensation d"un polyamide ou copolyamide a,w-dicarboxylique présentant un poids molé- culaire de 300 à 15 000, employé à raison de 95 à 15 % en poids, et d'un polyoxyalkylène a,w-dihydroxylé aliphatique présentant un poids moléculaire de 100 à 6 000, employé à raison de 5 à 85 % en poids, ledit produit présentant un point de fusion compris entre 80 et 210 C. 3. Adhésif thermofusible selon la revendication 1 ou 2, ca- ractérisé en ce que ledit produit de condensation présente une visco- sité à l'état fondu de 10 à 2 000 Pa.sec à 200 C. 4. Adhésif thermofusible selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 3, caractérisé en ce que le point de fusion dudit produit de condensation est compris entre 100 et 150 C. 5. Adhésif thermofusible selon l'une quelconque des revendi- cations i à 4, caractérisé en ce que le poids moléculaire de polyamide ou copolyamide précité est compris entre 800 et 5 000. 6. Adhésif thermofusible selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 5, caractérisé en ce que le poids moléculaire de polyoxyal- kylène a,to-dihydroxylé précité est compris entre 200 et 3 000. 7. Adhésif thermofusible selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 6, caractérisé en ce que ledit produit de condensation comprend 70 à 30 % dudit polyoxyalkyléne a,u-dihydroxylé. 8. Adhésif thermofusible selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 7, caractérisé en ce que ledit adhésif thermofusible est un polyétheresteramide séquencé formé de CoPA 6.11/PPG/PTlG. 9. Adhésif thermofusible selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 7, caractérisé en ce que ledit adhésif thermofusible est ]6 un polyétheresteramide séquencé formé de CoPA 6.12/PPG. 10. Adhésif thermofusible selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 7, caractérisé en ce que ledit adhésif thermofusible est un polyétheresteramide séquencé formé de PA 12/PTMG. 11. Composition adhésive thermofusible contenant l'adhésif thermofusible selon l'une quelconque des revendications i à 10, en association avec tout additif couramment employé dans de telles compo- sitions adhésives thermofusibles contenant un ou plusieurs des composés appartenant au groupe-suivant: 10. paraffine 50-52 de la société française Total cire de polyéthylène vendue sous la dénomination commerciale A-C8 de Allied Chemical; cire de polyéthylène vendue sous la dénomination A-C 629 de Allied Chemical; 15. ester de colophane vendue sous la dénomination commerciale Foral 85 de Hercules; résine terpène-phénol vendue sous la dénomination commer- ciale Dertophène TX de DRT. résine de pétrole alkyl-aromatique vendue sous la dénomina- tion commerciale Hercures 100d de Hercules.; copolymère éthylène-acétate de vinyle vendue sous la dénomi- nation commerciale Elvax 220 de DuPont.