Brevet FR2664283A1 — publié le 19920110

COMPOSITION THERMOPLASTIQUE COMPRENANT UN COPOLYMERE A BASE D'ETHYLENE ET D'ANHYDRIDE MALEIQUE, ET ARTICLES INDUSTRIELS OBTENUS A PARTIR D'UNE TELLE COMPOSITION La présente invention porte sur des composi- tions thermoplastiques comprenant un copolymère à base d'éthylène, d'anhydride maléique et facultativement d'acrylates ou méthacrylates d'alkyle, de telles composi- tions étant particulièrement utiles pour la fabrication de films ayant de bonnes propriétés adhésives, de même que pour la production de films composites et pour le revête- ment de métaux. Le brevet américain US-A-4 868 052 décrit une composition thermoplastique comprenant un mélange non- réticulé (A) de 1 à 80 % en poids d'au moins un polymère ou copolymère partiellement cristallin de l'éthylène, de densité 0,870 à 0, 945, et (B) de 20 à 99 % en poids d'au moins un copolymère au hasard, non-élastomère, hydrophobe, comprenant: (i) de 83 à 99,7 % en moles de motifs dérivés de l'éthylène; (ii) de O à 14 % en moles de motifs dérivés d'au moins un ester de l'acide acrylique ou méthacrylique; et (iii) de 0,3 à 3 % en moles de motifs dérivés de d'anhydride maléique, et ayant un indice de fusion de 1 à 500 dg/min. Sont également décrites dans ce document des compositions thermoplastiques chargées comprenant 67 à 99 % en poids de (A) et 1 à 33 % en poids de (B), et jusqu'à 100 parties pour parties en poids du mélange (A) + (B) d'au moins une charge minérale. Ces compositions fournissent des articles industriels tels que: des films adhésifs qui sont susceptibles de manifester de bonnes propriétés adhésives par rapport à divers substrats, tels que le verre, le tissu de polypropylène, la mousse de polyuréthanne et similaires, de tels films étant généralement obtenus à partir de compositions non- chargées o l'indice de fusion du copolymère (B) est choisi entre environ 1 et 30 dg/min; des articles moulés à résistance au choc améliorée, les compositions étant, dans ce cas, chargées; des films composites comprenant au moins une couche consistant en une composition thermoplastique non- chargée telle que définie ci-dessus et au moins une autre couche consistant en une autre matière thermo- plastique, telle que, par exemple, le polyéthylène, le polypropylène, le poly-butène-1, le poly(méthyl-4 pentène-l), les polyamides, le polystyrène, le poly(chlorure de vinyle) et les copolymères éthylène/alcool vinylique; et des métaux revêtus au moyen d'une première couche consistant en ladite composition non-chargée, cette première couche pouvant, si nécessaire, être revêtue par au moins une seconde couche consistant en une autre matière thermoplastique, telle qu'un poly- éthylène basse densité, et procurant ainsi une protection efficace contre l'endommagement mécanique et/ou l'humidité. La Société déposante a maintenant découvert que si l'on incorpore un caoutchouc et, le cas échéant, du talc dans des compositions thermoplastiques du type précité, comprenant un copolymère à base d'éthylène et d'anhydride maléique, on peut obtenir des films ayant de meilleures propriétés adhésives, ainsi que des films composites et des métaux revêtus par les systèmes bicouche et tricouche précités, qui présentent une meilleure tenue au décollement ou délaminage que les compositions non-chargées décrites dans le brevet américain N O 4 868 052. La présente invention a donc d'abord pour objet une composition thermoplastique comprenant un mélange: (A) d'environ 25 à 80 % en poids d'au moins un polymère ou copolymère partiellement cristallin de l'éthylène ayant une densité se situant entre environ 0,870 et 0,945; (B) d'environ 15 à 85 % en poids d'au moins un copolymère au hasard, comprenant: (a) d'environ 83 à 99,7 % en moles de motifs dérivés de l'éthylène; (b) de O à environ 14 % en moles de motifs dérivés d'au moins un ester de l'acide acrylique ou méthacrylique; et (c) d'environ 0,3 à 3 % en moles de motifs dérivés de l'anhydride maléique; et ayant un indice de fusion d'environ 1 à 500 dg/min; et (C) d'environ 1 à 8 % en poids d'au moins un caoutchouc; et (D) de O à 8 % environ en poids de talc. Le polymère (A) de la composition conforme à la présente invention peut être soit un polymère, obtenu par polymérisation par radicaux libres, sous pression élevée et à température élevée, comprenant au moins 98 % en moles d'éthylène et au plus 2 % en moles d'un comonomère polaire, tel que le monoxyde de carbone, l'acétate de vinyle, les acrylates d'alkyle et les méth- acrylates d'alkyle, o le groupe alkyle a de 1 à 12 atomes de carbone, un tel polymère ayant généralement une densité comprise entre environ 0,910 et 0,935; soit un copolymère, obtenu en présence d'un catalyseur de type Ziegler, comprenant au moins 79 % en moles de motifs dérivés de l'éthylène et au plus 21 % en moles de motifs alpha- oléfine ayant de 3 à 12 atomes de carbone. La densité minimale de 0,870 correspondra généralement à un degré de cristallinité d'au moins 5 % Le degré de cristallinité sera généralement d'au moins 30 % lorsque la densité du copolymère (A) sera d'au moins 0,905. Pour la plupart des utilisations de la composi- tion conforme à la présente invention, l'indice de fusion du copolymère (A), déterminé dans les-conditions standard ( 1900 C, échantillon de 2, 16 kg) de la norme ASTM D-1238 sera avantageusement choisi entre environ 0,1 et 20 dg/min. Le copolymère (B) de la composition conforme à la présente invention peut être préparé par copolymé- risation directe de l'éthylène, de l'anhydride maléique, et, facultativement, d'un ester de l'acide acrylique ou méthacrylique, par exemple sous pression élevée et à température élevée, un tel procédé conduisant à l'obtention d'un copolymère au hasard Des procédés appropriés à pression élevée et à haute température ont été décrits par exemple dans le brevet britannique N O 2 091 745 et dans les brevets américains US-A-4 617 366 et US-A-4 644 044. Le rapport de l'indice de fusion standard du copolymère (B) à l'indice de fusion standard de polymère (A) sera choisi, de préférence, dans la plage d'environ 1:6 à environ 400:1 Le choix des indices de fusion respectifs du polymère (A) et du copolymère (B) sera naturellement adapté à l'application pour laquelle la composition de l'invention est destinée. Il est généralement préférable que le copolymère (B) soit non- élastomère, et c'est la raison pour laquelle la proportion totale du ou des monomères autres que l'éthylène a été limitée à environ 17 % en moles. Le caoutchouc (C) peut être choisi notamment parmi le caoutchouc butyle, les caoutchoucs éthylène- propylène, les caoutchoucs éthylène-propylène-diène et leurs mélanges Par caoutchouc éthylène-propylène, on entend des copolymères de 65 à 80 % en moles d'éthylène et de 20 à 35 % en moles de propylène, ayant une densité de 0,850 à 0,870, ne possédant aucune cristallinité résiduelle et donc pas de température de fusion cristalline Par caoutchoucs éthylène-propylène-diène, on entend des terpolymères éthylènepropylène-diène, le diène étant choisi parmi les diènes linéaires ou cycliques, conjugués ou non-conjugués comme, par exemple, le butadiène, l'isoprène, le 1,3-pentadiène, le 1,4-pentadiène, le 1,4-hexadiène, le-1, 5-hexadiène, le 1,9-décadiène, le 5-méthylène-2-norbornène, le 5-vinyl2-norbornène, les 2-alkyl-2,5-norbornadiènes, le 5-éthylidène-2norbornène, le 5-( 2-propényl)-2-norbornène, le 5-( 5-hexényl)- 2-norbornène, le 1,5-cyclooctadiène, le bicyclo l 2,2,2 l octa-2,5-diène, le cyclopentadiène, le 4,7,8,9-tétrahydro- indène et l'isopropylidène tétrahydroindène De tels terpolymères élastomériques utilisables conformément à la présente invention comprennent en général entre 15 % et 60 % en moles de motifs dérivés du propylène et entre 0,1 % et % en moles de motifs dérivés du diène. La composition selon l'invention peut être obtenue par l'un quelconque des procédés de préparation suivants: le mélange simultané par n'importe quel moyen connu, en particulier dans un malaxeur ou une extrudeuse des polymères (A) et (B), du caoutchouc et du talc; le malaxage d'un mélange mère de deux composants avec les composants restants; le mélange du polymère (A) et du talc préalablement enrobé du copolymère (B), l'enrobage ayant été effectué par l'introduction du talc dans une solution du copolymère (B), puis évaporation du solvant Des compositions appropriées du copoly- mère (B) sont obtenues lorsque le solvant est choisi, par exemple, parmi les hydrocarbures aliphatiques, cycloaliphatiques et aromatiques, ayant de 5 à 12 atomes de carbone, les cétones, les hydrocarbures chlorés, les acétates et esters de polyols, et lorsque la concentration du copoly- mère (B) dans ledit solvant ne dépasse pas environ % en poids. La présente invention porte également sur l'utilisation de la composition telle que définie ci-dessus pour la fabrication d'un film ayant des propriétés adhésives. La présente invention porte aussi sur un article industriel comprenant un métal revêtu par au moins une couche d'une composition thermoplastique telle que décrite précédemment. Dans le cas de ces métaux revêtus, l'épaisseur de la couche de composition thermoplastique selon l'invention peut aller d'environ 10 à 500 gm Il est par ailleurs avantageux que l'indice de fusion du copolymère (B) dans la composition thermoplastique se situe entre environ 2 et 10 dg/min. Pour certaines applications spécifiques, telles que le revêtement de tubes d'acier, le métal revêtu peut comprendre en outre, entre le métal et la première couche, une couche d'une résine destinée à améliorer l'adhérence, telle que, par exemple, une résine époxy Dans ce cas, la résine époxy peut être mélangée avec un durcisseur (par exemple, un anhydride ou un polyaminoamide) et facultative- ment un agent réticulant, puis appliquée à l'état liquide sur le métal à revêtir avec une épaisseur d'environ 10 à gm. Le procédé de revêtement d'un métal par la première couche comprend le revêtement du substrat métallique à une température comprise entre environ 140 'C et 300 'C par un film consistant en la composition thermo- plastique décrite ci-dessus, la vitesse de déplacement dudit substrat métallique étant comprise entre environ 1 et 600 mètres par minute Ladite vitesse de déplacement sera par exemple avantageusement choisie entre 40 et 600 mètres par minute dans le cas des tubes d'acier. Le substrat métallique peut se trouver sous n'importe quelle forme, telle que plaques, feuilles ou tubes, ayant une épaisseur d'au moins 25 nm. Les métaux revêtus conformément à l'invention ont des usages variés et largement répandus Par exemple, des feuilles d'aluminium revêtues conformément à l'invention peuvent être utilisées dans l'industrie de l'emballage alimentaire pour protéger les denrées de l'humidité et conserver leur arôme Comme autre exemple, le procédé de revêtement de l'invention peut être appliqué à des tubes d'acier, tels que des tubes pour transporter du pétrole ou des gaz, permettant ainsi de les protéger contre l'oxydation et les chocs Dans le dernier cas, on préfère que le film de la composition thermoplastique conforme à l'invention soit revêtu par une couche, ayant une épaisseur notamment d'environ 50 à 5000 pm, d'une autre matière thermoplastique, telle qu'un polyéthylène basse densité, pouvant contenir une charge, telle que du noir de carbone. La présente invention a également pour objet un film composite comprenant: (a) au moins une couche comprenant une composition thermoplastique telle que décrite précédemment, avec la condition que la proportion de talc dans ladite composition ne dépasse pas la proportion suffisante pour procurer un effet anti-bloquant, c'est-à-dire environ 0,3 % en poids, et (b) au moins une couche d'une autre matière thermoplastique. Cette autre matière thermoplastique peut être choisie parmi les polyesters, le polyéthylène, le poly- propylène, le poly-1-butène, le poly(méthyl-4 pentène-l), les polyamides, le polystyrène, le poly(chlorure de vinyle) et les copolymères éthylène/alcool vinylique. Dans un tel composite, l'épaisseur de la couche selon l'invention peut aller d'environ 5 à 100 Mm, et celle de l'autre composition thermoplastique d'environ 20 gm à environ 3000 Mm et dépend de la matière thermoplastique utilisée Par exemple elle se situe habituellement d'environ 20 à 100 Am pour le polyéthylène basse densité, le polypropylène, le poly-l-butène, les polyamides et les copolymères éthylène/alcool vinylique, d'environ 25 à 2000 Nm pour le poly(chlorure de vinyle) et de 100 à 3000 Nm pour le polystyrène Chacune de ces couches peut être obtenue par extrusion à travers une filière plate ou par extrusion-soufflage à travers une filière cylindrique. Les films composites de l'invention peuvent être obtenus par co- extrusion des deux matières thermoplastiques au moyen d'une filière plate ou d'une filière cylindrique, de préférence à une vitesse d'environ 2 à 200 mètres par minute et à une température allant d'environ 170 'C à 290 'C Lorsque l'on utilise une filière cylindrique, le rapport de soufflage est, de préférence, choisi pour être entre environ 1 et 4. Les exemples suivants illustrent la présente invention sans toutefois en limiter la portée La norme utilisée pour mesurer l'indice de fusion est la norme ASTM D 1238-73 (indice de fusion mesuré à 190 'C, sous 2,16 kg et exprimé en dg/min) Les pourcentages indiqués sont en poids sauf indication contraire Les tests utilisés sont les suivants: Test de décollement d'un composite bicouche appliqué sur métal On chauffe à 190 'C pendant 10 minutes une plaque d'acier sablé et une plaque de polyéthylène de recouvrement (P Er), les deux plaques ayant la dimension 12 x 7 x 0,2 cm. On applique sur la plaque d'acier une couche de la composition selon l'invention ou d'une composition comparative, sur une épaisseur de 0,32 pm, puis on pose la plaque de P Er On assure la cohésion par passage d'un rouleau, puis on refroidit l'ensemble pendant 5 minutes dans l'eau courante. Après 2 heures de repos, on mesure la force de décollement sur une éprouvette de 10 cm de largeur, à l'aide d'un dynamomètre à une vitesse de 32 mm/minute Le résultat est exprimé en kg/5 cm (N/5 cm). Test de décollement d'un composite tricouche appliqué sur métal On procède comme pour le test précédent excepté que l'on applique une fine couche ( 50 gm d'épaisseur) de résine époxyde sur la plaque d'acier. Test de délaminage d'un composite bicouche (composition de l'invention ou composition comparative)-polyester. On fabrique un composite tricouche à l'aide d'une presse à compression de la façon suivante Entre deux plaques de Terphani P (polyester) de 350 x 350 mm, ayant une épaisseur de 170 gm, on place g/m 2 de la composition selon l'invention ou d'une composition comparative On maintient en contact sous une force de 49 N, à une température de 150 'C Après 24 heures de repos, on obtient, au démoulage, une plaque composite de Mm d'épaisseur environ. On mesure alors la force de décollement d'une couche de polyester (l'autre servant de support), sur dynamomètre, avec une vitesse de 25 mm/minutes Le résultat est exprimé en kg/5 cm (N/5 cm). Exemple 1 On prépare, par malaxage à chaud, une composition formulée comme suit (en %): Copolymère éthylène/butène-1, de densité 0,910, possédant un indice de fluidité de 1, un pic de fusion cristalline de 116 C et un taux de cristallinité de 30 %, commercialisé sous la dénomination NORSOFLE Xe FW 1600 43 Terpolymère à 92 % d'éthylène, 5 % d'acrylate de butyle et 3 % d'anhydride maléique, possédant un indice de fluidité de 1,0 et une densité de 0,940, commercialisé sous la dénomination LOTADERF 2200 50 Caoutchouc butyle de viscosité Mooney 1 + 8 à 125 C de 50-51 3 Talc 4 Exemples 2 et 3 On procède comme à l'Exemple 1 excepté que l'on remplace le caoutchouc butyle par du caoutchouc éthylène- propylène de viscosité Mooney 1 + 8 à 127 C de 55 (Exemple 2), ou du caoutchouc éthylène-propylène-diène de viscosité Mooney 1 + 8 à 127 C de 35-45 (Exemple 3). Exemple 4 (Comparatif) On procède comme à l'Exemple 1, excepté que l'on n'utilise ni talc ni caoutchouc et que les deux constituants restants sont utilisés dans le rapport pondéral 50:50. Résultats des tests de décollement |Type de P Er i Composition Décollement à 20 C Composite,couche adhésive: intermédiaire de l'Exemple Départ Palier Tricouche PEBDR * 4 (Comp) 100 ( 981) 115 ( 1128,15) 1 140 ( 1373,4)1130 ( 1275,3) 2 155 ( 1520,6) 100 ( 981) 3 120 ( 1177,2) 100 ( 981) i PEHD ** 4 (Comp) 130 ( 1275,3) 120 ( 1177,2) 1 160 ( 1569,6) 150 ( 1471,5) l 2 160 ( 1569,6) 140 ( 1373,4) 3 155 ( 1520,6) 140 ( 1373,4) Bicouche PEBDR * 4 (Comp) 50 ( 490,5) 30 ( 294,3) 1 100 ( 981) 80 ( 784,8) 2 90 ( 882,9) 50 ( 490,5) *t 3 90 ( 882,9) 50 ( 490,5) PEHD ** 4 (Comp) 50 ( 490,5) 20 ( 196,2) 1 130 ( 1275,3)1140 ( 1373,4) 2 130 ( 1275,3) 80 ( 784,8) 3 90 ( 882,9) 70 ( 686,7) * PEBDR: polyéthylène basse densité radicalaire ** PEHD: polyéthylène haute densité Exemple 5 On prépare, par malaxage à chaud, une composition formulée comme suit (en %): NORSOFLEXDFW 1600 46 LOTAD Ee2200 47 Caoutchouc butyle 3 Talc 4 Résultats des tests de décollement Type de P Er Décollement I Composite Après 24 heures Après 4000 heures d'étuve ventilée à 75 C Départ Palier Départ Palier P Erl * 140 ( 1373,4) 190 ( 1863,9) 125 ( 1226,25 y 150 ( 1471,5) Tricouche P Er 2 ** 130 ( 1275,3) 100 ( 981) 125 ( 1226,25, 130 ( 1275,3) i P Erl 105 ( 1030,05) 140 ( 1373,4), 90 ( 882,9) 175 ( 1716, 75) t Bicouche P Er 2 130 ( 1275,3) 100 ( 981) 230 ( 2256,3) 215 ( 2109,15) P Erl I 55 ( 539,55)1 100 ( 981) 20 ( 196,2) 50 ( 490,5) Bicouche P Er 2 100 ( 981) 60 ( 588,6) 205 ( 2011,05) 225 ( 2207,25) * P Eri = Compound polyéthylène basse densité radicalaire, de densité 0,923, d'indice de fluidité 0,3, auquel on a incorporé 3 % de noir de carbone, commercialisé sous la dénomination LOTRE Ne TB 3026 sp ** P Er 2 = polyéthylène haute densité commercialisé par la Société HOESCHT *** Plaque d'acier chauffée à 130 C seulement. Exemple 6 On prépare, par malaxage à chaud, la composition formulée comme suit (en %): NORSOFLE XFW 1600 19 Copolymère éthylène-butène-1 basse densité (d = 0,900), et d'indice de fluidité 1,1, commercialisé sous la dénomination NORSOFLE)ei FW 1900 18,5 Terpolymère comprenant 85 % en poids d'éthylène, 12 % en poids d'acrylate d'éthyle et 3 % en poids d'anhydride maléique, d'indice de fusion 2,4, de densité 0,940, commercialisé sous la dénomination LOTADER TX 8030 Talc 3,5 Caoutchouc butyle 5 Exemple 7 On prépare, par malaxage à chaud, la composition suivante: NORSOFLEX FW 1600 67 LOTADEO TX 8030 25 Talc 3 Caoutchouc butyle 5 Résultats des tests de décollement Type de P Er Composition Test de Décollement à 20 C Composite adhésive E de l'Exemple i Départ Palier Tricouche IP Er 3 * 6 115 ( 1128,15) 80 ( 784,8) P Er 2 125 ( 1226,25) 90 ( 882,9) i Bicouche P Er 3 6 90 ( 882, 9) 90 ( 882,9) P Er 2 100 ( 981) 80 ( 784,8) Trcuce I P Er I Tricouche P Er 3 7 90 ( 882,9) 90 ( 882,9) P Er 2 125 ( 1226, 25)115 ( 1128,15) Bicouche IP Er 3 7 80 ( 784,8) 55 ( 539,55) P Er 2 70 ( 686,7) 60 ( 588,6) * P Er: Compound de polyéthylène basse densité radicalaire d = 0,934, indice de fusion 0,3 et à 2,4 % de noir de carbone commercialisé sous la dénomination "LOTRENEPTE 3017 " Exemple 8 On prépare, par malaxage à chaud, la composition formulée comme suit (indice de fluidité: 1,4): NORSOFL Ee FW 1600 19 NORSOFLE FW 1500 20 LOTAD Ee TX 8030 50 Caoutchouc butyle 5 Mélange-maître contenant 30 % de talc et % de LOTADERTX 8030 6 Résul tats des tests de décollement Type de P Er Test de Décollement Composite à 20 C l i Départ Palier Tricouche P Er 3 125 ( 1226,25) 110 ( 1079,1) |t P Er 2 100 ( 981) 50 ( 490,5) Exemples 9 à 12 On prépare, par malaxage à chaud, les compositions formulées comme suit: Exemples Ingrédients 9 10 11 12 (Compa- ratif) l NORSOFLEXFW 1600 19 19 39 19 NORSOFLE XFW 1900 O O O 20 LOTADERTX 8030 77 76 50 50 Caoutchouc butyle 4 O 5 5 Mélange-maître conte- nant 30 % de talc et O 5 6 6 % de LOTADERÉat TX 8030 Résultats des tests de délaminaqe d'un composite polyester I Indice Test de décollement Composition de de l'Exemple fluidité Début Palier 9 2,10 110 ( 1079,1) 120 ( 1177,2) 2,00 95 ( 931,95) 105 ( 1030,05) 11 1,5 87,5 ( 858,4) 105 ( 1030,05) 12 1,4 105 ( 1030,05) 95 ( 931,95) REVENDICATIONS 1 Composition thermoplastique comprenant un mélange: (A) de 25 à 80 % en poids d'au moins un polymère ou copolymère partiellement cristallin de l'éthylène ayant une densité se situant entre 0,870 et 0, 945; (B) de 15 à 85 % en poids d'au moins un copolymère au hasard, comprenant: (a) de 83 à 99,7 % en moles de motifs dérivés de l'éthylène; (b) de O à 14 % en moles de motifs dérivés d'au moins un ester de l'acide acrylique ou méthacrylique; et (c) de 0,3 à 3 % en moles de motifs dérivés de l'anhydride maléique; et ayant un indice de fusion de 1 à 500 dg/min; et (C) de 1 à 8 % en poids d'au moins un caoutchouc; et (D) de O à 8 % en poids de talc. 2 Composition thermoplastique selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le caoutchouc est choisi parmi le caoutchouc butyle, les caoutchoucs éthylène-propylène, les caoutchoucs éthylène-propylène- diène et leurs mélanges. 3 Utilisation de la composition telle que définie à l'une des revendications 1 et 2, pour la fabrication d'un film ayant des propriétés adhésives. 4 Article industriel comprenant un métal revêtu par au moins une couche d'une composition thermoplastique selon la revendication 1. Article selon la revendication 4, caractérisé par le fait que l'épaisseur de la couche de composition thermoplastique va de 10 à 500 gm. 6 Article selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisé par le fait que l'indice de fusion du copolymère (B) dans la composition thermoplastique va de 2 à 10 dg/min. 7 Article selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé par le fait que le métal revêtu comprend en outre entre ledit métal et ladite couche de composition, une couche intermédiaire d'une résine époxy. 8 Article selon l'une des revendications 4 à 7, caractérisé par le fait que la couche de composition thermoplastique est elle-même revêtue par une couche d'une autre matière thermoplastique ayant une épaisseur de 50 à 5000 gim. 9 Article selon la revendication 8, caractérisé par le fait que l'autre matière thermoplastique est le polyéthylène basse densité. 10 Film composite comprenant (a) au moins une couche comprenant une composition thermoplastique selon la revendication 1, avec la condition que la proportion de talc dans ladite composition ne dépasse pas la proportion suffisante pour procurer un effet anti-bloquant, et (b) au moins une couche d'une autre matière thermoplastique.