Brevet FR2689514A1 — publié le 19931008

COMPOSITION THERMOPLASTIQUE MULTIPHASE A BASE DE RESINE POLYAMIDE CONTENANT UN POLYMERE D'ETHYLENE A FONCTION EPOXYDE L'invention a pour objet une composition thermoplastique multiphase ayant une résistance au choc améliorée. L'invention concerne notamment une composition thermo- plastique à base de résine polyamide ayant une résistance au choc amélioré notamment à basse température, contenant au moins un polymère d'éthylène ayant des motifs dérivés d'époxyde insaturés. L'invention a également pour objet les articles obtenus à partir de ladite composition. Des compositions à matrice de polyamides et de polymères éthylèniques sont déjà connues pour leur résistance au choc. En particulier, le brevet EP 096 264 décrit un matériau à haute résistance à l'impact contenant: (A) un nylon thermoplastique ayant une viscosité relative de 2,5 à 5, et (B) de 5 à 60 % en poids, par rapport à (A), d'un terpolymère non réticulé constitué de: (a) 55 à 79,5 % en poids d'éthylène, (b) 20 à 40 % en poids d'au moins un (méth)acrylate d'alkyle primaire ou secondaire, et (c) 0,5 à 8 % en poids d'un monomère fonctionnelle- ment acide (par exemple l'anhydride maléique). Le brevet EP 218 665 décrit des compositions contenant de à 95 % en poids d'au moins une résine polyamide, et de 5 à % en poids d'au moins un polymère d'éthylène contenant de 0,9 à 16 % en moles de motifs dérivés de l'anhydride maléique et/ou d'au moins un acrylate ou méthacrylate d'alkyle dont le groupe alkyle a de 1 à 6 atomes de carbone. Ledit polymère d'éthylène est présente sous forme d'un mélange de copolymère éthylène/(méth)acrylate d'alkyle (A) et de terpolymère éthylène/anhydride maléïque/(méth)acrylate d'alkyle (B), le rapport pondéral (A)/(B) étant compris entre 1/3 et 3. 2 2689514 On connait également le document EP-A-072 480 qui décritune composition résistante à l'impact comprenant de 50 à % en poids de polyamide, de 1 à 45 % en poids d'une résine ionomère éthylénique et de 0,5 à 40 % en poids d'un copolymère éthylénique élastomérique. Enfin le brevet US 3 373 223 décrit un alliage polymère essentiellement constitué de 25 à 90 % en poids de polyoléfine, à 70 % en poids de polyamide et 1 à 10 % en poids d'un copo- lymère éthylène/acide (méth)acrylique. Cependant, bien que ces compositions présentent une ré- sistance au choc améliorée comparativement à la matrice de po- lyamide employée seule, cette amélioration reste cependant in- suffisante pour de nombreuses applications nécessitant une ré- sistance au choc excellente notamment à base température. On a maintenant trouvé une composition thermoplastique multiphase à base de résine polyamide, ayant une résistance au choc amélioré notamment à basse température, caractérisée en ce qu'elle comprend (A) de 50 % à 95 % en poids d'au moins une résine poly- amide et (B) de 5 % à 50 % en poids de: (a) 10 % à 100 % en poids d'au moins un terpolymère éthylène/(méth)acrylate d'alkyle/époxyde insaturé (I) et de (b) O à 90 % en poids d'au moins un polymère choisi dans le groupe constitué par les polyéthylènes, les copolymères éthylène/(méth)acrylate d'alkyle (II), les terpolymères éthylène/(méth)acrylate d'al- kyle/anhydride d'acide dicarboxylique insaturé (III). S'agissant des époxydes insaturés entrant dans le terpolymère (I) on peut citer notamment les esters et les éthers de glycidyle aliphatiques tels que l'acrylate de glycidyle, le méthacrylate de glycidyle, le maleate de glycidyle, l'itaconate de glycidyle, le vinylglycidyléther, l'allylglycidyléther. Parmi ces époxydes insaturés, on préfère tout particulièrement utiliser l'acrylate de glycidyle et le méthacrylate de glycidyle. Selon la présente invention le terpolymère (I) comprend de 0,2 % à 5 % en mole d'au moins un motif dérivé d'un époxyde insaturé et de 1 % à 15 % en mole d'au moins un motif dérivé d'un acrylate ou méthacrylate d'alkyle et a un indice de fluidité compris entre 1 et 50 dg/mn, mesuré selon la norme NFT 51-016 (conditions: 190 C/ charge de 2,16 kg). Le groupement alkyle de l'acrylate ou méthacrylate d'alkyle entrant dans le terpolymère (I) dans les copolymères (II) et dans les terpolymères (III) qui peut être linéaire, ramifié ou cyclique a jusqu'à 10 atomes de carbone. A titre d'illustration d'acrylate ou de méthacrylate d'alkyle entrant dans le terpolymère, les copolymères (II) et dans les terpolymères (III) on peut citer notamment l'acrylate de méthyle, l'acrylate d'éthyle, l'acrylate de n-butyle, l'acrylate d'isobutyle, l'acrylate d'éthyl-2 hexyle, l'acrylate de cyclohexyle, le méthacrylate de méthyle, le méthacrylate d'éthyle Parmi ces acrylates et méthacrylates d'alkyle on préfère tout particulièrement l'acrylate d'éthyle, l'acrylate de n-butyle et le méthacrylate de méthyle. Selon la présente invention les copolymères (II) comprennent de 1 % à 20 % en mole de motifs dérivés d'acrylate ou de méthacrylate d'alkyle et ont un indice de fluidité compris entre 1 et 50 dg/mm mesuré selon la norme NFT 51-016 (conditions 190 C/charge de 2,16 kg). Selon la présente invention, les terpolymères (III) comprennent de 0,01 % à 5 % et, de préférence, 0,1 % à 2 % en mole d'au moins un motif dérivé d'un anhydride d'acide dicarboxylique insaturé et de 3 % à 20 % en mole d'au moins un motif dérivé d'un acrylate ou méthacrylate d'alkyle et ont un indice de fluidité compris entre 1 et 50 dg/mn mesuré selon la norme NFT 51-016 (conditions: 190 C/charge de 2,16 kg). A titre d'illustration d'anhydride d'acide dicarboxylique insaturé entrant dès les terpolymères (III) on citera l'anhydride itaconique, l'anhydride citraconique, l'anhydride méthyl-2 maléique, l'anhydride diméthyl-2,3 maléique, l'anydride bicyclo( 2 2 2) oct-5-ène 2,3 dicarboxylique, l'anhydride maléique. Parmi ces anhydrides d'acide dicarboxylique insaturés, on préfère tout particulièrement utiliser l'anhydride maléique. Par polyéthylénes, on désigne présentement un polyethylene haute densité de cristallinité supérieure à 30 %, un polyethylene basse densité. On a en effet trouvé que les compositions à matrice poly- amide et à composés polyoléfiniques connus jusqu'à présent pré- sentaient une résistance au choc améliorée mais encore insuffi- sante pour certaines applications. La demanderesse a trouvé que l'utilisation en tant que polymère d'éthylène de 10 % à 100 % d'un terpolymère éthy- lène/(méth)acrylate d'alkyle/époxyde insaturé (I) et de O % à % d'un polymère choisi dans le groupe constitué par les polyéthylènes, les copolymères (II), les terpolymères (III) permettait d'améliorer la résistance au choc des compositions connues jusqu'à présent, notamment à basse température. Par résine polyamide on désigne présentement une résine produite par polycondensation d'un ou plusieurs aminoacides tels que les acides aminocaproique amino-7 heptanoique, amino- 11 undécanoïque ou de quantités équimolaires d'un acide dicar- boxylique saturé contenant de 4 à 12 atomes de carbone avec une diamine, la diamine contenant de 4 à 14 atomes de carbone On peut utiliser un excès de diamine de manière à obtenir un excès de groupes terminaux amine par rapport aux groupes terminaux carboxyle dans le polyamide. A titre d'illustration de telles résines on citera: le polyhexaméthylèneadipamide(polyamide 6-6), le polyhexaméthylèneazélaamide(polyamide 6-9), le polyhexaméthylènesébacamide(polyamide 6-10), le polyhexaméthylènedodécanédiamide(nylon 6-12), le poly(undécanoamide)(polyamide 11). Il est possible aussi d'utiliser dans la présente inven- tion des polyamides préparés par polycondensation d'au moins deux des monomères et polymères mentionnés ci-dessus, ce qui conduit à des copolyamides. Les résines polyamide de la présente invention peuvent également être produites par polymérisation d'un ou plusieurs lactames tels que le caprolactame qui conduit au polyamide 6 ou le lauryllactame qui conduit au polyamide 12. Ces résines polyamide ont une masse moléculaire d'au moins 5000 et de préférence un point de fusion supérieur ou égal à 180 C. 2689514 On peut encore incorporer dans les compositions des sta- bilisants, des agents de démoulage, des lubrifiants, des accé- lérateurs de cristallisation, des plastifiants, des pigments, des colorants ou des charges minérales Selon une variante il est ainsi possible de rigidifier les compositions décrites ci- dessus en y ajoutant une proportion importante de charges miné- rales, avantageusement jusqu'à 50 parties en poids d'au moins une charge minérale pour 100 parties en poids du total de ré- sine polyamide, de copolymère et de terpolymère La charge mi- nérale pulvérulente ou à l'état de fibres ou plaquettes peut, par exemple, être choisie parmi les fibres de verre, les billes de verre, le mica, le talc, les argiles, les aluminates et si- licates, par exemple de calcium,l'alumine, l'hydrate d'alumine, le noir de carbone, les fibres de carbone ou de bore, l'amiante, les oxyde, hydroxyde, carbonate et sulfate de magné- sium ou de calcium, les oxydes de fer, antimoine, zinc, le di- oxyde de titane, le sulfate de baryum, la bentonite, la terre de diatomées, le kaolin, la silice telle le quartz, le feld- spath. La composition objet de la présente invention est obtenue de façon connue par toute technique de mélangeage à l'état fondu telle que, par exemple, l'extrusion, le travail sur mé- langeur interne. Un second objet de la présente invention concerne des ar- ticles obtenus à partir d'au moins une composition décrite pré- cédemment Ces articles peuvent être obtenus par toutes mé- thodes conventionnelles utilisées dans l'industrie des thermo- plastiques, notamment des articles moulés par injection, ou ob- tenus par extrusion (film, tuyaux, plaques, fibres,) Les compositions thermoplastiques multiphases obtenues dans le cadre de la présente invention possèdent une résistance au choc améliorée notamment à basse température qui les rendent particulièrement intéressantes pour toute application exigeant cette qualité, notamment dans le secteur des industries automo- bile et électronique, des appareils à usage domestique ou in- dustriel, des articles de sport. Les exemples suivants illustrent l'invention. EXEMPLE 1 (Comparatif) On considère une première composition témoin constituée de 80 % en poids d'un polyamide 6 de point de fusion égale à 2200 C (déterminé selon la norme ASTM D 789) et de densité égale à 1,13 g/cm 3 (déterminé selon la norme ISO R 1183 D) et de 20 % en poids d'un copolymère éthylène/acrylate de n-butyle d'indice de fluidité égal à 2,5 dg/mn (déterminé selon la norme NFT 51- 016 selon les conditions: 1900 C/charge de 2,16 kg) dont la proportion en poids d'acrylate de butyle est de 28 %. Le mélange est effectué sur un comalaxeur BUSS PR 46 à une vitesse de vis de 250 tours par minute et à une température matière de 2400 C puis granulé. Les granulés obtenus sont séchés sous pression réduite à une température de 800 C puis sont moulés par injection sur une machine type BILLION 80/50 à une température de 2500 C et à pression d'injection de 50 M Pa en éprouvettes normalisées ( 4 X X 80 mm 3) pour effectuer la résistance au choc CHARPY selon la norme ISO R 179. Les éprouvettes sont conditionnées pendant 14 jours à 230 C et 50 % d'humidité relative puis on réalise sur les éprou- vettes préalablement entaillées la résistance au choc Les ré- sistances au choc CHARPY mesurées à différentes températures sont exprimées en k J/m 2 et sont reportées dans le tableau ci- après. EXEMPLE 2 (comparatif) On prépare selon les conditions opératoires de l'exemple 1 une composition témoin constituée de: % en poids du polyamide 6 utilisé dans l'exemple 1, t en poids d'un terpolymère d'indice de fluidité égale à 7 dg/mn (déterminé selon la norme NFT 51-016 selon les conditions/ 1900 C/2,16 kg) comprenant 28 % en poids d'acrylate d'éthyle, 1,8 t en poids d'anhydride maléique et 72 % en poids d'éthylène. La résistance au choc CHARPY est mesurée sur des éprouvettes entaillées préparées selon les conditions décrites dans l'exemple 1. Les résistances au choc CHARPY obtenues à différentes températures, exprimées en k J/m 2, sont reportés dans le tableau ci-après. EXEMPLE 3 On prépare selon les conditions opératoires de l'exemple 1 une composition constituée de: % en poids du polyamide 6 utilisé dans l'exemple 1, % en poids d'un terpolymère d'indice de fluidité égale à 5 dg/mn (norme NFT 51-016/conditions: 1900 C/2,16 kg) comprenant 25 % en poids d'acrylate d'éthyle, 8 % en poids de méthacrylate de glycidyle et 67 % en poids d'éthylène. La résistance au choc CHARPY est mesurée sur des éprouvettes entaillées préparées selon les conditions décrites dans l'exemple 1. Les résistances au choc CHARPY obtenues à différentes températures, exprimées en k J/m 2 sont reportés dans le tableau ci-après. EXEMPLE 4 On prépare un mélange Mi constitué de 10 % en poids du terpolymère de l'exemple 3 et de 90 % en poids du copolymère de l'exemple 1 par mélangeage sur comalaxeur BUSS PR 46 à une vi- tesse de vis de 250 tours par minute et à une température ma- tière de 1200 C. Le mélange est granulé. On prépare ensuite selon les conditions opératoires de l'exemple 1 une composition constituée de: % en poids du polyamide 6 utilisée dans l'exemple 1, % en poids du mélange Mi précédemment préparé. La résistance au choc CHARPY est mesurée sur des éprouvettes entaillées préparées selon les conditions décrites dans l'exemple 1. Les résistances au choc CHARPY obtenues à différentes températures, exprimées en k J/m 2, sont reportés dans le tableau ci-après. EXEMPLE 5 On prépare selon les conditions de l'exemple 4 un mélange M 2 constitué de 30 % en poids du copolymère de l'exemple 1 et % en poids du terpolymère de l'exemple 3. On prépare ensuite selon les conditions opératoires de l'exemple 1 une composition constituée de: % en poids du polyamide 6 utilisée dans l'exemple 1, % en poids du mélange M 2 précédemment préparé. La résistance au choc CHARPY est mesurée sur des éprouvettes entaillées préparées selon les conditions décrites dans l'exemple 1. Les résistances au choc CHARPY obtenues à différentes températures, exprimées en k J/m Z, sont reportés dans le tableau ci-après. EXEMPLE 6 On prépare à sec au tonneau un mélange M 3 constitué de: % en poids du terpolymère de l'exemple 2 % en poids du terpolymère de l'exemple 3. On prépare ensuite selon les conditions opératoires de l'exemple 1 une composition constituée de: % en poids du polyamide 6 utilisée dans l'exemple 1, % en poids du mélange M 3 précédemment préparé. La résistance au choc CHARPY est mesurée sur des éprouvettes entaillées préparées selon les conditions décrites dans l'exemple 1. Les résistances au choc CHARPY obtenues à différentes températures, exprimées en k J/m 2, sont reportés dans le tableau ci-après. EXEMPLE 7 (comparatif) On prépare une composition témoin constitué de 80 % en poids d'un polyamide 6,6 de point de fusion égal à 2550 C et de densité égale à 1,13 g/cm 3 et de 20 % du copolymère utilisé dans l'exemple 1. Le mélange est effectué sur un comalaxeur BUSS PR 46 à une vitesse de vis de 250 tours par minute et à une température matière de 270 WC puis granulé. Les granulés obtenus sont séchés sous pression réduite à une température de 800 C puis sont moulés par injection sur une machine à une température de 280 WC et à pression d'injection de 10 M Pa en éprouvettes normalisées ( 4 X 10 X 80 mm 3) pour effectuer la résistance au choc CHARPY selon la norme ISO R 179. Les éprouvettes sont conditionnées pendant 14 jours à 230 C et 50 % d'humidité relative puis on réalise sur les éprou- vettes préalablement entaillées la résistance au choc Les ré- sistances au choc CHARPY obtenues à différentes températures sont exprimées en k J/m 2 et sont reportées dans le tableau ci- après. EXEMPLE 8 On prépare selon les conditions opératoires de l'exemple 7 une composition constituée de: t en poids du polyamide 6,6 utilisé dans l'exemple 7, % en poids du terpolymère de l'exemple 3. La résistance au choc CHARPY est mesurée sur des éprouvettes entaillées préparées selon les conditions décrites dans l'exemple 1. Les résistances au choc CHARPY obtenues à différentes températures, exprimées en k J/m 2 sont reportés dans le tableau ci-après. EXEMPLE 9 On prépare selon les conditions opératoires de l'exemple 7 une composition constituée de: % en poids du polyamide-6,6 utilisé dans l'exemple 7, % en poids du mélange Mi utilisé dans l'exemple 4. La résistance au choc CHARPY est mesurée sur des éprouvettes entaillées préparées selon les conditions décrites dans l'exemple 7. Les résistances au choc CHARPY obtenues à différentes températures, exprimées en k J/m 2 sont reportés dans le tableau ci-après. TABLEAU * NC = non casse Valeurs obtenues pour la Résistance au choc CHARPY (en k J/m 2) EXEMPLES 1 2 3 4 5 6 7 8 9 TEMPERATURE C 11 28 50 50 NC* NC* 14 40 40 -20 C 8 22 34 40 37 42 10 33 34 -40 C 5,5 16 26 36 30 38 8 22 29 REVENDICATIONS R E V E N D I C A T I O N S 1 Composition thermoplastique multiphase à base de résine polyamide, caractérisée en ce qu'elle comprend (A) de 50 % à 95 % en poids d'au moins une résine polyamide et: (B) de 5 % à 50 % en poids de: (a) 10 % à 100 % en poids d'au moins un terpolymère éthylène/(méth) acrylate d'alkyle/époxyde insaturé (I) et de (b) O à 90 % en poids d'au moins un polymère choisi dans le groupe constitué par: les polyéthylènes, les copolymères éthylène/(méth) acrylate d'alkyle (II), les terpolymères éthylène/(méth)acrylate d'alkyle/anhydride d'acide dicarboxylique insaturé (III). 2 Composition selon la revendication 1, caractérisée en ce que le terpolymère (I) comprend de 0,2 % à 5 % en mole d'au moins un motif dérivé d'un époxyde insaturé, de 1 % à 15 % en mole d'au moins un motif dérivé d'un acrylate ou méthacrylate d'alkyle et a un indice de fluidité compris entre 1 et 50 dg/mn mesuré selon la norme NFT 51-016 (conditions: 190 C/ charge de 2,16 kg). 3 Composition selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que l'époxyde insaturé dans le terpolymère (I) est un ester de glycidyle aliphatique. 4 Composition selon la revendication 3, caractérisée en ce que l'ester de glycidyle aliphatique est le méthacrylate de glycidyle. Composition selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que le groupement alkyle de l'acrylate ou méthacrylate d'alkyle entrant dans le terpolymère (I) est linéaire, ramifié ou cyclique et -a jusqu'à 10 atomes de carbone. 6 Composition selon la revendication 5 caractérisée en ce que l'acrylate d'alkyle est l'acrylate d'éthyle. 12 2689514 7 Composition selon la revendication 1, caractérisée en ce que les copolymères (II) comprennent de 1 % à 20 % en mole de motifs dérivés d'acrylate ou de méthacrylate d'alkyle et ont un indice de fluidité compris entre 1 et 50 dg/mn mesuré selon la norme NFT 51-016 (conditions: 190 C/charge de 2,16 kg). 8 Composition selon l'une des revendications 1 et 7, caractérisée en ce que le groupement alkyle de l'acrylate ou méthacrylate d'alkyle entrant dans les copolymères (II) est linéaire, ramifié ou cyclique et a jusqu'à 10 atomes de carbone. 9 Composition selon la revendication 8, caractérisée en ce que l'acrylate d'alkyle est l'acrylate de n-butyle. Composition selon la revendication 1, caractérisée en ce que les terpolymères (III) comprennent de 0,01 % à 5 % en mole de motifs dérivés d'anhydride d'acide dicarboxylique insaturé et de 3 % à 20 % en mole de motifs dérivés d'un acrylate ou méthacrylate d'alkyle et ont un indice de fluidité compris entre 1 et 50 dg/mn mesuré selon la norme NFT-51-016 conditions: 190 C/ charge de 2,16 kg). 11 Composition selon la revendication 10, caractérisée en ce que les terpolymères (III) comprennent de 0,1 % à 2 % en mole de motifs dérivés d'anhydride d'acide dicarboxylique insaturé. 12 Composition selon l'une des revendications 1, 10 et 11, caractérisée en ce que l'anhydride d'acide dicarboxylique insaturé entrant dans les terpolymères (III) est l'anhydride maléïque. 13 Composition selon l'une des revendications 1 et 10 caractérisée en ce que le groupement alkyle de l'acrylate ou méthacrylate d'alkyle entrant dans les terpolymères (III) est linéaire, ramifié ou cyclique et a jusqu'à 10 atomes de carbone. 14 Composition selon la revendication 13 caractérisée en ce que l'acrylate d'alkyle est l'acrylate d'éthyle. Articles obtenus à partir d'au moins une composition selon l'une des revendications 1 à 14.