Brevet FR2809337A1 — publié le 20011130

DURCISSEMENT AMPLIFIE PAR RAYONNEMENT Arrière-plan de l'invention La présente invention concemrne la préparation de matériaux abrasifs revêtus, comprenant un liant durcissable et, de façon spécifique, des formulations pour le finissage de substrats en tissu ( durcissables par un rayonnement. L'utilisation de formulations durcissables par un rayonnement dans la préparation d'abrasifs revêtus est enseignée depuis de nombreuses années. L'un des exemples les plus récents de cette forme de liant est décrit dans le brevet US N 4 547 204 qui décrit des uréthane-acrylates et des époxy-acrylates durcissant par un rayonnement, utilisant un rayonnement de faisceau d'électrons. De plus, le brevet US N 4 773 920 enseigne I'utilisation de mélanges liant/grain durcissables par polymérisation radicalaire induite par un rayonnement. Dans le brevet US N 5 014 468, les problèmes de la polymérisation induite par un rayonnement sont indiqués dans le contexte des abrasifs revêtus. Il est souligné que, au vu de la pénétration limitée de la lumière UV dans une formulation qui comprend un pigment et/ou des particules abrasives relativement grossières, le rayonnement UV est quelque peu limité en ce qui concerne son utilité dans des couches relativement minces. D'autre part, une polymérisation induite par un faisceau d'électrons peut induire une détérioration dans certains substrats s'ils sont exposés à des doses élevées (10 à 12 Mrads) dans un effort pour durcir des revêtements épais ou des revêtements ayant une forte proportion d'abrasif ou de charge. Les problèmes limitant l'applicabilité de polymères durcis par un rayonnement dans les abrasifs revêtus sont notables dans leur plus large mesure dans le cadre des formulations de finissage. Il s'agit de formulations ajoutés à des matériaux de tissu pour les préparer à recevoir des revêtements d'apprêt ( Typiquement, elles comprennent des polymères et des charges destinées à saturer le support ou sous-couche ( laquelle la couche d'apprêt va se coller étroitement. Si le support ou la sous- couche est trop poreux, la majeure partie de l'apprêt va être absorbée dans le corps du support, le rendant inutile pour le propos d'ancrer les grains 2 2809337 abrasifs lors de leur application. Par conséquent, on utilise typiquement des quantités de charge très significatives. La charge est un composant nécessaire pour réduire le coût, bloquer les passages à l'intérieur du tissu pour réduire sa porosité et modifier les propriétés physiques du support ou de la sous-couche. En particulier, I'addition de charge améliore le module de la formulation durcie et, en même temps, réduit la quantité des composants formant un polymère (habituellement coûteux) qui comprennent le liant Ainsi, les charges sont souvent des composants préférés également des couches d'apprêt ( La présence de fortes quantités de charge est très défavorable à _.o, l'utilisation de liants durcissables par un rayonnement UV parce que, à moins que les charges utilisées soient transparentes au rayonnement UV, le rayonnement UV ne peut pas pénétrer suffisamment loin en raison de l'effet d'ombrage des particules de charge. Un rayonnement de faisceau d'électrons est efficace, mais si une forte dose est requise pour pénétrer la formulation, i y a un fort risque d'endommagement du substrat. Ainsi, en dépit des avantages évidents des formulations durcissables par un rayonnement en termes de vitesse de durcissement, ces produits ont du mal à quitter les marchés de niche pour lesquels ils sont particulièrement adaptés, tels que les tampons d'affinage et les disques abrasifs pour applications optiques. On a maintenant trouvé un procédé pour durcir des couches de finitions (c finishes ",) appliquées sur un tissu, utilisant un traitement par un rayonnement de façon à effectuer un durcissement rapide de la couche de finition sans endommagement significatif du tissu de substrat. Ce procédé accélère de façon significative la production d'abrasifs revêtus qui, lorsqu'on utilise des techniques conventionnelles, doit subir les retards imposés par la nécessité d'un durcissement progressif et précautionneux des liants actuellement utilisés à tous les stades de la production. La présente invention met à disposition une formulation utilisable pour charger un substrat ou un matériau de support à utiliser dans la production d'un abrasif revêtu. La formulation comprend un liant qui est durcissable par un rayonnement et produit un article durci ( charges et/ou pigments. 3 2809337 Description Générale de l'invention La présente invention met à disposition une formulation polymérisable qui est stable dans les conditions ambiantes (que l'on comprend être bla pression atmosphérique et une température inférieure à environ 20 0C), comprenant une charge, un composé durcissable par un rayonnement et un promoteur capable de favoriser une polymérisation radicalaire du composé à une température inférieure à celle générée dans la formulation par la polymérisation du composé amorcée par un rayonnement. Un deuxième aspect de l'invention met à disposition un procédé pour la production d'un matériau de support utilisable dans la production d'un abrasif revêtu qui comprend: a) le traitement d'un tissu avec une formulation de finissage comprenant une charge, un composé liant durcissable par un rayonnement qui est polymérisable par un mécanisme de polymérisation radicalaire et un promoteur qui favorise la polymérisation radicalaire du composé liant à une température inférieure à celle générée dans la formulation par la polymérisation induite par un rayonnement du composé liant mais est pratiquement inactif aux températures ambiantes; b) I'amorçage de la polymérisation du liant utilisant un rayonnement de façon que la température d'au moins une partie de la formulation soit élevée au-delà de celle à laquelle le promoteur est activé; et c) la poursuite de la polymérisation sous l'influence du promoteur. Dans un procédé préféré selon cet aspect de l'invention, le rayonnement est interrompu une fois que la température d'activation du promoteur a été atteinte et la polymérisation se poursuit jusqu'à ce qu'elle soit pratiquement achevée sans autre traitement par rayonnement. Les charges les plus fréquemment utilisées sont le carbonate de calcium, le talc, les argiles telles que le kaolin, le gypse, le carbonate de magnésium, les alumines hydratées et la silice. Dans la présente invention, on peut utiliser n'importe lequel de ces matériaux, ainsi que d'autres matériaux de charge convenables. Toutefois, si on utilise un rayonnement UV pour amorcer le durcissement, la charge est de préférence une charge qui est pratiquement transparente à la lumière UV, telle que l'alumine trihydratée. 4 2809337 Description Détaillée de l'invention La formulation de finissage de l'invention contient de préférence de 0 à environ 60 % en poids, et de manière plus préférée de 0 à 25 % en poids d'une charge. En plus de la charge, il est possible d'ajouter d'autres additifs tels que des colorants, des additifs antistatiques, des tensioactifs et d'autres additifs adaptés pour permettre une pénétration et un recouvrement plus efficaces pour le tissu auquel elle est appliquée. Le tissu utilisé est fréquemment un tissu qui est tissé (" woven fabric ") mais, dans de nombreux cas, on peut préférer un non tissé, lié par couture ou tricoTé. Toutefois, tous ces tissus partagent, dans une mesure plus ou moins importante, une caractéristique de porosité et requièrent l'application d'un traitement de finissage pour réduire cette porosité avant qu'on puisse les utiliser efficacement comme supports pour abrasifs revêtus. Le processus de finissage offre un moyen pour obtenir une bonne adhérence au tissu et un maintien d'intégrité requis, permettant au produit abrasif de fonctionner dans une large plage de conditions. Le promoteur utilisable dans la formulation est un promoteur qui est inactif à la température à laquelle la formulation est stockée ou utilisée durant la polymérisation induite par rayonnement de faisceau d'électrons. En pratique, ceci signifie que le promoteur est inactif à des températures inférieures à environ 25 C et, de préférence, n'est pas activé jusqu'à ce qu'on ait atteint une température dépassant environ 300C. Les promoteurs sont souvent classés par leur "température de demi- vie à 10 heures", qui est la température à laquelle la moitié du promoteur deviendra inactive après 10 heures d'exposition à cette température. Cette température est appelée "température d'activation" ci- après. Dans ce contexte, les promoteurs préférés sont ceux ayant une température de demi-vie à 10 heures d'au moins 50 C et de manière plus préférée supérieure à environ 70 C. Des promoteurs convenables (dont la demi-vie à 10 heures est indiquée entre parenthèses) comprennent: I'hydroperoxyde de t-butyle (172 C); le peroxyde de t-butyle (1270C); le peroxyde de t-amyle (1000C); le peroxyde de caprylyle (63 C); le peroxyde de dicumyle (117 C); et le peroxyde de lauryle (620C). On peut utiliser d'autres 2809337 promoteurs tels que les suivants, toujours du moment que, durant le processus de durcissement, la température peut être élevée au-delà de bla température d'activation: peroxybenzoate de t-butyle (107 0C); peroxyacétate de t-amyle (100 C0); peroctoate de t-butyle (73 0C); et les composés azoliques tels que l'azobisisobutyronitrile (environ 650C). Ces promoteurs sont activés par la chaleur, si bien qu'il est important que l'exothermie générée par la polymérisation induite par un rayonnement du liant soit suffisante pour élever la température d'au moins une partie de la formulation au-delà de la température d'activation du promoteur. Dans le cas o le promoteur a une température de demi-vie à 10 heures située vers le côté inférieur de la plage préférée, il est possible de doser le prom6feur dans le système en même temps que l'application de b formulation sur le substrat, ou légèrement avant. Ceci introduit un niveau de complexité qui n'est habituellement pas nécessaire et n'est par conséquent généralement pas préféré. Quand on utilise un rayonnement de faisceau d'électrons, I'intensité du rayonnement de faisceau d'électrons est suffisante pour amorcer la polymérisation au taux requis mais insuffisante pour provoquer des dommages au substrat. Le taux auquel on s'attend habituellement à un endommagement est supérieur à environ 10 Mrads. Certains substrats tels que ceux constitués de fibres cellulosiques sont particulièrement sensibles à un tel endommagement et, quand on utilise ces substrats, il peut être souhaitable d'utiliser des promoteurs qui sont activés du côté inférieur de bla plage permise pour minimiser la quantité d'exposition au rayonnement requise pour élever la température de la formulation à la température d'activation du promoteur. En variante, un rayonnement UV peut être l'amorceur de polymérisation préféré. En général, quand on utilise un rayonnement de faisceau d'électrons, bla quantité peut être de 1 à 10 Mrads et mieux encore de 3 à 8 Mrads. Le liant polymérisable par un rayonnement peut être n'importe lequel de ceux généralement connus dans la technique comme étant utiles dans de telles applications. Ils comprennent les (méth)acrylates (y compris les polyacrylates); les époxy(méth)acrylates; les uréthane(méth)acrylates; les polyesters insaturés; et les isocyanurates. Les charges choisies pour les formulations selon l'invention comprennent le carbonate de calcium; l'oxyde d'aluminium (en particulier la forme trihydratée); le talc; le gypse broyé; bla 6 2809337 silice et le carbonate de magnésium. La charge préférée, en termes de pureté et de coût des matériaux disponibles, est souvent le carbonate de calcium. Toutefois, comme on l'a indiqué ci-dessus, lorsqu'on utilise un rayonnement UV pour amorcer la polymérisation, la charge préférée est l'aluminium trihydraté. Les formulations de liant préférées selon l'invention comprennent de à 99,9 % en poids d'un liant polymérisable; de 0 à 60 % en poids d'une charge; et de 0,1 à 5 % en poids du promoteur. Des formulations particulièrement préférées comprennent de 60 à 99,75 % en poids du liant; de 0 à 40 % en poids de la charge; et de 0,25 à 3 % en poids du promoteur. Description des Modes Préférés de Réalisations La présente invention est maintenant illustrée par référence à l'exemple qui suit, qui est prévu à des fins d'illustration uniquement et n'est pas destiné à apporter une quelconque limitation nécessaire au cadre essentiel de l'invention. Dans chacune des quatre formulations décrites ci-dessous, on utilise une formulation de liant comprenant 30 % en poids d'un oligomère époxy- acrylate disponible auprès de UCB Radcure Inc. sous la marque enregistrée EBECRYL 3700 et 30 % en poids de triacrylate de triméthylpropane, auxquels on a ajouté 1 % en poids, par rapport à la formulation, d'un photoamorceur. On ajoute aussi un amorceur thermique (peroxybenzoate de tbutyle), en une quantité de 0,25 % en poids par rapport à la formulation, aux formulations selon l'invention. Dans la moitié des formulations, on ajoute aussi 25 % en poids (par rapport au poids de la formulation) d'une charge, qui est de l'aluminium trihydraté. Ainsi, les quatre formulations testées en comprennent deux sans amorceur thermique et deux avec l'amorceur thermique. Dans chaque paire, une, a de l'aluminium trihydraté (ATH) en tant que charge et l'autre n'en a pas. On étale chaque formulation uniformément sur une toile de support se déplaçant sous une source de lumière UV à 25,4 cm/s (50 pieds par minute). On effectue le durcissement aux UV en utilisant une ampoule Fusion "D" générant 118 watts/cm (300 watts/pouce). Après passage par le traitement 7 2809337 de durcissement aux UV, on mesure la profondeur de durcissement et on l'enregistre. On montre par conséquent que, dans la mesure o la température atteinte durant le processus de durcissement UV atteint une valeur supérieure à la température d'activation de l'amorceur thermique, on peut obtenir un durcissement sur une profondeur bien plus importante en présence d'un amnorceur thermique. La chaleur peut être générée par la réaction de polymérisation exothermique des composants de la formulation sous l'influence du rayonnement UV et être éventuellement augmentée par la chaleur radiante naturellement émise par la source de rayonnement UV. 8 2809337 REVENDICATIONS 1. Formulation de finissage de tissu qui est stable dans les conditions ambiantes, caractérisée en ce qu'elle comprend de 25 à 60 % en poids, par rapport au poids de la formulation, d'une charge, et de 40 à % en poids, par rapport au poids de la formulation, d'un matériau liant qui comprend un composé polymérisable par un rayonnement et de 0,1 à 5 %, par rapport au poids du matériau liant, d'un amorceur thermique pour la polymérisation du composé qui est activé à des températures supérieures à environ 25 C mais inférieures aux températures atteintes durant la polymérisation induite par un rayonnement. 2. Forrfilation selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend d'environ 30 à environ 40 % en poids de la charge. 3. Formulation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le matériau liant comprend un amorceur thermique choisi dans l'ensemble constitué par: le peroxybenzoate de t-butyle; I'hydroperoxyde de t-amyle; le peroxyde de caprylyle; le peroxyde de dicumyle; le peroxyde de di- tert-butyle; et le peroxyde de lauroyle, ainsi que leurs mélanges. 4. Formulation selon la revendication 1, caractérisée en ce que la quantité de l'amorceur thermique est de 0,25 à 3 % en poids par rapport au matériau liant. 5. Formulation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le composé liant polymérisable par un rayonnement est choisi dans l'ensemble constitué par: les (méth)acrylates, les polyacrylates; les époxy(méth) acrylates; les uréthane(méth)acrylates; les polyesters insaturés et les isocyanurates. 6. Procédé pour la production d'un matériau de support à utiliser dans un abrasif revêtu, caractérisé en ce qu'il comprend: a) le traitement d'un substrat de tissu avec une formulation de finissage comprenant une charge, un composé liant durcissable par un rayonnement et un amorceur thermique qui favorise la polymérisation radicalaire du composé liant à une température supérieure à celle générée dans la formulation par la polymérisation induite par un rayonnement du composé liant mais est pratiquement inactif aux températures ambiantes; b) I'amorçage de la polymérisation par un rayonnement du liant durcissable par un rayonnement de façon que la température d'au moins une 9 2809337 partie de la formulation soit élevée au-delà de la température d'activation de l'amorceur thermique; et c) la poursuite de la polymérisation sous l'influence de l'amorceur thermique seul. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la polymérisation est amorcée au moyen d'un rayonnement de faisceau d'électrons. 8. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la polymérisation est amorcée par un rayonnement UV et la charge est I'aluminium trihydraté.