Brevet FR2818280A1 — publié le 20020621

FORMULATIONS DE PEINTURE EN DISPERSIONS AQUEUSES COMPRENANT UNE COMPOSITION DE POLYARYLALCANES COMME AGENT DE COALESCENCE ------------- L'invention concerne des formulations de peinture en dispersions aqueuses comprenant une composition de polyarylalcanes, éventuellement associée avec un cosolvant organique, comme agent de coalescence. Une des qualités souhaitées d'une peinture est qu'elle forme un revêtement uniforme. En vue d'obtenir une formation de film convenable, on incorpore dans les formulations de peinture en dispersions aqueuses un agent de coalescence. Un des agents coalescents le plus utilisé actuellement est le mono-isobutyrate de 2,2, 4- triméthyl-1, 3-pentane diol ou TEXANOL. Cependant, actuellement, la directive COV (composés organiques volatiles) fait mention que, pour l'application"couche mince", un solvant qui aurait un point d'ébullition supérieur à 250oC ne serait pas pris en compte dans la liste des COV. Ainsi, le TEXANOL qui a un point d'ébullition de 247OC, ne pourra vraisemblablement plus être utilisé comme agent de coalescence dans les formulations de peinture en dispersions aqueuses au vu de cette directive. Les formulations de peinture en dispersions aqueuses comprennent de l'eau, divers adjuvants tels que dispersant, neutralisant, pigment, bactéricide, etc., un latex qui est constitué de fines particules de polymère de 0,05 à 5, um de diamètre dispersées dans une phase aqueuse et un agent de coalescence. L'obtention d'un film à partir d'une formulation de peinture en dispersion aqueuse se déroule généralement en trois étapes. La première est la concentration du latex par évaporation de l'eau ou par absorption de celle-ci par un support poreux. Cette élimination de l'eau a pour principal effet la formation d'un mince film d'eau interstitiel entre les particules de latex très proches les unes des autres. Il y a apparition de forces capillaires qui vont contraindre les particules à poursuivre leur rapprochement. A ce stade, la seconde étape qui est la filmification peut commencer : les particules de latex entrent en contact les unes avec les autres, subissant des déformations. Les particules sphériques prennent alors progressivement la forme hexagonale. La dernière étape s'appelle la coalescence : les chaînes macromoléculaires des différentes particules de latex diffusent d'une particule à l'autre : c'est l'interdiffusion. Celle-ci a pour conséquence la perte de la trame membraneuse hydrophile existant entre les particules juxtaposées. C'est au cours de cette dernière étape très lente que le film acquiert ses propriétés optimales, en particulier ses propriétés mécaniques et de résistance aux liquides (solvants, eau). Cette formation de film dépend essentiellement de la température de transition vitreuse (Tg) du polymère. Ainsi, un latex donné ne donnera lieu à une bonne filmification que si la température est supérieure à la température minimale de filmification (TMF), caractéristique d'un latex. Le rôle d'un agent de coalescence est donc d'abaisser la TMF du latex traité pour faciliter la filmification à des basses températures. K. R. Walker"Role of coalescing aids in latex paints", (Spec. Publ. - R. Soc. Chem. (1990), 76 (Add. Water-Based Coat. ) pages 90-105) mentionne que les hydrocarbures aromatiques et aliphatiques présentent une faible activité comme agents de coalescence et peuvent en outre réduire la brillance de la peinture. On a maintenant trouvé une formulation de peinture en dispersion aqueuse comprenant de l'eau, des adjuvants, un latex et au moins un agent de coalescence, caractérisée en ce que l'agent de coalescence est une composition de polyarylalcanes choisie parmi : - les compositions (1) comprenant un mélange de produits de formule (A) : dans laquelle n, et n2 =0 ou 1 qui contient des produits (A) tels que n+n==0 et des produits (A) tels que n, +n2 =1 et de produits de formule (B) : - les compositions (II) comprenant un mélange de deux produits (C) et (D) dans lequel : . le produit (C) est un mélange d'isomères de formule : avec P1 et P2 = 0, 1 et 2, sachant que Pl + P2 g 3, et . le produit (D) est un mélange d'isomères de formule : avecp',, p' etpP4 = 0, 1 et2 p'p", p3etpg= Oet1 sachant que p\ + P"1 + P'2 + P"2 + P3 + P'3 + P4 + P5 S 2. -les compositions (ici) comprenant un mélange de deux produits (A1) et (A2), tels que : . le produit (A1) est un mélange d'isomères de formule : avec m, et m2 = 0, 1 ou 2 sachant que m1 + m3, # I le produit (A2) est un mélange d'isomères de formule : avec q1 et q2 = 0,1 ou 2 sachant que q, + q2 # 3, l'un au moins des composés (A1) et (A2) comprenant un isomère ayant trois noyaux benzéniques. - les compositions (IV) comprenant les deux produits (A1) et (A2) et, en outre, au moins un composé choisi parmi les produits (Et), (E2) ou (E3) suivants : . (E1) est un isomère ou un mélange d'isomères de formule : avec r'1, r"1 et r4 = 0, 1 ou 2 r'1, r"2, r3, r'3 et r5 = 0 et 1 sachant que r'1 + r", + r'2 + r"2 + r3 + r'3 + r4 + r5 est inférieur ou égal à 2, R, et R2 représentent un atome d'hydrogène ; (E2) est un isomère ou un mélange d'isomères de même formule générale que (E1), sauf que Ri et R2 représentent un méthyle et les coefficients r sont remplacés par s et ont la même signification ; # (E3) est un isomère ou un mélange d'isomères de même formule générale que (E1), sauf que R, et R2 sont différents et représentent un atome d'hydrogène ou un radical méthyle et les coefficients r sont remplacés par t et ont la même signification. Les compositions (1) peuvent contenir du produit (A) à 2 noyaux, le (méthylbenzyl) xylène, et du produit (A) à 3 noyaux que l'on désigne par bis (méthylbenzyl) xylène. Ce produit (A) à 3 noyaux peut être du produit tel que nui = 1 et n2 = 0, du produit tel que n=0 et n2 = 1 ou un mélange de ces deux derniers. La composition de polyarylalcanes peut aussi contenir des produits tels que ni = 1 et n2 = 1. A titre d'illustration de compositions (I) utilisables selon la présente invention, on citera la composition de polyarylalcanes vendue par la Société ATOFINA sous la désignation JARISOL XX ayant une teneur pondérale en composés (A) à 2 et 3 noyaux aromatiques supérieure à 99 %. A titre d'illustration de compositions (II) utilisables selon la présente invention, on citera la composition de polyarylalcanes vendue par la Société ATOFINA sous la désignation JARYLEC C100 qui est constitué essentiellement par 70 % à 80 % en poids d'un mélange d'isomères de benzyltoluène (produit (C), P, = P2 = 0) et par 20 % à 30 % en poids d'isomères de dibenzyltoluène (produit (C), p, = 1, p2 = 0 ou p, =0 et p ;, =1) et de ditolylphénylméthane (produit (D), p', + p + p'2 + p"2 + P3 + P'3 + P4 + p5 = 0). Ces compositions peuvent être obtenues par des procédés décrits dans les brevets EP 136 230-B1, EP 299 867-B1, EP 384 818- B1, EP 500 435-B1 incorporés dans la présente invention, par références, qui consistent à effectuer la chloration du toluène ou du xylène puis d'effectuer une condensation de type Friedel et Crafts soit sur du toluène, soit sur du xylène (mélange d'isomères), soit sur un mélange toluène et xylène, soit sur du benzène, soit sur un mélange benzène et toluène. La réaction terminée, on élimine directement le ou les réactifs non transformés par distillation puis le produit brut peut être soumis à un traitement de déchloration tel que décrit dans le brevet EP306398-B1. re obtenues Ainsi, par exemple, les compositions (ici) peuvent être obtenues par un procédé décrit dans le brevet EP 136 230-B1 qui consiste dans une première étape, à faire réagir du chlore sur du toluène par réaction radicalaire en présence de générateur de radicaux libres à une température comprise entre 50 C et 110oC puis dans une seconde étape, on soumet le produit de réaction de la première étape à une réaction de condensation avec le toluène en présence de FeCI3 à une température comprise entre 50 C et 100oC. Les compositions (1) peuvent être obtenues selon un procédé décrit dans le brevet EP 500 435-81 qui consiste à réaliser la condensation du chlorure de (methyl) benzyl avec du xylène en présence de FeCI3. De préférence, on utilisera les compositions de polyarylalcanes (1) vendue par la Société ATOFINA sous la désignation JARISOL XX. Selon la présente invention, on utilisera une quantité pondérale de la composition de polyarylalcanes allant de 0,5 % à 15 % et, de préférence, allant de 1 % à 7 % par rapport à la quantité pondérale de latex mis en oeuvre. La composition de polyarylalcanes présente l'avantage d'abaisser fortement la TMF des latex notamment des latex styrène/acrylique. En outre, on constate une bonne application de la peinture, sans apparition visible de coulures. Le temps de reprise est allongé, ce qui permet de retoucher à la brosse le film sans provoquer de défauts irréversibles. Selon la présente invention, la composition de polyarylalcanes peut être associée avec au moins un cosolvant choisi entre le 4-hydroxy- 4-méthyl-2-pentanone dénommé également diacétone alcool (DA) ou le 2-méthyl-2, 4-pentandiol dénommé également hexylène glycol (HG). Ces cosolvants peuvent être utilisés des quantités pondérales allant de 0,5 % à 15 % et, de préférence, allant de 1 % à 7 % par rapport à la quantité pondérale de latex mise en oeuvre. L'association d'un cosolvant à la composition de polyarylalcanes présente l'avantage de conduire à des formulations plus polyvalentes qu'avec la composition de polyarylalcanes utilisée seule ; notamment dans le cas des latex purement acrylique. Les exemples qui suivent illustrent l'invention. Produits utilisés : Agents de coalescence : - composition de polyarylméthanes (1) ayant une teneur pondérale de (méthylbenzyl) xylènes-composé (A) à 2 noyaux (nl ==n2=0) et en bis (méthylbenzyl) xylènes-composé (A) à 3 noyaux (n1 +n2 =1 avec n1 =1, n2=0 ; n1 =0, n2=1) supérieure à 99 % vendue par la Société ATOFINA sous la désignation JARISOL XX, ci-après XX, - TEXANOL vendu par la société EASTMAN KODAK Cosolvants : - diacétone alcool, ci-après DA, vendu par la société ATOFINA, - hexylène glycol, ci-après HG, vendu par la société ATOFINA, - propylène glycol, ci-après PG, vendu par la société ARCOCHEM. Latex : - REPOLEM 2423, ci-après 2423 qui est un latex styrène/acrylique commercialisé par la société ATOFINA, - ECOCRYL 102, ci-après Eh 02 qui est un latex acrylique pur, commercialisé par la société ATOFINA, - REPOLEM 2152, ci-après 2152 qui est un latex styrène/acrylique/acrylonitrile commercialisé par la société ATOFINA. Essai sur les LATEX : Nous avons mesuré la température minimale de filmificationTMF-de latex contenant du TEXANOL (essais comparatifs C), du XX seul ou associé avec un cosolvant. Mesure de la TMF : La TMF est déterminée à la température la plus basse où il y a formation d'un film continu, homogène et sans craquelures selon la nome internationale ISO 2115 (troisième édition 1996-02-15). Résultats : AGENT DE COALESCENCE LATEX TMF Essai Composé Quantité (OC) (% en poids) 1 - - 2423 15 2C TEXANOL 2 2423 6 3C TEXANOL 4 2423 0 4 XX 2 2423 7 5 XX 4 2423 0 6 - - E 102 19 7C TEXANOL 3 E102 0 8 XX 3 E102 10 9 XX+HG 1, 5+1, 5 E102 0 10 XX+DA 1, 5+1, 5 E102 0 11 - - 2152 58,5 12 C TEXANOL 8 2152 12 13 XX 8 2152 29,5 TABLEAU 1 Dans ce tableau, C signifie Comparatif. On constate que le XX seul permet d'abaisser considérablement la TMF des latex styrène/acrylique et styrène/acrylique/acrylonitrile et a donc une activité comme agent de coalescence équivalente à celle du TEXANOL dans le cas notamment des latex styrène/acrylique. Associé avec un cosolvant, la combinaison présente la même activité que le TEXANOL dans le cas des latex acrylique pur. ESSAIS sur les peintures (peinture brillante) : Essais effectués avec le REPOLEM 2423 comme latex Peinture 1 non conforme à l'invention : Quantités utilisées pour 1 kg de produit fini. Dans un réacteur de 3 litres équipé d'un réfrigérant, d'un dispositif d'agitation (calé sur 200 tr/min), on introduit dans l'ordre : 19,4 g d'eau ; 28,3 g de propylène glycol (cosolvant) ; 0,8 g de AMP 90 (neutralisant) ; 5,2 g de DISPEX GA 40 (dispersant) ; 207 g de TIPURE R 706 (TiO2) ; 0, 1 g d'ACTICIDE BX (bactéricide) et 1,9 g de TEGO FOAMEX 7447 (antimousse). La préparation est soumise à une agitation à grande vitesse pendant 20 min. On ajoute ensuite 547,3 g de REPOLEM 2423 ; 21,7 g de TEXANOL (agent de coalescence) et de nouveau un antimousse BYK 024 (0,9 g) ; puis 54,2 g de RHEOLATE 278 (épaississant), et l'on complète avec 110,9 g d'eau. Quand la préparation est homogène, on ajuste le pH à 8,5 grâce à de l'ammoniac. Peinture 2 selon l'invention : On opère comme précédemment excepté que le TEXANOL est remplacé par la même quantité de XX et le propylène glycol (PG) est remplacé par la même quantité d'hexylène glycol HG. Peinture 3 selon l'invention : On opère comme dans le cas de la peinture 2 excepté que l'on remplace le HG par la même quantité de diacétone alcool DA. MESURE DE LA BRILLANCE : La brillance est mesurée à l'aide d'un brillancemètre sous 3 angles différents selon la nature de la peinture. Dans notre cas, puisqu'il s'agit d'une peinture à haut brillant, les angles d'observation sont 20 à 60 degrés. Pour une peinture aqueuse brillante, une valeur de brillant au moins égale à 60 %, mesuré sous un angle de 20 degrés, est considérée comme correcte. TEST D'APPLICATION PRATIQUE : LA REPRISE : La reprise désigne la cicatrice laissée dans un film à hauteur de la zone de raccord entre la première partie et la seconde partie appliquée après un temps donné. Dans nos essais, ce temps est égal à 2 minutes. C'est une évaluation quantitative d'un défaut plus ou moins marqué qui est noté de 1 à 6,1 représentant la meilleure performance et 6 la moins bonne. Les résultats sont reportés dans le tableau 2. Agent de coalescence Cosolvant Brillance (%) Peinture (% poids) Reprise (% poids) (angle de 20 ) 1NC TEXANOL4% PG5% 58, 2 6 2 XX 4 HG5% 67,6 4 3 XX 4% DA5% 71 J 5 TABLEAU 2 Les peintures 2 et 3 ont une brillance nettement supérieure à celle prise comme peinture de référence (1 NC) et une reprise améliorée. Essais effectués avec 'ECOCRYL 102 : On opère comme pour la peinture 1 excepté que l'on remplace le REPOLEM 2423 par la même quantité d'ECOCRYL 102 et que les quantités d'agents de coalescence et de cosolvants sont inférieures et sont telles qu'indiquées dans le tableau 3. Sur ces peintures, on effectue les tests d'applications pratiques suivants : - la reprise, -le tendu et la coulure qui permettent d'évaluer de façon quantitative la facilité d'application et le tendu d'un film de peinture ainsi que la présence plus ou moins prononcée de coulures sur le film : ils sont notés, comme pour la reprise de 1 à 6,1 représentant la meilleure performance et 6 la moins bonne. Les résultats sont reportés dans le tableau 3. Agent de coalescence Cosolvant Peinture (% poids) Reprise Coulure Tendu (% poids) 4NC TEXANOL3% PG4% 6 5 3 5 XX % HG4 % 4 2 1 6 XX 3 % DA 4 % 1 4 2 TABLEAU 3 Dans les tableaux 2 et 3, NC signifie Non Conforme à l'invention. Les performance applicatives sont nettement améliorées par rapport à la référence 4 NC. REVENDICATIONS --------------- 1. Formulation de peinture en dispersion aqueuse comprenant de l'eau, des adjuvants, un latex et au moins un agent de coalescence, caractérisée en ce que l'agent de coalescence est une composition de polyarylalcanes choisie parmi : - les compositions (1) comprenant un mélange de produits de formule (A) : dans laquelle n1 et n2 =0 ou 1 qui contient des produits (A) tels que n, +n2 =0 et des produits (A) tels que n1 + n2 = 1 et de produits de formule (B) : - les compositions (H) comprenant un mélange de deux produits (C) et (D) dans lequel : . le produit (C) est un mélange d'isomères de formule : avec pi et p2 = 0, 1 et 2, sachant que p1 + p2 # 3, et + le produit (D) est un mélange d'isomères de formule : avec\, p'\etp=0, 1et2 p'p"p3etpg= Oet1 sachant que p', + p", + P82 + P'2 + P3 + P'3 + P4 + p5 : 5 2. - les compositions (tut) comprenant un mélange de deux produits (A1) et (A2), tels que : * le produit (Al) est un mélange d'isomères de formule : avec m1 et m2 =0, 1 ou 2 sachant que m, + m avec q, et q2 = 0, 1 ou 2 sachant que q, + q -les compositions (IV) comprenant les deux produits (A1) et (A2) et, en outre, au moins un composé choisi parmi les produits (E1), (E2) ou (E3) suivants : . (El) est un isomère ou un mélange d'isomères de formule : avecr'1'r"1 et r4 = 0, 1 ou 2 r', r", r3, r'3etrg= Oett sachant que r', + r"1 + r'2 + r"2 + r3 + r'3 + r4 + r5 est inférieur ou égal à 2, Ri et R2 représentent un atome d'hydrogène ; (E2) est un isomère ou un mélange d'isomères de même formule générale que (E1), sauf que Ri et R2 représentent un méthyle et les coefficients r sont remplacés par s et ont la même signification ; (E3) est un isomère ou un mélange d'isomères de même formule générale que (E1), sauf que R1 et R2 sont différents et représentent un atome d'hydrogène ou un radical méthyle et les coefficients r sont remplacés par t et ont la même signification. 2. Formulation selon la revendication 1, caractérisée en ce que les compositions (1) comprennent du produit (A) (n1=n2=0) à 2 noyaux, les (méthylbenzyl) xylènes, et du produit (A) à 3 noyaux, les bis (méthylbenzyl) xylènes (n1 +n2=1 avec n1 =1 et n2=0 ou n1 =0 et n2=1). 3. Formulation selon la revendication 2, caractérisée en ce que la composition (1) a une teneur pondérale en composés (A) à 2 et 3 noyaux aromatiques supérieure à 99 %. 4. Formulation selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que l'on utilise une quantité pondérale de la composition de polyarylalcanes allant de 0,5 % à 15 % par rapport à la quantité pondérale de latex mise en oeuvre. 5. Formulation selon la revendication 4, caractérisée en ce que l'on utilise une quantité pondérale de la composition de polyarylalcanes allant de 1 % à 7 % par rapport à la quantité pondérale de latex mise en oeuvre. Formulation selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un"cosolvant" choisi entre le 4-hydroxy-4-méthyl-2-pentanone (diacétone alcool) ou le 2-méthyl-2, 4-pentandiol (hexylène-glycol). 7. Formulation selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'on utilise une quantité pondérale de cosolvant allant de 0,5 % à 15 % par rapport à la quantité pondérale de latex mise en oeuvre. 8. Formulation selon la revendication 7, caractérisée en ce que l'on utilise une quantité pondérale de cosolvant allant de 1 % à 7 % par rapport à la quantité de latex mise en oeuvre.