Brevet FR2840616A1 — publié le 20031212

La présente invention concerne un procédé de préparation d'un gel hydrogonflant ainsi que l'utilisation d'un tel gel. Ledit gel sera notamment destiné à servir d'élément d'étanchéité, notamment de joint d'étanchéité dans des ouvrages en béton et/ou ciment. Toutefois, bien que plus particulièrement prévu pour de telles utilisations, ledit gel hydrogonflant pourra également être utilisé pour d'autres applications. Actuellement, il est connu des procédés de préparation d'un gel hydrogonflant, dans lesquels on utilise différentes solutions que l'on mélange pour obtenir la polymérisation, et notamment une solution comprenant des composés polymérisables, une solution comprenant un agent réducteur et une solution contenant un catalyseur. Dans l'état de la technique, l'agent réducteur est séparé des composés polymérisables de manière à conserver l'efficacité et la conservation des composés polymérisables. Ce type de procédé connu comporte différents inconvénients parmi lesquels une difficulté de mise en #uvre du procédé dans des conditions pratiques, et particulièrement de dosage des différentes solutions entre elles. De plus, les procédés de préparation connus utilisent des composés à base d'acrylamide et/ou de ses dérivés qui présentent une certaine toxicité et nécessitent des précautions d'usage particulières. La présente invention a pour but de présenter un procédé de préparation d'un gel hydrogonflant qui pallie aux inconvénients précités et permet une mise en oeuvre facilitée sur le plan pratique. Un autre but de la présente invention est de proposer un procédé de préparation d'un gel hydrogonflant à partir de composés présentant une faible toxicité. Un autre but de la présente invention est de proposer un procédé de préparation d'un gel hydrogonflant dans lequel l'agent réticulant est intégré à la solution comprenant le ou les composés polymérisables formant une solution prête à l'emploi. D'autres buts et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre, qui n'est donnée qu'à titre indicatif et qui n'a pas pour but de la limiter. Selon l'invention, le procédé de préparation d'un gel hydrogonflant est un procédé dans lequel on mélange un catalyseur et une résine, cette dernière comprenant au moins : - un agent réducteur, - un agent réticulant, - au moins un composé polymérisable. L'invention vise également l'utilisation du gel hydrogonflant obtenu à partir du procédé précité. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante qui en développe certains modes de réalisation. L'invention concerne un procédé de préparation d'un gel hydrogonflant dans lequel on mélange un catalyseur et une résine. La dite résine comprenant un agent réducteur, un agent réticulant, au moins un composé polymérisable. Grâce à un tel choix, l'invention présente l'avantage de permettre d'intégrer dans une même solution l'agent réticulant et ledit au moins un composé polymérisable. Dans cette résine, on choisira de préférence pour l'agent réducteur une amine. Cet agent réducteur a également pour fonction de relever le pH. En outre, il sert d'agent réducteur pour le catalyseur qui est un oxydant. Ainsi, on obtient un couple rédox qui favorise la polymérisation et la gélification lors du mélange avec le catalyseur. Différents composés peuvent être utilisés pour remplir la fonction d'agent réducteur et parmi lesquels on peut citer, à titre d'exemple non limitatif, l'utilisation d'un ester (méth)acrylique hydrosoluble de formule H2C=CR2-COOR4 avec de préférence R4 renfermant une fonction amine tertiaire remplissant le rôle d'agent de réduction et avec R2=CH3 ou éventuellement H. Il est également possible d'envisager l'utilisation d'un composé de formule H2C=CR2-COOR4 où R4 est une chaîne carbonée linéaire ou ramifiée contenant de préférence 2 à 6 atomes de carbone et avec au moins un atome d'azote. Par ailleurs, comme mentionné plus haut, ladite résine comprend également un agent réticulant. Cet agent réticulant a pour principal fonction d'assurer la consistance du gel à obtenir, ladite réticulation étant activée par le catalyseur lors du mélange résine/catalyseur. Il est important de noter à ce niveau que ladite résine doit avoir un pH inférieur à 7 afin d'éviter la saponification dudit agent réticulant ce qui aurait pour effet d'empêcher l'obtention d'une consistance suffisante pour réaliser le gel. Après différents tests, il a été constaté que l'utilisation d'un agent divalent et/ou trivalent et/ou tétravalent permettait d'obtenir de bons résultats et parmi ceux-ci on pourra citer à titre indicatif et non limitatif la liste suivante : - pour les divalents parmi la gamme des di(méth)acrylates polyéthoxylés de formule (H2C=CR2-COO)2R5 où R5=(OCH2-CH2), et où n est un nombre entier, et où R2=H et/ou R2=CH3 avantageusement R2=H, et/ou parmi la gamme des di(méth)acrylates polyéthoxylés et polypropoxylés de formule (H2C=CR2=COO)2RsR6 où R5=(OCH2-CH2)n et où R6=(OCH-(CH3)-CH2)m avec R5 et R6 liés par des enchaînements séquences et/ou alternés et/ou aléatoires et où n et m sont des nombres entiers et où R2=H et/ou R2=CH3 avantageusement R2=H, et/ou parmi la gamme des pentaérythrytol di(méth)acrylates polyéthoxylés de formule (HOCH2)2-C(CH2O-R5-OOC- CR2=CH2)2 où R5=(OCH2-CH2)n et/ou n est un nombre entier et où R2=H et/ou R2=CH3 avantageusement R2=H, et/ou parmi la gamme des pentaérythrytol di(méth)acrylates polyéthoxylés et polypropoxylés de formule (HOCH2)2- C(CH20-R.R.-OOC-CR2=CH2)2 où R,=(OCH2-CH2)n et où R6=(OCH(CH3)-CH2)m avec R5 et R6 liés par des enchaînements séquencés et/ou alternés et/ou aléatoires et où n et m sont des nombres entiers et où R2=H et/ou R2=CH3,avantageusement R2=H, - pour les trivalents dans la gamme des triméthylolpropane tri- (méth)acrylates polyéthoxylés de formule H3C-CH2-C[(CH20)-Rs-OOC- CR2=CH2]3 où R5=(OCH2-CH2)n et où n est un nombre entier et où R2=H et/ou R2=CH3 avantageusement R2=H, et/ou parmi la gamme des triméthylolpropane tri(méth)acrylates polyéthoxylés et polypropoxylés de formule H3C-CH2- C[CH2O)-R5R6-OOC-CR2=CH2]3 où Rs=(OCH2-CH2)n et où R6=(OCH(CH3)- CH2)m avec R5 et R6 liés par des enchaînements séquencés et/ou alternés et/ou aléatoires et où n et m sont des nombres entiers et où R2=H et/ou R2=CH3 avantageusement R2=H, et/ou parmi la gamme des glycérol tri(méth)acrylates polyéthoxylés de formule H2C(O-R5-OOC-CR2=CH2)-CH(O- R5 OOC-CR2=CH2)-CH2-(O-R5-OOC-CR2=CH2) où Rs=(OCH2-CH2)n et où n est un nombre entier, et/ou R2=H et/ou R2=CH3 avantageusement R2=H et/ou parmi la gamme glycérol tri(méth)acrylates polyéthoxylés et polypropoxylés de formule H2C(O-RsRe-OOC-CR2=CH2)-CH(O-RsRe-OOC-CR2=CH2)-CH2-(O-RsRe- OOC-CR2=CH2) où Rs=(OCH2-CH2)n et où R6=(OCH(CH3)-CH2)m avec R5 et R6 liés par des enchaînements séquencés et/ou alternés et/ou aléatoires et où n et m sont des nombres entiers et où R2=H et/ou R2=CH3 avantageusement R2=H, et/ou parmi la gamme des pentaérythrytol tri(méth)acrylates polyéthoxylés de formule (HOCH2)-C(CH2O-R5-OOC-CR2=CH2)3 où R5=(OCH2CH2)n et où n est un nombre entier et où R2=H et/ou R2=CH3 avantageusement R2=H, et/ou parmi la gamme des pentaérythrytol tri(méth)acrylates polyéthoxylés et polypropoxylés de formule (HOCH2)- C(CH20-R5R6-OOC-CR2=CH2)3 où R5=(OCH2-CH2)n et où R6= (OCH(CH3)-CH2)m avec R5 et R6 liés par des enchaînements séquencés et/ou alternés et/ou aléatoires et où n et m sont des nombres entiers et où R2=H et/ou R2=CH3, avantageusement R2=H, - pour les tétravalents dans la gamme des pentaérythrytol tétra(méth)acrylates polyéthoxylés de formule C(CH2O-R5-OOC-CR2=CH2)4 où R5=(OCH2-CH2)n et où n est un nombre entier et où R2=H et/ou R2=CH3 avantageusement R2=H, et/ou parmi la gamme des pentaérythrytol tétra(méth)acrylates polyéthoxylés et polypropoxylés de formule C(CH20-R5 R6-OOC-CR2=CH2)4 où R5=(OCH2-CH2)n et où R6=(OCH(CH3)-CH2)m avec R5 et R6 liés par des enchaînements séquencés et/ou alternés et/ou aléatoires et où n et m sont des nombres entiers et où R2=H et/ou R2=CH3, avantageusement R2=H. Dans un mode préféré de réalisation de ladite résine, on choisira comme agent réticulant un agent divalent et notamment le polyéthylène glycol diacrylate. Il est important de noter à ce niveau que la résine est formulée de préférence en phase aqueuse de manière à être homogène et comprend par exemple de 10 à 60 % d'eau. Ladite résine comprend également au moins un composé polymérisable. Selon l'invention, ledit au moins un composé polymérisable est à base de préférence de monomère et dimère (méth)acrylique. L'utilisation de ces composés hydrosolubles permet de réaliser des gels hydrophiles présentant des caractéristiques particulières. Notamment, le gel obtenu présente une capacité d'absorption de plusieurs fois sa masse en eau et peut en fonction de l'hygrométrie du milieu dans lequel il se trouve suivre des cycles d'hydratation et de déshydratation. De plus, le gel ainsi obtenu présente des caractéristiques d'élasticité lui permettant de se déformer de manière importante sans pour autant se fissurer. On pourra notamment utiliser comme composé polymérisable les composés, indiqués à titre non limitatif, suivants : - un ester (méth)acrylique monovalent de formule H2C=CR2COOR1 où R,=Na et/ou R,=Li et/ou R1=K et/ou R,=NH4. De manière avantageuse on utilisera un ester de formule H2C=CR2-COONa obtenu de manière avantageuse par la réaction entre H2C=CH-COOH et NaOH en solution aqueuse. On pourra utiliser également un ester (méth)acrylique divalent capable de générer des pontages ioniques entre les chaînes macromoléculaires de formule (H2C=CR2-COO)2R3 où R3=Mg et/ou R3=Ca et/ou R3=Zn. On choisira de préférence le magnésium pour R3 et H pour R2. De manière avantageuse, le composé de formule (H2C=CH- COO)2Mg sera obtenu par la réaction entre l'acide acrylique H2C=CH-COOH et l'hydroxyde de magnésium Mg(OH)2. Ces différents composés ont été choisis de manière à éviter de produire un gel présentant une composition agressive pour le milieu extérieur et notamment vis-à-vis des ciments et béton. Les composés sont également choisis de manière à éviter les risques d'oxydation et également rappelons-le de manière à ce que le gel ne soit pas toxique. Ainsi, ladite résine est formulée de préférence à partir au moins de soude en phase aqueuse, de Mg(OH)2 en suspension dans ladite solution de soude et d'acide acrylique de manière à former de préférence de l'acrylate de sodium et de l'acrylate de magnésium. Selon un mode préféré de réalisation, la résine est préparée de la manière suivante. Dans un premier temps, on réalise une solution de soude comportant de l'hydroxyde de magnésium en suspension. Puis on ajoute l'acide acrylique en respectant des contraintes de température afin d'éviter la polymérisation. Après un temps de refroidissement, on ajoute lesdits agents réducteurs et réticulants. La résine ainsi formée est stable et peut être stockée plusieurs mois avant son utilisation. Lors de son utilisation, il suffira d'ajouter à ladite résine un catalyseur pour initier la polymérisation. A ce sujet, on pourra utiliser différents types de catalyseurs et notamment des péroxydes minéraux ou organiques. Cela étant, on utilisera de préférence un des composés ou mélanges des composés suivants : persulfate de sodium, persulfate d'ammonium et persulfate de potassium. Le mélange résine/catalyseur est mis en oeuvre extemporanément. Le mélange est prévu apte à permettre la polymérisation dudit au moins un composé polymérisable de manière à former le gel hydrogonflant. Avantageusement, en fonction des utilisations du gel, il est envisageable d'ajouter à la résine et/ou au catalyseur, ou éventuellement au mélange des deux, différents composés parmi lesquels un azurant optique. Ledit azurant a pour fonction de constituer une trace visible sous ultraviolet de manière à pouvoir suivre l'écoulement du gel et de constater l'infiltration de gel dans les parties à traiter. En fonction des utilisations, il est également possible d'ajouter un composé accélérateur. Ce composé accélérateur permet d'augmenter la vitesse de polymérisation et d'obtenir des gels à prise rapide de l'ordre de quelques secondes à quelques dizaines de secondes. Ledit composé peut avantageusement servir également d'agent réducteur, il pourra s'agir par exemple de la triéthanolamine dosée à 85 %. Il est également possible d'ajouter un composé stabilisant permettant de préserver les composés polymérisables avant leur mise en oeuvre. On choisira de préférence un dérivé du phénol et plus particulièrement le paraméthoxyphénol. Par ailleurs, ce composé pourra également être utilisé en combinaison de la phénothiazine. La présente invention concerne également un ensemble de solutions pour la mise en #uvre du procédé de préparation tel que précité avec l'emploi d'une première dose comprenant de la résine et une seconde dose contenant le catalyseur. L'invention vise également l'utilisation du gel hydrogonflant obtenu par le procédé tel que précité comme joint d'étanchéité. Ce joint d'étanchéité sera notamment particulièrement adapté aux ouvrages en béton et/ou ciment et destiné notamment aux colmatages de fuites. Dans un mode préféré de réalisation, la première dose comprend 10 à 70 % de résine et 30 à 90 % d'eau tandis que ledit catalyseur prévu dans la seconde dose est mélangé dans de l'eau, ledit catalyseur représentant de préférence environ 1 à 5 % en masse de ladite seconde dose. Selon un exemple de réalisation ladite résine comprend en pourcentage massique : - 13,4 % d'hydroxyde de sodium - 1,3 % d'hydroxyde de magnésium - 28,3 % d'acide acrylique - 54,5 % d'eau - 1,3 % de polyéthylèneglycol diacrylate - 1 % de méthacrylate de diméthylaminoéthyle - 0,2 % d'azurant optique. Dans ce même exemple de réalisation l'accélérateur, de préférence le triéthanolamine, est incorporé à raison de 3 à 6 % en masse par rapport à la résine, selon le temps de gélification requis. Le catalyseur, de préférence dans cet exemple du persulfate d'ammonium, est mélangé à de l'eau à raison de 1 à 5 % en masse, selon le temps de gélification requis. Une dose de l'ensemble résine/accélérateur est mélangée à une dose de la solution comportant le catalyseur de manière à générer la formation dudit gel hydrogonflant. Le mélange des deux doses pourra être réalisé selon tout moyen connu de l'homme de l'art et notamment au moyen de pompes alimentant une chambre de mélange en solution. Naturellement, d'autres modes de réalisation, à la portée de l'homme de l'art, auraient pu être envisagés sans pour autant sortir du cadre tel que défini par les revendications ci-après. REVENDICATIONS 1. Procédé de préparation d'un gel hydrogonflant, dans lequel on mélange un catalyseur et une résine, cette dernière comprenant au moins : - un agent réducteur, - un agent réticulant, - au moins un composé polymérisable. 2. Procédé de préparation d'un gel hydrogonflant, selon la revendication 1, mis en #uvre extemporanément. 3. Procédé de préparation d'un gel hydrogonflant selon l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, dans lequel on polymérise ledit au moins un composé polymérisable, de manière à former ledit gel hydrogonflant, par le mélange résine/catalyseur. 4. Procédé de préparation d'un gel hydrogonflant selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on prévoit dans ladite résine et/ou dans ledit catalyseur un azurant optique. 5. Procédé de préparation d'un gel hydrogonflant selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit agent réducteur est une amine. 6. Procédé de préparation d'un gel hydrogonflant selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit agent réticulant est divalent. 7. Procédé de préparation d'un gel hydrogonflant selon la revendication 6 précédente, dans lequel ledit agent réticulant est du polyéthylèneglycol diacrylate. 8. Procédé de préparation d'un gel hydrogonflant selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit catalyseur est un persulfate de sodium et/ou persulfate d'ammonium et/ou persulfate de potassium. 9. Procédé de préparation d'un gel hydrogonflant selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite résine est formulée à partir au moins de soude en phase aqueuse, d'hydroxyde de magnésium en suspension dans ladite soude et d'acide acrylique. 10. Procédé de préparation d'un gel hydrogonflant selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite résine comprend en pourcentage massique : - 13,4 % d'hydroxyde de sodium - 1,3 % d'hydroxyde de magnésium - 28,3 % d'acide acrylique - 54,5 % d'eau - 1,3 % de polyéthylèneglycol diacrylate - 1 % de méthacrylate de diméthylaminoéthyle - 0,2 % d'azurant optique. 11. Ensemble de solutions pour la mise en oeuvre du procédé de préparation selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant au moins une résine comprenant un agent réducteur, un agent réticulant et au moins un composé polymérisable prévu selon une première dose, et un catalyseur prévu selon une seconde dose. 12. Utilisation du gel hydrogonflant obtenu par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 comme élément d'étanchéité, notamment d'ouvrages en béton et/ou ciment.