Brevet FR2903413A1 — publié le 20080111

La présente invention concerne un procédé d'obtention d'une poudre à mouler. La présente invention entre dans le domaine de la plasturgie, plus particulièrement pour la production de poudre à mouler. L'invention couvre également les composants pour l'obtention de cette poudre ainsi que les produits obtenus à partir d'une telle poudre. Une telle poudre trouvera son application dans le moulage et l'injection pour la fabrication de pièce. Plus spécifiquement, mais non limitativement, ladite poudre est destinée à la fabrication de pièce en résines par moulage à basse température. De préférence, ladite poudre à mouler est une composition à base de poudres de résines acryliques fortement chargées. En effet, pour améliorer la résistance et la qualité des pièces moulées, il est d'usage d'intégrer des charges de toute sorte, notamment minérales, dans la composition des poudres. Un inconvénient de l'ajout de particules minérales réside dans le fait que les résines acryliques combinées aux particules de la charge forment des pièces moins homogènes, en raison de la difficulté à obtenir une répartition uniforme des particules de la charge au sein des résines. En effet, quelle que soient les méthodes employées, les contraintes de moulage ne permettent pas de maintenir les particules de la charge réparties de façon homogène. De plus, sous l'effet d'un différentiel de tension de surface lesdites particules ont tendance à s'agglomérer aggravant le problème précédemment évoqué et provoquant des défauts dans les pièces moulées. Ces contraintes et défauts augmentent proportionnellement avec la quantité de charge ajoutée à la poudre. Par conséquent, un seuil maximal de charge peut être ajouté à une poudre au-delà duquel l'homogénéité et la qualité de la pièce ne sont plus garanties. A cela il faut ajouter que le moulage d'une pièce en matière thermodurcissable présente la particularité qu'au moment de la polymérisation il se produit un retrait de la 2903413 2 matière qui est inversement proportionnel à la quantité de charge qu'elle contient. Dans la mesure où cette quantité est nécessairement limitée, ce retrait reste dans tous les cas important, de sorte qu'il est très difficile de réaliser des 5 pièces de dimensions régulières, respectant des tolérances serrées. Ce retrait des résines combiné à une homogénéité médiocre de la matière, engendre encore des contraintes dans ces pièces moulées. 10 Les procédés connus de fabrication de pièces à partir de poudres chargées consistent généralement à mélanger les charges ou les poudres chargées par incorporation directe de ces dernières dans un polymère fondu, générant les problèmes précédemment évoqués. 15 L'invention a pour but de pallier les inconvénients de l'état de la technique au travers de la production de poudre à mouler. L'invention couvre également les composants pour l'obtention de cette poudre, ainsi que les produits obtenus à partir d'une telle poudre. 20 Pour ce faire, la présente invention consiste à produire des poudres composites de charges encapsulées dans des résines de polymères. L'invention a principalement pour but de répartir uniformément la charge au sein de la poudre et par conséquent 25 d'obtenir des pièces homogènes. De plus, au travers du procédé de réalisation de poudre selon l'invention, le pourcentage de charge incorporé dans la matière peut être augmenté considérablement. Enfin, lors du moulage d'une pièce, cette part importante 30 de particules de charge contenu dans la résine a pour conséquence un moindre retrait de la matière et la possibilité d'obtenir des pièces de dimensions ajustées. L'invention concerne donc un procédé d'obtention d'une poudre à mouler, caractérisé en ce qu'il consiste à : 35 - procéder à l'encapsulation de particules d'au moins une charge au travers de la polymérisation radicalaire d'au moins 2903413 3 un monomère en présence d'au moins une charge, ladite charge se présentant sous forme d'une poudre dispersée dans un liquide solvant dudit monomère et non solvant du polymère à obtenir, ledit polymère étant défini de nature infusible et/ou 5 insoluble dans son monomère; - séparer, notamment par centrifugation, filtration ou décantation, ledit liquide non soluble dudit polymère ; - sécher ledit polymère de manière à obtenir une première poudre de charges encapsulées ; 10 puis : - réitérer les étapes précédentes de manière à obtenir au moins une deuxième poudre de polymère défini fusible et/ou soluble dans son monomère ; et - mélanger lesdites première et deuxième poudres. 15 L'invention concerne aussi une poudre à mouler issue du procédé précédent, caractérisée par le fait qu'elle comprend au moins deux poudres, d'une part, une première poudre de charges encapsulées dans un polymère infusible et/ou insoluble et, d'autre part, une deuxième poudre de polymère fusible et/ou 20 soluble dans son monomère. L'invention concerne encore un procédé de fabrication de pâte à mouler comprenant une telle poudre à mouler, dans laquelle on ajoute un solvant du polymère de la deuxième poudre, qui est un monomère ou un mélange de monomères, de 25 manière à obtenir un mastic apte à être moulé sous pression. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui va suivre des modes de réalisation non limitatifs de l'invention. La présente invention concerne l'obtention d'une poudre à 30 mouler, en particulier le procédé de fabrication d'une poudre à mouler à partir de plusieurs poudres de charges encapsulées. Une caractéristique de l'invention réside dans l'utilisation de poudres complémentaires entre elles. Cette compatibilité se traduit par une homogénéité qui assure une 35 cohésion entre les composants au niveau du matériau finalement obtenu après moulage. Compatibles entre eux signifie que 2903413 4 les polymères des différentes poudres forment une seule phase, au sens thermodynamique du terme, et qu'ils sont parfaitement adhérents l'un à l'autre. Plus spécifiquement, au moins une première poudre est 5 chargée. Cette charge se présente sous forme de particules, ces dernières pouvant être de tout type, notamment minéral, cellulosique, organique, polymère, en matériau synthétique ou tout autre type. Cette charge peut aussi se présenter sous la forme de métaux d'oxydes de carbure. Elles peuvent aussi être 10 constituées d'un matériau fissible, par exemple de l'uranium, du plutonium ou autre. Préférentiellement, les charges peuvent être constituées en tout ou partie par des composés comportant un grande quantité de pneus recyclés. Plus particulièrement, selon différents modes de 15 réalisation, les charges peuvent indifféremment être issues de tout type de minéral naturel réduit en poudre. De préférence, ce minéral est insoluble dans l'eau. La charge sera obtenue par pulvérisation de roche ou minerai naturel de manière à obtenir des particules d'une granulométrie choisie, comprise entre 1 et 20 100 pm. A titre d'exemple, la charge peut être obtenue à partir de marbre, talc, silice, sables, feldspath, barytine, roches, argiles, bentonites, terres diatomées, etc. La charge peut aussi comprendre des particules obtenues par traitement de minéraux naturels, tels que des oxydes de 25 fer, titane, zinc, étain, plomb, bismuth, zirconium ou tout autre type d'oxyde de métal ou métalloïde. Ces charges peuvent aussi être des carbonates, tel du magnésium, du calcium, du baryum ou leur mélange naturel ou de précipitation. La charge peut encore comprendre des silicates naturels, des sulfates de 30 calcium et de baryum, naturels ou de synthèses. La charge peut aussi comprendre des composés non cristallins tels des verres, des poudres de basalte fondu, de la silice, mais aussi par des matériaux de grande dureté comme l'alumine, les corindons et les carbures. 35 Tout type de composant peut être envisagé dans la charge pour conférer des caractéristiques à la pièce ainsi obtenue. De 2903413 5 préférence, la charge doit être inerte de sorte qu'elle ne réagisse pas avec les composants chimiques desdites poudres à obtenir. Selon un autre mode de réalisation, la poudre à mouler 5 selon l'invention comprend un mélange d'au moins deux poudres obtenues par polymérisation. Plus particulièrement, mais non limitativement, une première poudre est obtenue par polymérisation radicalaire d'au moins un monomère en présence d'une charge. Au travers de cette étape, on procède à 10 l'encapsulation des particules de la charge. On notera à ce propos qu'une charge peut être composée ici de plusieurs types de particules, minérales ou autre. Cette étape d'encapsulation réside dans la polymérisation radicalaire d'au moins un monomère en présence d'au moins une 15 charge, ladite charge se présentant sous forme d'une poudre micronique dispersée dans un liquide solvant dudit monomère et non solvant du polymère à obtenir. De plus, la première poudre comporte un polymère défini de nature infusible et/ou insoluble dans son monomère. Elle est 20 obtenue après avoir séparé, par centrifugation ou tout autre moyen, ledit liquide non solvant dudit polymère, puis avoir séché ledit polymère de manière à obtenir une poudre de charges encapsulées. On notera que le polymère obtenu n'est jamais soluble dans 25 le liquide de préparation. Ce liquide de préparation est un dérivé pétrolier non aromatique et peut être, avantageusement mais non limitativement, un alcane ou mélange d'alcanes. Toutefois, le liquide de préparation est choisi de sorte que tous les monomères y soient solubles. 30 Selon le mode de réalisation, des polymères solubles peuvent être ajoutés au solvant, dans une teneur de 2 à 10ô avant l'ajout de la charge ou d'un monomère ou mélange de monomère, conférant différente caractéristique, par exemple une résistance ou une élasticité accrue lors d'ajout de caoutchouc. 35 On notera aussi que le monomère peut contenir une proportion de 2 à 10ô d'élastomère. 2903413 6 Ces additifs polymères solubles à ajouter au solvant des monomères peuvent avantageusement être non réticulés, du type utilisé pour la production d'élastomère. Par exemple et non limitativement, ces additifs peuvent être des copolymères 5 élastomères statistique ou à bloc du butadiène et du styrène, copolymères élastomères statistique ou à bloc de l'isoprène et du styrène ainsi que des copolymères élastomères d'éthylène et de propylène et de diène. De manière générale, ces additifs peuvent être composé d'un monomère ou mélange de monomères dont 10 la température de transition est inférieure à 0 C et qui soient soluble dans les hydrocarbures et réticulables par voie radicalire. L'étape de polymérisation est réitérée de manière à obtenir au moins une deuxième poudre de polymère défini soluble 15 dans son monomère ou fusible. Les poudres sont alors mélangées entre elles. De préférence, les première et deuxième poudres engendrées sont mélangées dans des proportions respectives comprises entre 20 et 80 Ce rapport entre les différentes poudres est fonction des caractéristiques souhaitées pour le 20 produit final. Le mélange est fait aisément avant filtration des deux suspensions de particules. On notera aussi que les polymères peuvent être des homopolymères ou des copolymères. Le monomère solvant peut, quant à lui, être un monomère ou mélange de monomères 25 acryliques et/ou méthacryliques et/ou styréniques et/ou vinyliques. Le but de l'invention est, au cours de deux étapes successives identiques, d'obtenir une première et une deuxième poudre de sorte que, d'une part, le polymère de la première 30 poudre est obtenu de manière à être infusible et/ou insoluble dans son monomère et, d'autre part, le polymère de la deuxième poudre est obtenu de manière à être soluble dans son monomère ou fusible. De plus, le polymère de la deuxième poudre est prévu compatible avec le polymère de la première poudre. 35 Par conséquent, deux types de polymères sont déposés sur les charges. Un premier type de polymère est réticulé et 2903413 7 insoluble dans tout solvant. Toutefois, en présence de certains solvants, ce polymère peut gonfler, en particulier dans ses monomeres. Par contre, ce polymère est infusible, se décomposant avant liquéfaction. 5 Un second type de polymères est linéaire ou faiblement branché. Il est choisi fortement soluble dans divers solvant et en particulier dans ses monomères. Il est aussi fusible, en particulier il peut être choisi fusible à une température de 120 C à 170 C selon les monomères. 10 En résumé, tous ces polymères peuvent être des copolymères des divers monomères tout en conservant leur caractère respectif infusible ou fusible au sein de leur monomère ainsi que le fait qu'ils soient insolubles dans leur liquide de polymérisation. 15 La poudre à mouler selon l'invention est obtenue par mélange d'au moins deux de ces poudres aux caractéristiques complémentaires. Un solvant monomère peut être ajouté pour obtenir une pâte à mouler. Ce solvant est un monomère (ou mélange de monomères solvant susceptible de former un produit 20 réticulé) du polymère de la deuxième poudre pour l'obtention d'un mastic apte à être moulé sous pression à froid. En particulier, le pressage dudit mastic peut s'effectuer sous une pression de 200 à 1000 kPa. Ce mastic peut aussi être injecté. En d'autres termes, lors du mélange des deux poudres, la 25 partie soluble de la deuxième poudre sert d'agent de liaison à la première poudre, tel une colle. Cette fraction soluble permet, au travers du caractère non cohésif de la première poudre, la fabrication d'un mastic homogène, uniforme et facile à presser. De plus, ce mastic est avantageusement formulé de 30 manière à ce que le produit obtenu après moulage soit infusible et apte à être démoulé. Selon un mode particulier de réalisation, la charge encapsulée de manière à réaliser la seconde poudre est constituée au moins en partie par la première poudre. En effet, 35 après réalisation d'une première poudre par radicalisation de charge, on en capsule à nouveau les particules de cette 2903413 8 première poudre. Outre l'économie d'un réacteur, l'homogénéité de la poudre est augmentée. De même, la poudre à mouler selon l'invention peut être composée d'un mélange d'une première poudre et d'une deuxième 5 poudre, la deuxième poudre contenant au moins en partie des charges encapsulées sous forme des particules de la première poudre. Selon un mode de réalisation, l'invention consiste à réaliser des poudres à mouler sur une base acrylique. 10 Dans un premier temps, on traite des particules de charge minérale par encapsulation avec un polymère acrylique, comme du polyméthacrylate de méthyle usuellement PMMA , ce dernier est polymérisé de manière à obtenir un polymère de forte masse molaire. De même le PMMA est réticulé et déposé sur la surface 15 des particules de la charge. De même, on traite des particules de charge, de même nature ou de type différent que la charge précédente ou encapsulée dans une des étapes précédentes, par encapsulation avec un polymère acrylique réticulé en surface des particules 20 de la charge mais qui est traité de manière à recouvrir d'une seconde couche le polymère non réticulé. Les charges, traitées en surface par encapsulation avec des PMMA copolymères modifiés, comportent des groupements fonctionnels réactifs, tel des hydroxyles, des acides, des 25 époxydes ou des anhydrides. La poudre est ensuite obtenue au travers d'un système de dispersion non aqueuse de charges traitées dans un produit solvant des monomères et non solvant des polymères en formation. 30 Appliqué à un exemple de réalisation, dans le cadre de charges de type carbonate de calcium dont la densité massique est de 2,7 kg/L, les charges enduites d'un PMMA sont déposées en quantité comprise entre 30 et 150% du volume initial des particules minérales pour obtenir une composition finale telle 35 que la fraction minérale représente 50 à 90% en poids. Ces charges sont enduites par deux couches de PMMA , l'une 2903413 9 réticulée, l'autre non réticulée, en proportions volumiques organiques relatives à la fraction volumique minérale comprises entre 20 et 200%. Au cours de la préparation des poudres, ces dernières sont 5 dispersées dans un liquide solvant des monomères utilisés préalablement pour les polymérisations. Par contre, ce liquide n'est pas solvant des polymères à obtenir ni n'est soluble dans ces polymères à plus de 10% dans les conditions de synthèse. De plus, ce liquide a une température d'ébullition permettant un 10 séchage de la poudre dans des conditions de température et de pression compatibles avec la stabilité des polymères à obtenir. Il a aussi une densité permettant une séparation aisée par décantation de la charge non traitée. Avantageusement, ce liquide de préparation est indéfiniment recyclable. Selon le 15 mode de réalisation, peuvent être utilisés des alcanes ou hydrocarbures en C6 à C12, préférentiellement C8 et C9, avec un point d'ébullition REVENDICATIONS 1. Procédé d'obtention d'une poudre à mouler, caractérisé en ce qu'il consiste à : - procéder à l'encapsulation de particules d'au moins une charge au travers de la polymérisation radicalaire d'au moins un monomère en présence d'au moins une charge, ladite charge se présentant sous forme d'une poudre dispersée dans un liquide solvant dudit monomère et non solvant du polymère à obtenir, ledit polymère étant défini de nature infusible et/ou insoluble dans son monomère; - séparer, notamment par centrifugation, filtration ou décantation, ledit liquide non soluble dudit polymère ; - sécher ledit polymère de manière à obtenir une première poudre de charges encapsulées ; puis : - réitérer les étapes précédentes de manière à obtenir au moins une deuxième poudre de polymère défini fusible et/ou soluble dans son monomère ; et - mélanger lesdites première et deuxième poudres 2. Procédé d'obtention selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit monomère est un monomère ou mélange de monomères acryliques et/ou méthacryliques et/ou styréniques et/ou vinyliques. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que la charge encapsulée de manière à obtenir la deuxième poudre de polymère fusible et/ou soluble dans son monomère est constituée au moins en partie par la première poudre. 4. Procédé d'obtention selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que lesdites première et deuxième poudres sont mélangées dans des proportions comprises entre 20 et 80 %. 5. Procédé d'obtention selon l'une quelconque des 35 revendications précédente, caractérisé par le fait que les polymères desdites poudres sont choisis compatibles entre eux. 14 15 2903413 6. Procédé d'obtention selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la charge est composée de particules minérales, cellulosiques, organiques, synthétiques ou fissibles. 5 7. Poudre à mouler issue du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait qu'elle comprend au moins deux poudres, d'une part, une première poudre de charges encapsulées dans un polymère infusible et/ou insoluble et, d'autre part, une deuxième poudre 10 de polymère fusible et/ou soluble dans son monomère. 8. Poudre à mouler selon la revendication 7, caractérisé par le fait que lesdites première et deuxième poudres sont présentes dans des proportions comprises entre 20 et 80 %. 9. Procédé de fabrication de pâte à mouler comprenant la 15 poudre à mouler selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il consiste à ajouter à ladite poudre à mouler, un solvant du polymère de la deuxième poudre, qui est un monomère ou un mélange de monomères, de manière à obtenir un mastic apte à être moulé sous pression.