Brevet FR2947278A1 — publié le 20101231

Composition polyamide modifiée comprenant au moins un composé phénolique La présente invention concerne l'utilisation d'un composé phénolique pour la fabrication d'un polyamide modifié ayant un taux de cristallinité augmenté. L'invention concerne également une composition polyamide comprenant au moins un tel composé phénolique et éventuellement des charges de renfort ou de remplissage. La composition est préférentiellement une composition à mouler, par exemple sous forme de granulés ou de poudre, servant à la fabrication d'articles par un procédé de moulage par injection. Les polyamides techniques sont utilisés pour la réalisation de nombreux articles dans différents domaines, comme le domaine de l'automobile, où des propriétés spécifiques de rigidité, de résistance aux chocs, de stabilité dimensionnelle, en particulier à température relativement élevée, d'aspect de surface, de densité et de poids sont particulièrement recherchées. Le choix d'un matériau pour une application donnée est généralement guidé par le niveau de performances exigées vis-à-vis de certaines propriétés et par son coût. On cherche en effet toujours de nouveaux matériaux susceptibles de répondre à un cahier des charges en terme de performance et/ou de coûts. La demanderesse vient de découvrir de manière tout a fait surprenante que l'utilisation d'un composé phénolique particulier dans une composition polyamide permettait l'obtention de nouveaux compromis de propriétés quant à la maîtrise de la stabilité dimensionnelle dont la signature sur le matériau est une meilleure inhibition de l'absorption d'eau, de meilleurs propriétés barrières à la diffusion d'espèce et une plus grande fluidité à la transformation en voie fondue. Il apparaît en effet que le composé phénolique particulier selon l'invention agirait comme un agent augmentant le taux de cristallinité du polyamide. La présente invention concerne ainsi une composition polyamide comprenant au moins un polyamide et un composé de formule (I), et éventuellement des charges de renfort ou de remplissage et éventuellement des additifs classiquement utilisés dans le domaine. L'invention concerne également l'utilisation d'un composé de formule (I) comme agent augmentant le taux de cristallinité du polyamide. L'invention concerne ainsi également l'utilisation d'un composé de formule (I) pour la fabrication d'un polyamide modifié présentant un taux de cristallinité augmenté. L'invention concerne aussi l'utilisation d'un composé de formule (I) pour augmenter les propriétés barrières d'une composition polyamide. L'invention concerne par ailleurs l'utilisation d'un composé de formule (I) pour diminuer la reprise en eau d'une composition polyamide. L'invention concerne aussi l'utilisation d'un composé de formule (I) pour augmenter la fluidité en fondue d'une composition polyamide. La composition est préférentiellement une composition à mouler, par exemple sous forme de granulés ou de poudre, servant à la fabrication d'articles par un procédé de moulage par injection. Le composé phénolique de l'invention est représenté par la formule (I) : dans laquelle les groupements R1, R2 et R3 représentent, de manière indépendante les uns des autres, un atome d'hydrogène, un groupement hydroxyle, un groupement alkyle linéaire ou ramifié comprenant de 1 à 20 atomes (I)25 de carbone comprenant éventuellement des hétéroatomes, un groupement aryle comprenant de 1 à 20 atomes de carbone comprenant éventuellement des hétéroatomes, ou un groupement NnHn+1 dans lequel n est égal à 1 ou 2. Il est entendu que le groupement aryle peut être substitué, notamment par des chaînes alkyles. Préférentiellement le groupement alkyle linéaire ou ramifié ou aryle comprend de 1 à 6 atomes de carbone. Préférentiellement les hétéroatomes sont l'oxygène ou l'azote. RI, R2 et R3, indépendamment l'un de l'autre peuvent correspondre à un atome d'hydrogène, un hydroxyle, un NH2, un N2H3, un méthyle, un éthyle, un méthoxy, un éthoxy, ou un benzène. Préférentiellement, R1 est atome d'hydrogène, un groupement hydroxyle, un méthoxy, un NH2, un méthyle, un groupement N2H3, ou un benzyle. Préférentiellement R3 est un atome d'hydrogène, un méthoxy ou un éthoxy. 20 Préférentiellement R2 est un atome d'hydrogène. Les composés de formule (I) sont tout préférentiellement choisis dans le groupe comprenant : la vanilline [121-33-5], l'acide vanillique [121-34-6], le méthyl 25 vanillate [3943-74-6], l'éthyle vanilline [121-32-4], le 4-hydroxy benzaldéhyde [123-08-0], l'acide 4-hydroxy benzoïque [99-96-7], le 4-hydroxy acétophénone [99-93-4], le 4-hydroxy benzoïque hydrazide [5351-23-5], le 4-hydroxy benzophénone [1137-42-4], le 4'-hydroxy-3'-méthoxy acétophénone [498-02-2], et le 4-hydroxy benzamide [619-57-8]. 30 Des mélanges de composés de formule (I) peuvent notamment être utilisés pour la réalisation de la composition selon l'invention.15 La composition polyamide selon l'invention comprend généralement de 1 à 15 0/0 en poids de composé de formule (I), préférentiellement de 4 à 8 % en poids, par rapport au poids total de la composition. Selon la présente invention, la composition polyamide peut être obtenue de diverses manières connues pour l'ajout de charges et d'additifs dans une composition polyamide. On peut par exemple la fabriquer par ajout du composé de formule (I) en polymérisation à l'état fondu du polyamide, en présence des monomères du polyamides. On peut également ajouter le composé de formule (I) en mélange a chaud avec le polyamide, notamment formé ou partiellement formé, par exemple à l'extrudeuse, notamment avec d'autres composés. On peut également ajouter le composé de formule (I) en phase solide, notamment lors d'une post-condensation du polyamide. Le polyamide de l'invention peut être un polyamide ou copolyamide semicristallins ou amorphes, tels que les polyamides aliphatiques, polyamides semiaromatiques et plus généralement, les polyamides linéaires obtenus par polycondensation entre un diacide aliphatique ou aromatique, et une diamine primaire aromatique ou aliphatique, les polyamides obtenus par condensation d'un lactame, d'un aminoacide ou les polyamides linéaires obtenus par condensation d'un mélange de ces différents monomères. Plus précisément, ces copolyamides peuvent être, par exemple, le polyadipamide d'hexaméthylène, les polyphtalamides obtenus à partir d'acide téréphtalique et/ou isophtalique, les copolyamides obtenus à partir d'acide adipique, d'hexaméthylène diamine et de caprolactame. Le polyamide est préférentiellement choisi dans le groupe comprenant les polyamides obtenus par polycondensation d'au moins un diacide carboxylique linéaire avec une diamine linéaire ou cyclique comme le PA 6.6, PA 6.10, PA 6.12, PA 12.12, PA 4.6, ou entre au moins un diacide carboxylique aromatique et une diamine linéaire ou aromatique comme les polytéréphtalamides, polyisophtalamides, polyaramides, les polyamides obtenus par polycondensation d'au moins un aminoacide sur lui-même, l'amino-acide pouvant être généré par l'ouverture hydrolytique d'un cycle lactame tels que, par exemple PA 6, PA 7, PA 11, PA 12. La composition de l'invention peut également comprendre les copolyamides dérivés notamment des polyamides ci-dessus, ou les mélanges de ces polyamides ou copolyamides. Les polyamides préférés sont le choisis dans le groupe comprenant : le PA 66, le PA 610, le PA 612, le PA 6.66, le PA 46, le MXD6, le PA 66/6T, le PA 6, le PA 11, et le PA 12. 15 On utilise généralement des polyamides de poids moléculaires adaptés aux procédés de moulage par injection, bien que l'on puisse utiliser aussi des polyamides de plus faibles viscosités. Le polyamide peut notamment être un polymère comprenant des chaînes 20 macromoléculaires étoiles ou H, branché, ramifié, hyper-ramifié, et le cas échéant des chaînes macromoléculaires linéaires. Les polymères comprenant de telles chaînes macromoléculaires étoiles ou H sont par exemple décrits dans les documents FR2743077, FR2779730, US5959069, EP0632703, EP0682057 et EP0832149. 25 Le polyamide peut être un polymère de type arbre statistique, de préférence un copolyamide présentant une structure arbre statistique. Ces copolyamides de structure arbre statistique ainsi que leur procédé d'obtention sont notamment décrits dans le document WO99/03909. La matrice de l'invention peut également 30 être une composition comprenant un polymère thermoplastique linéaire et un polymère thermoplastique étoile, H et/ou arbre tels que décrits ci-dessus. La matrice de l'invention peut également comprendre un copolyamide hyperbranché du type de ceux décrits dans le document WO 00/68298. La composition de10 l'invention peut également comprendre toute combinaison de polymère thermoplastique linéaire, étoile, H, arbre, copolyamide hyperbranché tel que décrit ci-dessus. La composition selon l'invention présente préférentiellement de 30 à 95 % en poids de polyamide, préférentiellement de 40 à 80 % en poids, par rapport au poids total de la composition. La composition peut également comprendre, selon la propriété finale souhaitée, un mélange de polyamide et un ou plusieurs autres polymères, tel que par exemple un autre polyamide, du polyéthylène, du polystyrène, du polypropylène, de la résine ABS, du polycarbonate, du sulfure de polyphénylène, de l'oxyde de polyphénylène, du polyacétal, du polysulfone, de la polyéthersulfone, du polyétherimide, de la polyéthercétone, une résine d'acide polylactique, une résine de polysulfone, une résine élastomère ou des mélanges de ceux-ci. Les charges de renfort ou de remplissages selon la présente invention, peuvent être par exemple des charges fibreuses et/ou des charges non fibreuses. Comme charge fibreuses on peut citer les fibres de verre, les fibres de carbone, les fibres naturelles, les fibres d'aramides, et les nanotubes, notamment de carbone. On peut citer comme fibres naturelles le chanvre et le lin. Parmi les charges non fibreuses on peut notamment citer toutes les charges particulaires, lamellaires et/ou les nanocharges exfoliables ou non exfoliables comme l'alumine, le noir de carbone, les argiles alumino-silicates, les montmorillonites, le phosphate de zirconium, le kaolin, le carbonate de calcium, les diatomées, le graphite, le mica, la silice, le dioxyde de titane, les zéolites, le talc, la wollastonite, les charges polymériques telles que, par exemple, des particules de diméthacrylates, les billes de verre ou de la poudre de verre. Il est parfaitement possible selon l'invention que la composition comprenne plusieurs types de charges de renfort. De façon préférentielle, la charge la plus utilisée peut être les fibres de verres, du type dit coupé (chopped), notamment ayant un diamètre compris entre 7 et 14 pm. Ces charges peuvent présenter un ensimage surfacique qui assure l'adhésion mécanique entre les fibres et la matrice polyamide. La concentration pondérale des charges de renfort ou de remplissage est comprise avantageusement entre 1 % et 60 % en poids par rapport au poids total de la composition, de préférence entre 15 et 50 %. La composition selon l'invention peut en outre comprendre des additifs classiquement utilisés pour la fabrication de compositions polyamides. Ainsi, on peut citer les lubrifiants, les agents ignifugeants, les plastifiants, les agents nucléants, les agents modificateurs de chocs, les catalyseurs, les stabilisants lumière et/ou thermique, les antioxydants, les antistatiques, les colorants, les matifiants, les additifs d'aide au moulage ou autres additifs conventionnels. On peut notamment ajouter à la composition polyamide des agents modifiants la résistance aux chocs. Ce sont généralement des polymères d'élastomères qui peuvent être utilisés à cet effet. Les agents modificateurs de la résilience sont généralement définis comme ayant un module de traction ASTM D-638 inférieur à environ 500 MPa. Des exemples d'élastomères convenables sont les éthylène-ester acrylique-anhydride maléïque, les ethylène-propylène-anhydride maléïque, les EPDM (ethylène-propylène-diène momonère) avec éventuellement un anhydride maléïque greffé. La concentration pondérale en élastomère est avantageusement comprise entre 0,1 et 30 % par rapport au poids total de la composition. On préfère notamment les agents modificateurs de chocs comprenant des groupements fonctionnels réactifs avec le polyamide. On peut par exemple citer les terpolymères d'éthylène, ester acrylique et glycidyl méthacrylate, les copolymères d'éthylène et de butyl ester acrylate, les copolymères d'éthylène, nbutyl acrylate et glycidyl méthacrylate, les copolymères d'éthylène et d'anhydride maléique, les copolymères styrène-maléïmides greffés avec de l'anhydride maléique, les copolymères styrène-éthylène-butylène-styrène modifié avec de l'anhydride maléique, les copolymère styrène-acrylonitrile greffés anhydrides maléiques, les copolymères acrylonitrile butadiène styrène greffés anhydrides maléiques, et leurs versions hydrogénées. La proportion en poids de ces agents dans la composition totale est notamment comprise entre 0,1 et 40 %. Ces charges et additifs peuvent être ajoutés au polyamide modifié par des moyens usuels adaptés à chaque charge ou additif, tel que par exemple lors de la polymérisation ou en mélange en fondu. 10 Les matériaux et compositions de l'invention sont généralement obtenus par mélange des différents constituants a chaud, par exemple dans une extrudeuse mono ou bivis, à une température suffisante pour maintenir la résine polyamide en milieu fondu ; ou a froid dans un mélangeur mécanique notamment. Généralement, le mélange obtenu est extrudé sous forme de joncs qui sont 15 coupés en morceaux pour former des granulés. Les composés peuvent être ajoutés à n'importe quel moment du processus de fabrication du matériau plastique, notamment par mélange a chaud ou a froid avec la matrice plastique. L'addition des composés et des additifs, comme la résine novolaque, peut être réalisée par ajout de ces composés dans la matrice plastique fondue sous forme 20 pure ou sous forme de mélange concentré dans une matrice telle que par exemple une matrice plastique. La composition selon l'invention peut être utilisée pour tout procédé de mise en forme des matières plastiques, tels que par exemple les procédés de moulage, 25 notamment le moulage par injection, le rotomoulage, le frittage, la coulée, ou d'extrusion comme l'extrusion soufflage et le filmage, ou encore les procédés de filage. L'invention concerne ainsi aussi des procédés de fabrication d'articles moulés ou extrudés par mise en forme d'une composition de l'invention. 30 La présente invention concerne notamment aussi un procédé de moulage par injection dans lequel on introduit dans un dispositif de moulage par injection une composition selon l'invention, notamment sous forme de granulés, et l'on procède au moulage.5 L'utilisation des compositions selon l'invention est particulièrement intéressante dans le cadre de la fabrication d'articles pour l'industrie automobile ou électrique. Un langage spécifique est utilisé dans la description de manière à faciliter la compréhension du principe de l'invention. Il doit néanmoins être compris qu'aucune limitation de la portée de l'invention n'est envisagée par l'utilisation de ce langage spécifique. Des modifications, améliorations et perfectionnements peuvent notamment être envisagés par une personne au fait du domaine technique concerné sur la base de ses propres connaissances générales. Le terme et/ou inclut les significations et, ou, ainsi que toutes les autres combinaisons possibles des éléments connectés à ce terme. D'autres détails ou avantages de l'invention apparaîtront plus clairement au vu des exemples donnés ci-dessous uniquement à titre indicatif. PARTIE EXPERIMENTALE Exemple 1 : fabrication des compositions Des compositions à base de polyamide (PA 66 27AD1 de la société Rhodia, ayant un IV de 140 ml/g selon la norme ISO 307) et de différents taux de vanilline (R1=H, R2=-OCH3, R3=H) sont obtenues par extrusion sur une mini extrudeuse double-vis PRISM 25D. Les caractéristiques de la mise en oeuvre sont les suivantes : Mini Extrudeuse double vis : PRISM 25D , avec - un profil de température : 275 ù 280 ù 275 ù 275 ù 275°C - vitesse de vis (rpm): 250 - force moteur (N.m) : 16 - vide : - 0,3 bar Les joncs sortis de l'extrudeuse sont coulés dans un bac de refroidissement à eau et ensuite granulés. Des éprouvettes sont réalisées par moulage par injection de la manière suivante : Mini Presse BOY 12M, 12 tonnes, vis de 18 mm T (°C) fourreau: de 270 à 285 T (°C) moule : 70 Vitesse d'injection (m/s) : 100 Pression d'injection (bar) : 50 Pression de maintien (bar) : 25 Contre pression (bar) : 3 Vitesse de vis (rpm) : 220 Les éprouvettes sont ensuite conditionnées à un degré d'hygrométrie distincts HR50 (HR=humidité relative). Des films des certaines des compositions sont également et directement mis en oeuvre en sortie d'extrudeuse. Une filière spéciale, appelée filière plate, est adaptée sur le convergeant. Celle-ci permet de mettre la matière extrudée sous la forme d'une nappe de 300 mm de largeur et de la dizaine de microns à 1 mm d'épaisseur, épaisseur réglable manuellement sur toute la largeur de la filière à l'aide de vis. Le bac de refroidissement habituellement utilisé lors d'une extrusion � classique � est remplacé par la filmeuse composée de : - deux Chill-Roll: rouleaux régulés en température qui permettent le refroidissement plus ou moins rapide du film - six rouleaux � supports � qui guident simplement le film - un double rouleau d'entrainement dont on peut régler la tension et la vitesse - un rouleau enrouleur dont on peut régler le couple et sur lequel est stocké le 30 produit fini - une arrivée d'air comprimé en sortie de filière plate pour contrôler le refroidissement du film Exemple 2 : analyse des formulations Différents tests ont été effectuées sur les formulations produits dans l'exemple 1. Les résultat sont exprimés dans le tableau 1 suivant : Tableau 1 Absorption Module Coeff. Viscosité Inhibition Diffusion fondue à HR d'eau Young (%poids) (%) (MPa) éthanol 100 s-1 (g/m2.1) (Pa.$) Cl : 0 - - 2850 149 500 PA66 50 2,90 - 1220 nm nm témoin 0 - - 2900 nm 110 1 :1 % 50 2,78 4 1230 nm nm 0 - - 2990 42 nm 2:4% 50 2,48 14,4 1160 nm nm 0 - - 3000 nm nm 3:8% 50 1,89 35,0 1140 nm nm nm=non mesuré 10 Les mesures d'absorption d'eau sont réalisées selon le norme ISO 1110. Les mesures de traction (Module d'Young) sont réalisées selon la norme ISO 527. Les mesures de rhéométrie capillaire qui donnent accès aux propriétés 15 rhéologiques sont réalisées selon la norme ISO 11443. Les tests de perméabilité à la diffusion d'éthanol (à 40°C et HRO) sont élaborés afin d'évaluer la capacité des différentes compositions à empêcher la diffusion de solvants ou de mélange de solvants. Le principe consiste à déposer un carré de 20 film de 50*50*0,15 mm3 sur une cellule contenant une certaine quantité de5 solvant, de l'éthanol pur dans le cas présent. Le film vient fermer la cellule après serrage de quatre vis. Une pesée de la cellule est réalisée à intervalles de temps réguliers pour suivre l'évolution de la perte de masse. La mesure peut être réalisée sous hotte à température et HR ambiantes, ou sous étuve à température et HR contrôlées : 40°C et HRO dans le cas présent. La valeur de la pente de la droite obtenue en suivant l'évolution de la perte de masse en fonction du temps est celle du coefficient de diffusion intrinsèque de la molécule étudiée dans la composition considérée, dans les conditions de température et d'hygrométrie pré-définies. REVENDICATIONS1. Composition polyamide comprenant au moins un polyamide et un composé de formule (I) : dans laquelle les groupements R1, R2 et R3 représentent, de manière indépendante les uns des autres, un atome d'hydrogène, un groupement 10 hydroxyle, un groupement alkyle linéaire ou ramifié comprenant de 1 à 20 atomes de carbone comprenant éventuellement des hétéroatomes, un groupement aryle comprenant de 1 à 20 atomes de carbone comprenant éventuellement des hétéroatomes, ou un groupement NnHn+1 dans lequel n est égal à 1 ou 2. 15 2. Composition selon la revendication 1, caractérisée en ce que RI, R2 et R3, indépendamment l'un de l'autre correspondent à un atome d'hydrogène, un hydroxyle, un NH2, un N2H3, un méthyle, un éthyle, un méthoxy, un éthoxy, ou un benzène. 20 3. Composition selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le composé de formule (I) est choisi dans le groupe comprenant la vanilline, l'acide vanillique, le méthyl vanillate, l'éthyle vanilline, le 4-hydroxy benzaldéhyde, l'acide 4-hydroxy benzoïque, le 4-hydroxy acétophénone, le 4-hydroxy benzoïque hydrazide, le 4-hydroxy benzophénone, le 4'-hydroxy-3'-méthoxy acétophénone, et le 4-hydroxy 25 benzamide. (I)4. Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle comprend de 1 à 15 % en poids de composé de formule (I), par rapport au poids total de la composition. 5. Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le polyamide est choisi dans le groupe comprenant : le PA 66, le PA 610, le PA 612, le PA 6.66, le PA 46, le MXD6, le PA 66/6T, le PA 6, le PA 11, et le PA 12. 6. Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'elle comprend de 30 à 95 % en poids de polyamide, par rapport au poids total de la composition. 7. Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en 15 ce qu'elle comprend des charges de renfort ou de remplissages. 8. Procédé de fabrication d'une composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le composé de formule (I) est ajouté en polymérisation à l'état fondu du polyamide, en présence des monomères du 20 polyamides. 9. Procédé de fabrication d'une composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le composé de formule (I) est ajouté en mélange a chaud avec le polyamide. 10. Procédé de fabrication d'article moulé ou extrudé par mise en forme d'une composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 7. 11. Utilisation d'un composé de formule (I) comme décrit dans les revendications 30 précédentes comme agent augmentant le taux de cristallinité du polyamide. 25 12. Utilisation d'un composé de formule (I) comme décrit dans les revendications précédentes pour la fabrication d'un polyamide modifié présentant un taux de cristallinité augmenté. 13. Utilisation d'un composé de formule (I) comme décrit dans les revendications précédentes pour augmenter les propriétés barrières d'une composition polyamide. 14. Utilisation d'un composé de formule (I) comme décrit dans les revendications précédentes pour diminuer la reprise en eau d'une composition polyamide. 15. Utilisation d'un composé de formule (I) comme décrit dans les revendications précédentes pour augmenter la fluidité en fondue d'une composition polyamide.