Brevet FR3095444A1 — publié le 20201030

Description Titre de l'invention : Dispersion de polymère pour revêtement, en particulier sur bois pour blocage de composés migrables [0001] L'invention concerne une dispersion aqueuse de polymère spécifique par sa com- position et son utilisation dans une composition de revêtement pour bois. En particulier, ledit revêtement présente des performances spécifiques (l'application sur bois pour empêcher (bloquer) la migration des tanins et d'autres composés présents dans le bois et en particulier dans les noeuds de bois; lesquels peuvent migrer à la surface et former des taches. En plus, ledit revêtement issu de la dispersion de la présente invention présente une très bonne résistance au cloquagc. [0002] La présente invention concerne plus particulièrement le problème des taches formées à la surface d'un revêtement sur bois par le fait de la migration des tanins du bois et d'autres composés colorés du bois comme la lignine et ses dérivés à la surface dudit revêtement. Ce problème est encore plus accentué pour les surfaces en bois à revêtir, dont le bois comporte des noeuds apparents en surface ou dans le coeur. En effet, les noeuds de bois sont und source importante de tanins et d'autres composés colorés comme la lignine et dérivés pouvant migrer à la surface du revêtement surtout si lesdits noeuds sont déjà apparents en surface du bois. Principalement présents dans les bois tendres et résineux (cèdre, épinette, pin, sapin, épicéa ..), les noeuds peuvent suinter, voire couler, des années durant. La résine qui exsude crée une couleur jaunâtre qui traverse même une couche de peinture en formant des taches et des cloques. Les noeuds suent de la résine jusqu'à ce qu'ils soient complètement secs. [0003] Dans cc contexte, la migration en surface du revêtement, de tanins et d'autres composés du bois pouvant migrer, comme la lignine et dérivés, provoque en final au cours du temps des taches colorées et des cloques. Cela concerne en particulier les revêtements aqueux comme la peinture qu'elle soit primaire et/ou de finition ou un vernis ou une lasurc. En effet, quand on applique un revêtement aqueux des remontées plus ou moins brunes apparaissent sur le bois et peuvent gâcher l'effet esthétique. Ces taches sont des remontées de tanins et d'autres composés colorés comme la lignine et ses dérivés ou également des dérivés terpéniques pouvant migrer à la surface du revêtement et sont extrêmement résistantes : en dépit de plusieurs couches de peintures, les taches peuvent réapparaître. Les tanins sont des polyphénols et sont présents dans le bois de hêtre, le chêne, le châtaignier, le merisier, le noyer pour les plus connus de non résineux et tous les bois exotiques parmi les bois résineux, principalement le pin, sapin, cèdre, épicéa. [0004] Ladite migration peut se faire après application du revêtement et au cours du temps 2 par un phénomène de diffusion-migration des molécules de tanins et/ou d'autres composés comme la lignine et ses dérivés. Ces taches peuvent affecter les performances du revêtement sur bois à la fois sur l'aspect esthétique du revêtement (mauvais aspect) et sur l'aspect de durabilité dudit revêtement par la formation de bulles de cloquage du revêtement par l'effet d'accumulation de tanins et d'autres composés cités plus haut, avec une mauvaise adhésion du revêtement sur les points d'accumulation où se forment entre autres les taches. [0005] En général, cc type de problème est rencontré pour des revêtements sur bois ayant une importante concentration de noeuds. Plus particulièrement, le bois concerné est du bois de : pin, sapin, hêtre, chêne, cèdre, épicéa, peuplier, le châtaignier, le merisier, le noyer, les bois exotiques. [0006] Des revêtements en phase aqueuse, pour application bois pour bloquer les tanins et autres composés du bois qui peuvent migrer à la surface, sont déjà connus surtout comme primaires à hase de polymères cationiques ou à base d'émulsions anioniques. [0007] Ces solutions connues de l'état de la technique présentent cependant des per- formances insuffisantes à améliorer et quelques inconvénients parmi lesquels : [0008] Les revêtements à base de polymère cationiques permettent un bon blocage mais le plus souvent elles sont utilisées en primaire (limitation) car elles jaunissent dans le temps. D'autre part, en formulation aqueuse de peinture, la présence d'additives spécifiques est essentielle, cc qui restreint le choix, contrairement aux revêtements à base d'émulsion anionique, surtout du fait de la compatibilité nécessaire (lesdits additifs avec ces polymères ce qui est une limitation sérieuse pour la fabrication industrielle. [0009] Concernant les revêtements à base d'émulsions anioniques, ils ont des performances limitées en termes de blocage car étant anioniques, car ils ne retiennent pas ou peu les composés migrables, leurs tensioactifs n'étant pas favorables à ce blocage. [0010] Aucune composition aqueuse de revêtement, connue de l'état de la technique ne décrit des compositions à base d'une dispersion aqueuse telle que définie selon la présente invention ayant au moins les performances des solutions déjà connues de l'état de la technique cité mais sans leurs inconvénients cités. [0011] La solution de la présente invention se caractérise en particulier par une dispersion aqueuse combinant dans sa composition la présence d'un monomère acide carboxylique avec un monomère porteur d'un groupement d'amine tertiaire le polymère de la dispersion ayant des groupements greffés silanes bloqués, cette combinaison permettant les performances visées de blocage des tanins et d'autres composés cités et une résistance améliorée au cloquage. Plus particulièrement, la dispersion de l'invention s'applique à un système de revêtement aqueux monocomposant dans la mesure où ladite dispersion est autoréticulable sans besoin de rajout d'agent réticulant. [0012] L'invention concerne d'abord une dispersion aqueuse de polymère ayant une coin- 3 position spécifique en monomères avec le polymère ayant des groupements acide carboxylique, amine tertiaire et silanes greffés. [0013] Le deuxième objet de l'invention concerne une composition de revêtement comprenant ladite dispersion. [0014] Un autre objet de l'invention concerne l'utilisation de ladite dispersion aqueuse comme liant dans une composition de revêtement. [0015] Un autre objet de l'invention concerne un revêtement issu de l'utilisation d'une dispersion aqueuse de polymère ou d'une composition de revêtement selon l'invention. [0016] Finalement l'invention couvre également un substrat revêtu, en particulier, en bois ayant des noeuds apparents en surface ou des noeuds au coeur du bois. [0017] Le premier objet de l'invention concerne donc une dispersion aqueuse de polymère, dans laquelle ledit polymère comprend dans sa structure des unités monomères incorporées, à partir d'une composition de monomères comprenant : [0018] a) au moins un monomère (méth)acrylique ester (méth)acrylique d'alkyle en Cl -C18, ou de cycloalkylc en C6-C18, sans aucun groupement ionique, [0019] h) au moins un monomère éthyléniquement insaturé porteur d'au moins un groupement acide carboxylique [0020] c) au moins un monomère (méth)acrylique porteur d'une amine tertiaire et [0021] avec ledit polymère portant en plus des groupements greffés silane bloqué sous forme -Si(OR1)-,, ou -Si-R2(0R1)2 ou -Si-(R2)2(0R1), de préférence -Si(OR1)3 ou Si-R2(0R1)2 avec RI, R2, étant un aikyl en Cl à C4 identiques ou différents, [0022] et avec lesdits groupements greffés silanes bloqués étant issus par au moins une des deux voies suivantes ou leur combinaison : [0023] d) présence avec les monomères a), b) et c) d'au moins un comonomère d) éthylé- niquement insaturé, porteur en plus de ladite insaturation éthylénique, d'au moins un groupement silane bloqué tel que défini ci-haut et/ou [0024] e) présence avec les monomères a), b) et c) de, ou post-traitement de la dispersion aqueuse par, au moins un composé e) silané porteur d'au moins un groupement silane bloqué tel que défini ci-haut et au moins groupement fonctionnel sélectionné parmi : époxy, amino, thio, hydroxy, isocyanate, de préférence époxy, ce dernier groupement étant capable de réagir, au moins en partie avec les groupements carboxyliques dudit monomère b) [0025] et de préférence par voie e). [0026] L'extrait sec ou taux de solides de la dispersion selon l'invention peut varier de 35 à 60% et plus particulièrement de 40 à 55% en poids selon méthode ISO 3251. [0027] La taille moyenne en volume des particules de ladite dispersion de polymère peut varier de 50 à 500 nm, de préférence de 50 à 400 nm selon méthode ISO 22412. [0028] La dispersion selon l'invention peut se préparer par un procédé courant de polymé- risation en émulsion contenant les monomères a), h) et c) et en fonction du cas d), en présence d'un amorceur de polymérisation en émulsion qui peut être sélectionné parmi : le persulfate d'ammonium, le persulfate de sodium, le persulfate de potassium, le tert-hutyl hydropéroxyde, le peroxyde d'hydrogène ou la combinaison d'un oxydant avec un réducteur telle que les oxydants peuvent être sélectionnés parmi le tert-hutyl hydropéroxyde et le persulfate d'ammonium (les composés cités précédemment) et les réducteurs peuvent être sélectionnés parmi le sodium formaldéhyde sulfoxylatc, r hydrosulfitc de sodium, le métahisulfite de sodium, l'acide ascorbique, le thiosulfate de sodium, le sel de sodium du 2-hydroxy -2- sulfinato acide acétique ( Bruggolite® FF6) de préférence : le persulfate d'ammonium, le persulfate de sodium, 101)cl-sulfate de potassium ou le système red/ox tert-hutyl hydropéroxyde/ sel de sodium du 2-hydroxy -2- sulfinato acide acétique ou tert-hutyl hydropéroxyde/ formaldéhyde sulfoxylate de sodium. [0029] L'émulsion des monomères a), h) et c) et éventuellement d) et/ou c) est préparée avec un système de tensioactifs comprenant au moins un tensioactif ionique et au moins un tensioactif non-ionique. Parmi les tensioactifs ioniques convenables, on peut citer : les sulfates, sulfonates, les phosphates ou les phosphonatcs, phosphinates d'alcools gras en C8-C14 éventuellement alcoxylés avec éthoxy et/ou propoxy, l'éthoxy étant préféré avec nombre d'éthoxy de 1 à 30, de préférence de 2 à 10. [0030] Comme tensioactifs non-ioniques convenables, on peut citer : les alcools gras en C12-C16 alcoxylés, avec éthoxy et/ou propoxy, l'éthoxy étant préféré avec nombre d'éthoxy de 3 à 50, de préférence de 5 à 40. [0031] La polymérisation en émulsion peut avoir lieu à une température allant de 55°C à 95°C, de préférence de 65°C à 85°C. [0032] Ledit composé e) peut être un composé oligomère, de préférence ayant une masse moléculaire d'au moins 300 et inférieure à 1500 et de préférence de 300 à 1000 et/ou un composé non oligomère de masse moléculaire REVENDICATIONSDispersion aqueuse de polymère, caractérisée en cc que ledit polymère comprend dans sa structure des unités monomères incorporées, à partir d'une composition de monomères comprenant : a) au moins un monomère ester (méth)acrylate choisi parmi un (méth)acrylate d'alkyle en Cl-Cl 8 ou un (méth)acrylate de cycloalkyle en C6-Cl 8, sans aucun groupement ionique, b) au moins un monomère éthyléniquement insaturé porteur d'au moins un groupement acide carboxylique c) au moins un monomère (méth)acrylique porteur d'une amine tertiaire et en ce que ledit polymère porte en plus des groupements greffés silanes bloqués sous forme -Si(OR1) ou -Si-R2(0R1), ou -Si-(R2)2(OR1), de préférence -Si(OR1) ou -Si-R2(0R1)2 avec R1, R2, étant un alkyle en Cl à C4 identiques ou différents, et en ce que lesdits groupements greffés silanes bloqués sont incorporés par au moins une des deux voies suivantes ou leur combinaison [Revendication 2] d) présence avec les monomères a), b) et c) d'au moins un comonomère [Revendication 3] d) éthyléniquement insaturé, porteur en plus de ladite insaturation éthylénique, d'au moins un groupement silane bloqué comme défini ci-haut et/ou e) présence avec les monomères a), b) et c) de, ou post-traitement de la dispersion aqueuse par, au moins un composé e) silané porteur d'au moins un groupement silane bloqué tel que défini ci-haut et au moins groupement fonctionnel sélectionné parmi : époxy, amino, thio, hydroxy, isocyanate, de préférence époxy, ce dernier groupement étant capable de réagir, au moins en partie avec les groupements carboxyliques dudit monomère b), et de préférence par voie e). Dispersion aqueuse de polymère selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit monomère b) est sélectionné parmi acide (méth)acrylique, acide itaconique, acide fumarique, acide maléique, acide crotonique, de préférence l'acide (méth)acrylique et acide itaconique. Dispersion aqueuse de polymère selon la revendication 1 ou 2, ca- 16 [Revendication 4] [Revendication 5] [Revendication 6] [Revendication 7] ractériséc en cc que ledit monomère c) est sélectionné parmi : (méth)acrylate de N,N-diméthyl amino éthyle, le (méth)acrylate de 2-diéthylaminoéthyle, le (méth)acrylatc de 2-(tort-butylamino) éthyle, N-(3-(N,N-diméthylarnino)propyl) (méth)acrylamide, le (méth)acrylate de 3-diméthyl aminopropylc, le (méth)acrylatc de 3-diéthylaminopropyle, 4-(N,N-diméthylamino) styrène, 4-(N,N-diéthylamino) styrène, 4-vinylpyridine, 2-diméthylaminoethyl vinyl éther, 2-diéthylaminocthyl vinyl éther, 3-diméthylaminopropyl vinyl cthcr, 3-diéthylaminopropyl vinyl éther, 4-diméthylaminohutyl vinyl éther et 6-dirnéthylaminohexyl vinyl éther, de préférence le (méth)acrylate de N,N-diméthyl amino éthyle et le (méth)acrylate de 2-diéthylaminoéthyle. Dispersion aqueuse selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en cc que ledit monomère a) est un (méth)acrylate d'alkyle en Cl -C18 choisi parmi (méth)acrylate de méthyle, (méth)acrylate d'éthyle, (méth)acrylate de propyle, (meth)acrylate de butyle, en particulier de n-butyle, (méth)acrylate de 2-éthyl hexyle, (méth)acrylate d'isooctyl ou de n-octyl, (méth)acrylatc de nonyle, (méth)acrylate de décyle, (méth)acrylate de lauryle et (méth)acrylate de stéaryle ou un (méth)acrylate de cycloalykc en C6-C18 choisi parmi : cyclohexyl (méth)acrylate avec cyclohexyl subsitué ou non par un alkyle en Cl-C2, isobornyl (méth)acrylate, norbomyl (méth)acrylate, dicyclopentadienyl (méth)acrylate, de préférence cyclohexyl (méth)acrylate, isobornyl (méth)acrylate et norbornyl (méth)acrylate. Dispersion aqueuse selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle comprend en poids pal- rapport au poids total des monomères a) + b) + c) : - de 50 à 98%, de préférence de 70 à 90% dudit monomère a) - de 0,5 à 10%, de préférence de 1 à 5% dudit monomère b) - de 0,5 à 20%, de préférence de 1 à 15% dudit monomère c) avec la somme des % a) + b) + c) étant égale à 100. Dispersion aqueuse selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que ledit monomère a) est un mélange d'un monomère al) au moins un (méth)acrylate d'alkyle en Cl-C2 et a2) au moins un (méth)acrylate d'alkyle en C4-C18, de préférence en C4-C12, plus particulièrement avec un rapport en poids de algal+a2) allant de 25 à 75%, de préférence de 35 à 65%. Dispersion selon la revendication 6, caractérisée en ce que ledit mélange 17 [Revendication 8] [Revendication 9] [Revendication 10] [Revendication 1 1 ] [Revendication 12] [Revendication 13] [Revendication 14] [Revendication 15] a) comprend comme monomère al), le (méth)acrylate de méthyle ou d'éthyle et comme monomère a2), le (méth)acrylate de butyle ou de 2-éthyl hexyle ou de lauryle. Dispersion aqueuse selon rune des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que ledit polymère a une Tg déterminée par DSC avec une vitesse de chauffe de 10°C/min en deux passages allant de -20 à 60°C et de préférence de -10 à 50°C. Dispersion aqueuse selon rune des revendications 1 à 8, caractérisée en ce qu'elle a une Température minimale de formation de film (TMF) selon méthode standard 1502115, qui va de 0 à 60°C et de préférence de 0 à 40°C. Dispersion selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que lesdits groupements silanes greffés sont incorporés dans ledit polymère par la présence avec lesdits monomères a), h) et c) d'au moins un monomère silané d) sélectionné parmi : monomères (méth)acryl igues, vinyliques ou allyliques porteurs d'au moins un groupement silane bloqué tel que défini dans la revendication 1, de préférence parmi les monomères (méth)acryliques ou vinyliques. Dispersion selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que lesdits groupements silanes greffés sont incorporés dans ledit polymère par la présence avec lesdits monomères a), b) et c) d'au moins un composé silané e) en présence desdits monomères a), b) et c) ou en post-traitement de ladite dispersion par ledit composé silané e) sélectionné parmi : époxy-silanes, amino-silanes, thio-silanes, hydroxy-silanes lesdits groupements silanes étant définis comme dans la revendication 1, de préférence parmi époxy-silanes Dispersion selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que lesdits groupements silanes greffés sont incorporés dans ledit polymère par combinaison desdites voies d) et e). Dispersion selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisée en ce que lesdits groupements silanes greffés sont présents avec un taux en poids dudit monomère d) et/ou dudit composé e) allant de 0,01 à 5% et de préférence de 0,05 à 2,5% par rapport au poids sec dudit polymère. Composition de revêtement caractérisée en ce qu'elle comprend au moins une dispersion de polymère telle que définie selon l'une des revendications 1 à 13. Composition de revêtement selon la revendication 14, caractérisée en ce que ladite dispersion représente de 10 à 60% et de préférence de 15 18 [Revendication 16] [Revendication 17] [Revendication 18] [Revendication 19] [Revendication 20] [Revendication 21] [Revendication 22] [Revendication 23] [Revendication 24] à 50% en poids sec de solides par rapport au poids total des solides de ladite composition de revêtement. Composition de revêtement selon revendication 14 ou 15, caractérisée en ce qu'elle est une composition aqueuse de peinture, de vernis ou de lasure pour la protection du bois, de préférence pour bois comportant de noeuds au coeur et en surface qui sont apparents. Composition de revêtement selon l'une des revendications 14 à 16, caractérisée en cc qu'elle est une peinture primaire et/ou de finition résistante au cloquage et à la migration des tanins et autres composés qui peuvent migrer à la surface issus des noeuds de bois. Composition de revêtement selon l'une des revendications 14 à 17, caractérisée en cc qu'elle est réticulable avec ou sans addition d'agent réticulant et en particulier autoréticulable. Utilisation d'une dispersion aqueuse telle que définie selon l'une des revendications 1 à 13 comme liant dans les compositions aqueuses de revêtements et en particulier dans les compositions aqueuses de peintures, en particulier peintures primaire et/ou de finition, de vernis ou de lasures, de préférence pour la protection du bois. Utilisation selon la revendication 19, caractérisée en ce qu'elle concerne la protection du bois ayant des noeuds apparents en surface ou des noeuds au coeur. Utilisation selon la revendication 19 ou 20, caractérisée en ce que lesdits revêtements sont des peintures, en particulier peintures primaire et/ou de finition pour améliorer la résistance au cloquage et à la migration des tanins et des composés qui peuvent migrer à la surface, issus des noeuds du bois par rapport à une peinture utilisant une dispersion de polymère sans combinaison du monomère c) et des groupements silanes incorporés audit polymère par ladite voie d) et/ou par ladite voie e) comme définies selon la revendication 1. Revêtement caractérisé en ce qu'il résulte de l'utilisation d'une dispersion aqueuse de polymère telle que définie selon l'une des revendications 1 à 13 ou d'une composition de revêtement telle que définie selon l'une des revendications 14 à 18. Revêtement selon la revendication 22, caractérisé en ce qu'il s'agit d'un revêtement de peinture, en particulier peinture primaire et/ou de finition ou d'un revêtement de vernis ou de lasure. Substrat revêtu d'au moins une couche de revêtement tel que défini selon la revendication 22 ou 23. 19 [Revendication 25] Substrat selon la revendication 24, caractérisé en ce que ledit substrat est en bois et en particulier comporte en surface des noeuds apparents ou des noeuds au coeur du bois. [Revendication 26] Substrat selon la revendication 25, caractérisé en ce que ledit bois est choisi parmi : pin, sapin, hêtre, chêne, cèdre, épicéa, peuplier, le châtaignier, le merisier, le noyer ou bois exotique.