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le oonstituant greffe, au lieu de " le constituant greffât en Trace ".
(La demanderesse)
Le souesigné n'ignore pae qu'aucun document joint au dossier d'un brevet d'invention ne peut être de nature à apporter, soit à la description, soit aux dessins, des moditi cations de fond et déclare que le contenu de cette note n'apporte pae de telles modifications et n'a d'autre objet que de signaler une ou plusieurs erreurs matérielles.
(Elle) Il reconnaît que leoontenu de cette note ne peut avoir pour effet de rendre valable totalement ou partiellement la demande de brevet n 58058 si celle-ci ne l'était pas en tout ou en partie en vertu de la législation actuellement en vigueur.
Il autorise l'administration a joindre cette note a dossior du brevet et à en délivrer photocopie
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Dispersion de polymères synthétiques dans des liquides organiques,
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La présente invention est relative à des dispernionn de polymères organiques synthétiques dans des liquides organi- ques et a trait à des perfectionnements ou variantes de l'in- vention décrite dans le brevet belge n 667.015. La présente invention concerne des dispersions contenant une classe parti-
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culière de copolvmêres greffés, des procédés de préparation de ces copolymères greffés et des compositions de revêtement à base de ces dispersions.
Le brevet belge n 667.015 décrit et revendique un procédé de préparation d'un copolymère greffé, qui consiste à faire réagir un polymère de base ou d'ossature linéaire sa-
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turé provenant d'au moins un monomère monoéthylêniquement in- saturé et non solvaté par un milieu liquide organique choisie
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par réaction en vrac, avec au moins un monomère monoêthyld,* niquement insaturé qui forme un constituant greffe qui est solvaté par le milieu liquide organiqueen présence d'un ini- tiateur ou amorceur de greffage.
Le brevet belge précité décrit et revendiqua aussi des dispersions d'un polymère filmogène dana un Milieu liquide
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orgnnîquep cetta dispersion comprenant un copolymère grsffs préparé par loe décrit ei-deitus> disp<iDo4 :ifm tU1 >al.; 14-eti liquide 1,2 {!ldm,tit"t.<IDflt greffé âtent eoi.vùvµ par le mili i liquide et le polymère dto.40atare Ca dz bf.t< ne 1?Jtait paSt, jinsi qu.#un polymère â'ilmogèl7ie deapePS6 dai.c .!-ee,4t milioov ce pcÙyrn&1a 6tak1t dospËt-i'lt ir;<c 1.> pt,1,à>..<.lri
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d'ossature ou de base.
La demanderesse a découvert à présent que l'on peut obtenir des dispersions améliorées de polymères filmogènes, en utilisant des copolymères greffés particuliers. Ces copo- lymères greffés contiennent, comme polymère d'ossature ou de base, un copolymère d'au moins un monomère monoéthyléniquement insaturé et de 0,5 à 20% d'un monomère fournissant des positions de greffage dans l'ossature et, comme composant ou constituant greffé, un polymère ou copolymère d'un monomère monoéthylénique- : ment insaturé.
La présente invention concerne dès lors un copolymère greffé comprenant : (a) un constituant ou composant d'ossature insoluble dans un milieu organique, constitué d'un copolymère d'au moins un monomère éthyléniquement insaturé et de 0,5 à 20% en poids d'un monomère fournissant des positions de greffage dans l'ossature, et (b) un constituant ou composant greffé soluble dans le milieu organique en question, constitué d'un polymère ou copoly- mère d'un monomère monoéthyléniquement insaturé.
L'invention est également relative à un procédé d tobten tion d'un tel copolymère, ce procédé consistant à copolymériser le constituant d'ossature avec le constituant greffé, en vrac, en présence d'un initiateur ou amorceur de greffage.
L'invention concerne aussi des dispersions du copo- ' lymère greffé dans un milieu organique, dans lequel le consti- tuant d'ossature ou de base est insoluble .et le constituant greffé est soluble, ainsi que des dispersions qui contiennent aussi, à l'état dispersé, un polymère filmogène compatible avec le polymère d'ossature ou de' base.
Ces dispersions sont utili-
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sables dans des compositions de revêtement et l'invention a également trait à un procédé de préparation de ces dispersions, qui consiste à disperser le copolymère greffé dans le milieu liquide, puis à y disperser le polymère filmogène, par polymé- risation du ou des monomères du polymère filmogène dans le mi- lieu organique liquide contenant le copolymère greffé, en pré- sence d'un amorceur de.polymérisation à radicaux libres.
Le terme "soluble", tel qu'il est utilisé dans le pré- sent mémoire, désigne un constituant considéré seul dont une proportion d'au moins 0,5 gramme se dissout dans 100 grammes de solvant, à la température de reflux, pour former une seule phase.
Le terme "insoluble", tel qu'il est utilisé dans le pré- sent mémoire, désigne un constituant ou composant, dont une pro- portion ne dépassant pas 0,5 gramme se dissout dans 100 grammes de solvant à la température de reflux ou qui forme un système à deux phases à cette concentration.
L'expression "gonflé par", telle qu'elle est utilisée dans le présent mémoire, signifie que le polymère s'imbibe de solvant, sans former une véritable solution.
Le terme "compatible", tel qu'il est utilisé dans le présent mémoire, se rapporte à un constituant qui, considéré isolément, lorsqu'il est mélangé à une masse du polymère fil- mogène et coulé sous forme d'une pellicule, forme un produit homogène, sans séparation de polymères, stratification ou trouble.
Polymèresfilmogènes.
Les polymères filmogènes utilisés dans les composi- tions de revêtement suivant l'invention peuvent être à base de polymères ou copolymères de monomères éthyléniquement insa- turés, tels que l'acide acrylique, ltacide méthacrylique et les
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à savoir amides, nitriles et esters inférieurs de ces acides, les poly- mères dits "acryliques".
Les polymères et copolymères de mono- mères, tels que l'anhydride maléique et l'acide fumarique et leurs esters; le styrène; l'alpha-méthyl styrène; le vinyl-toluène; les esters vinyliques, tels que l'acétate-butyrate de vinyle ; les éthers vinyliques; les halogénures de vinyle et de vinylidène;
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la 3-(P-mê.thacryloxyêthyl)-2#2-epirocyclohexyloxazolidine (MESO le méthacrylate de diéthylaminoéthyle, le méthacrylate de glycidylet le méthacrylate de tétrahydrofurfuryle, ainsi que les mélangea de ces composés peuvent aussi être utilisés.
Le choix d'un système filmogène est dicté principale- ment par les caractéristiques désirées du revêtement final. Le filmogène doit évidemment être insoluble dans le milieu.
Les polymères dtacrylates et de méthacrylates et les copolymères de ces composés avec d'autres monomères éthylénique-
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méat :n8,urs nt préférés à cause de la qualité du rsvtemart cbtuF avec ces polymères et à cause de leur coût modique. Les copoly- Kiéres de méthacrylate de méthyle et d'acrylate de butyle, dans lesouels les proportions pondérales des monomères sont comprises encre 90/10 ot 80/20, ainsi-que les copolymères de méthacrylate
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de Béthyle et d'asrylatc d'éthyle, dan s lesquels les proportions Fédérales des monomères sont comprises entre 90/10 et 80/20
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ijaù préfêre3 po.ar les Bernes raisons.
Milieu organitjue liquide.
Le choix d'un milieu organique liquide pour la dis-
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7, ;t ;, de polyEtôre dépend de la nature du polymère dispersé ; 1,?uzi?,ieat:,on envisagée pour composition revote- fi :. es' .r envisagée pour composition revâte- i r <i x éi pertir de la dispersion, Comme on l'a déjà 91- ji:j.9 36 po2./#r3 filmogène doit être insoluble dans le milieu : 1Li.=1:1.i; tandis que le composant greffé du polymère
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greffé doit être solvatisé par ce milieu,
En général, n'importe quel liquide organique ou mé- lange de liquides organiques qui dissout le polymère greffé, mais ne dissout pas le polymère filmogène convient comme milieu organique liquide.
On préfère utiliser les hydrocarbures alipha- tiques liquides saturés, parce qu'ils possèdent des caractéris- tiques dissolvantes appropriées, conjointement avec les polymères filmogènes préférés et les polymères de base ou composants greffés préférés. Le pentane, l'hexane, le naphte VM et P, les éthers de pétrole et les mélanges de ces solvants sont spéciale. ment préférés, parce qu'on peut se les procurer facilement et parce qu'ils présentent des points d'ébullition et des vitesses d'évaporation appropriés.
Le copolymère greffé est formé d'une ossature insoLu- ble qui doit être compatible avec le polymère filmogène à uti- liser et qui doit être soluble dans ou gonflé par le monomère ou les monomères, à partir desquels ce polymère filmogène est formé. Les positions réactives pour le greffage sur l'ossature sont obtenues en copolymérisant le monomère d'ossature princi- pale avec 0,5% à 20% en poids d'un monomère tel que le métha-
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crylate d'allyle, le méthacrylate de diéthylaminoéthyle, le méthacrylate do tdtralYd.iofiarfurv3^, l1isopropyl styrène ou l'éther aminoéthyl vinylique, de préférence 0,5 à 4% de métha- crylate d'allyle.
Comme exemples d'ossatures principales que l'on peut utiliser, lorsqu où emploie des hydrocarbures liquides comme milieux organiques,'on peut citer les copolymères de ces mono'*'
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mères avec daùtr0s Monomères mono.lfiniauemanv insaturés, tels que llrêcide acrylique et l'acide méthacryliliquae ainsi que leurs amides, 3.tr= 1 s at esters avec des alcoole A -.5 atomes
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de carbone,, l'anhydride maléique, l'acide fumarique et leurs esters; le styrène; l'a-méthyl styrène; les éthers vinyliques; le vinyl toluène; les esters vinyliques d'acides monocarboxy. liques contenant jusqu'à 3 atomes de carbone;
les halogénures
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de vinyle et de vînylidènet la 3-(-méthacryloxyéthyl)-2,2- spiro-cyclohexyloxazolidine; le méthacrylate de glycidyle et le méthacrylate de tétrahydro-furfuryle. Des polyéthera,. tels que le polyéthylène glycol et. le polypropylène glycol peuvent aussi être utilisés.
Lorsqu'on doit utiliser des solvants polaires comme milieux liquides organiques, l'ossature insoluble peut être formée d'un copolymère contenant de 0,5 à 20% en poids d'un monomère fournissant des positions réactives, avec un ester de l'acide acrylique ou méthacrylique et d'un alcool contenant
4 à 26 atomes de carbone, tel que l'acrylate de 2-éthylhexyle, l'acrylate de benzyle, le méthacrylate de butyle, le méthacry- late de lauryle et le méthacrylate de stéaryls,
Les copolymères d'acrylates et de méthacrylates sont préférés comme ossatures insolubles dans les hydrocarbures li- quides, à cause de leur coût modique et de la facilité avec la- quelle on peut les obtenir.
On préfère, en particulier, pour les mêmes raisons, les copolymères de méthacrylate de méthyle et de méthacrylate d'allyle, ainsi que les copolymères d'acétate de vinyle et de méthacrylate d'allyle.
Monomère de greffage.
Le monomère ou le mélange de monomères de greffage doit être choisi de façon qu'il se polymérise pour former un polymère greffé soluble dans le milieu organique liquide utili- sé
Le polymère greffé peut être obtenu à partir d'un ester de l'acide acrylique ou méthacrylique et d'un alcool
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contenant 4 à 26 atomes de carbone, tel que l'acrylate de 2- éthylhexyle, le méthacrylate de butyle, le méthacrylate de lau- ryle et le méthacrylate de stéaryle, ou d'un ester vinylique d'un acide monocarb oxylique à 4-18 atomes de carbone, tel que l'a,a-diméthyloctanoate de vinyle. On peut aussi utiliser des copolymères de ces monomères avec jusqu'à 20% en poids d'un quelconque des monomères indiqués sous le titre "polymères filmogènes".
L'acrylate de 2-éthylhexyle est préféré.
Une ou plusieurs chaînes greffées peuvent être atta- chées à l'ossature dans les copolymères greffés préparés con- formément à la présente invention. Cependant, certaines condi- tions doivent être respectées, pour que les dispersions stabi- lisées à l'aide de ces copolymères greffés donnent des compo- sitions de revêtement satisfaisantes.
Tout d'abord, le composant d'ossature insoluble et le composant greffé soluble doivent chacun avoir un poids molé- culaire de 200 à 1.000.000. Dans la plupart des cas, le compo- sant d'ossature aura un poids moléculaire d'environ 200 à 10.000.
Dans le cas préféré, la longueur du composant d'ossature est sensiblement la même que celle du composant greffé ou peut atteindre 5.000 fois celle du composant greffé.
Par ailleurs, le rapport du poids du composant greffé au poids de l'ossature doit être compris entre 10/1 et 1/10.
Des compositions de revêtement à base de dispersions stabilisées à l'aide de copolymères greffés, dans lesquels les rapports pondéraux du composant greffé au composant d'ossature sont com- pris entre 4/1 et 1/3 donnent les meilleurs résultats.
Préparation de copolymère greffé.
Les copolymères greffés suivant la présente invention peuvent être obtenus en préparant d'abord le polymère d'ossature ou de base. Ceci se fait en copolymérisant, de manière classique,
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un monomère ou des monomères appropriée avec un autre monomère fournissant les positions de greffage, dans un liquide organi- que qui constitue un bon solvant pour le polymère 4 préparer, en utilisant les initiateurs ou amorceurs de polymérisation classiques à radicaux libres. La concentration des monomères dans le liquide peut être comprise entre 20% et environ 50% en poids.
Cette solution est portée à la température de reflux, après quoi on ajoute 10% à 1000% en poids d'un monomère de gref- fage approprié et 0,1% à 10% d'un initiateur de greffage appro- prié, en agitant, pendant 2 à 3 heures. Le rapport pondéral entre le polymère d'ossature ou de base et le monomère de gref- fage doit être élevé, pour empêcher que les monomères de grof- fage réagissent 1?un avec l'autre. La masse réactionnelle est alors chauffée pendant encore 1/2 à 1 heure et la dispersion de copolymère greffé est alors prête à être utilisée.
Le copolymère greffé peut être isolé en permettant simplement au solvant de s'évaporer.
De manière générale, l'amorceur de polymérisation utilisé peat êtro un quelconque amorceur de polymérisation
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à radicaux 1 .a s 'tel que le peroxyde de benzoyle, le proxy- des de lau11 gaz peracétate de tert.-butyle, le perpivalate de t(:.i't<;t..'J.tJJ.G.9 l'Gf.Qb1sisobutyronitrile, l"hydroxyde de terts- bu#7Pie eu le peroxycarbonMe de diisopropyla.
"ëpsa.ondesdisparsions stables.
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.,...ii"3per-!dor.s stables de polymères suivant la pré- &6pt .....,.L pauv2R siobtf.'!nir en polysiérisant des monomères " p:, ,."r,;,.&:3, ¯., :'. :.mmca 4 a copolymère greffe correspondant ' ;;,ci ;,¯.
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Si le polymère filmogène est un homopolymère, la dis- persion se prépare ordinairement par un procédé discontinu, On mélange 1 à 20%, par rapport au poids du polymère à obtenir, d'un copolymère greffé préparé par le procédé suivant l'inven- tion, au liquide organique à utiliser comme milieu de polymé- risation. On préfère généralement ajouter 2 à 10% du copoly- mère greffé, parce que cette quantité donne des dispersions plus stables,
Le ou les monomères à polymériser sont alors ajoutés à ce mélange, en quantité voulue.
Un initiateur de polyméri- sation à radicaux libres, tel que le peroxyde de benzoyle ou
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l 'azobisosobutyronit ri lea est ajouté, en quantité usuelle, au mélange, qui est ensuite chauffé au reflux pour provoquer la polymérisation. La longueur de la chaîna du polymère formé peut être réglée à l'aide d'agents de transfert de chaîne, tels que, par exemple, des alkyl mercaptans.
La dispersion obtenue se présente sous forme d'un fluide laiteux contenant des particules de polymère ayant des diamètres moyens compris entre 0,01 à 2,0 Nierons. Le polymère présente un poids moléculaire moyen, déterminé par des mesures de viscosités relatives, compris entre environ 5.000 et 400.000.
Dans certains systèmes, le poids moléculaire peut atteindre 2.000.000.
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Si le polymère filmogène dst un capc.. ? a dieper- sion se prépare ordinairemant par un procédé 39aedi'v.oy en on- tinu.
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On Mélange de 1 à 20%. par appert an poids du poly- mère à préparer 9 d''MK sopolysèra greffe &prJ'ûr;1'16 il iL/10 de li charge totale du solvant du type hJ.âÍ."'om;,,:n:## da 1jorê<e3 et d'initiateurs ou ,i6a'acs.''9 lsiu'3s 0 (; i:1911lJg'(: est alors
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porté à la température de reflux et maintenu à cette températu- re, les 9/10 restants de la charge de solvant, de monomères et d'amorceurs, étant ajoutés en l'espace de 2 heures. On continue ensuite à chauffer encore pendant 1/2 à 1 heure, pour achever la polymérisation.
La longueur de la chaîne du polymère peut être réglée comme dans le procédé en discontinu. Les dispersions obtenues par le procédé d'addition en continu sont sensiblement les mêmes que celles obtenues dans le procédé discontinu.
Préparation de compositions de revêtement*
Des compositions de revêtement peuvent être préparées directement à partir de ces dispersions stables, en les mélan- geant, dans les proportions voulues, avec des agents d'agglomé- ration ou de coalescence et des plastifiants.
Les agents d'agglomération ou de coalescence peuvent être des esters de glycols, tels que l'acétate de cellosolve et l'acétate de carbitol, des éthers de glycols, tels que le butyl carbitol, le dibutyl carbitol et le cellosolve, ou des ester- éthers de glycols, tels que l'acétate de butyl cellosolve et l'acétate de butyl carbitol.
Les plastifiants peuvent être des phtalates, tels que le phtalate de butyle et de benzyle ou le phtalate de di- (méthyl cyclohexyle). Le rapport polymère (total) : agent de coalescence : plastifiant est généralement compris entre 10:2:6 et 10:6:2. Le rapport préféré dépend du degré de plastification interne du polymère filmogène.
Des pigments classiques peuvent être ajoutés aux compositions de revêtement pour améliorer l'aspect esthétique des revêtements obtenus.
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Les compositions de revêtement sont appliquées par les techniques ordinaires. L'article revêtu est alors cuit à une température d'environ 65 0 à 145 C pendant une durée suf- fisante pour chasser le milieu organique liquide. Ces composi- tions peuvent être appliquées sur des supports métalliques, cellulosiques, en matière plastique, en verre et en tissu.
Ces compositions conviennent spécialement pour l'application de couches de revêtement sur des carrosseries de véhicules automobiles, en raison de leurs excellentes propriétés d'étale- ment lors d'un chauffage.
Les exemples suivants illustrent davantage l'invention* Dans ces exemples, toutes les parties sont en poids.
EXEMPLE 1.
On prépare un copolymère de méthacrylate de méthyle et de méthacrylate d'allyle (98/2) dans 200 parties d'un mélange (90/10) de toluène et d'acétone, en .copolymérisant 98 parties de méthacrylate de méthyle et 2 parties de méthacrylate d'allyle avec 2% d'azobisisobutyronitrile (catalyseur) à 95 C pendant 3 heures.
A 100 parties de la solution obtenue, on ajoute alors 25 parties d'a,a-diméthyloctanoate de vinyle, 10 parties d'acé- tone et 0,5 partie de catalyseur de plus. La masse réactionnelle est alors portée et maintenue à la température de reflux.
Un mélange de 25 parties de l'octanoate, de 0,5 partie de catalyseur et de 5 parties dacétone est alors ajouté, de manière continue, à la masse réactionnelle, en l'espace de 3 heures. La masse est chauffée au reflux pendant 1 heure, après la fin de l'addition. L'ossature du copolymère greffé obtenu a un poids moléculaire moyen d'environ 10. 000. Le copolymère greffé lui même présente un rapport entre*le composant greffé ot le composant d'ossature de base d'environ 1,5/1.
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On prépare une dispersion de polymère, en utilisant ce copolymère greffé comme agent de stabilisation, par mélange de 12 parties de la dispersion de copolymère greffé, 56 parties d'un mélange (55/45) d'hexane/naphte VM et P, 0,4 partie d'azobisisobutyronitrile, 0,2 partie de dodécyl mercaptan et
20 parties de méthacrylate de méthyle monomère, La masse est portée à la température de reflux.
A cette masse chauffée au reflux, on ajoute ensuite, un mélange
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, $Ç en l'espace de 2 heures,fde 14 parties de méthacrylate de méthy- le, de 38 parties d'acrylate d'éthyle, de 252 parties du liquide
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organique, de 1.6 partie dtazobiaisobutyronitrile et de 0,6 partie de dodécyl mercaptan. La masse est maintenue à la température de reflux pendant 1 heure encore, après la fin de l'addition.
Le copolymère dispersé de méthacrylate de méthyle et d'acrylate d'éthyle (80/20) obtenu a une viscosité relative de
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ï9.-ï,le Les particules ont un d3artre moyen d*environ 0,2 micron. La dispersion contient environ 40% de matière solide.
125 parties de cette dispersion (40% de matières so- lides totales)sont mélangées à 150 parties de bioxyde de ti- tane, 50 parties de phtalate de butyle et de benzyle et 92 parties d'une fraction d'hydrocarbures aliphatiques saturés
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ayant un intervalle d'érnlllition de 110 à 140.0. Ce mélange est agité jusque ce qui il soit homogène, après quoi il est broyé dans un sroysur à boulets pendant 18 heures.
139 parties du mélange broyé sont alors mélangées à L38 panips epp14mntaires de la dispersion de polyméthacry- 1,'Ge de iùétixyiz, 1 . parties de phtalate de butyle et de.benzy- le et SS parti.es d'scéiate de selloscive. Le mélange est agité iior.dao;t 3 Hi;HH..ôSt
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La composition de revêtement obtenue est alors pul- vérisée sur une carrosserie de véhicule automobile munie d'une couche de fond. La pellicule appliquée est soumise à une cuis- son à 120 C pendant 0,5 heure. On obtient ainsi une surface brillante et durable, possédant d'excellentes propriétés d'éta- lement.
EXEMPLE 2.
On prépare un copolymère (98/2) de méthacrylate de méthyle et de méthacrylate d'allyle dans 200 parties d'un mé- lange (90/10) de toluène et d'acétone en copolymérisant 98 par- ties de méthacrylate de méthyle et 2 parties de méthacrylate d'allyle, en utilisant 2% d'azobisisobutyronitrile (catalyseur], à 95 C, pendant 3 heures.
A cette masse réactionnelle, on ajoute ensuite, goutte à goutte, en l'espace de 3 heures, 33 parties d'aerylate de 2- éthylhexyle contenant 0.66 partie de perpivalate de tert.-butyle.
La masse réactionnelle est maintenue à la température de reflux pendant 1 heure encore, après la fin de l'addition.
L'ossature du copolymère greffé obtenu a un poids molé- culaire moyen d9environ 10.000. Le rapport du composant greffé au composant d'ossature dans le copolymère greffé est d'environ 1/1 en poids.
On disperse ensuite 2p85 parties du copol.ymére greffe obtenu dans un mélange de 65 parties d'hexane, de 75 parties de naphta de pétrole, de 95 parties de méthacrylate de méthyle, de 0,5 partie d'azobisisobutyronitrile et de 0,5 partie' de do- décyl mercaptan. La massc réactionnelle est chauffée au reflux pendant 1 heure peur formor une dispersion de méchacrylate de méthyle contenant environ 40.5% de solide..
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Le polyméthacrylate de méthyle a une viscosité relati- ve d'environ 1,18. Les particules ont un diamètre moyen d'environ 0,2 gramme .
EXEMPLE 3.
On chauffe un mélange de 90 parties de toluène, 10 parties d'acétone, 100 parties d'acétate de vinyle, 2 parties d'azobisisobutyronitrile et 2 parties de méthacrylate d'allyle à 60 C dans une bombe. Le mélange est maintenu à cette tempéra- ture pendant 18 heures, tout en étant agité, ce qui permet d'obtenir un copolymère (98/2) d'acétate de vinyle et de métha- crylate d'allyle.
On ajoute ensuite à ce mélange, goutte à goutte, en l'espace de 2 à 3 heures, 102 parties d'acrylate de 2-éthyl- hexyle monomère contenant 2 parties de perpivalate de tert'- butyle. Le mélange réactionnel est maintenu à la température de reflux pendant 1/2 heure après la fin de l'addition. Le rapport pondéral entre le composant greffé et le composant d'ossature du copolymère greffé obtenu est d'environ 1/1.
On prépare une dispersion du copolymère (80/20) de méthacrylate de méthyle et d'acrylate d'éthyle, en utilisant ce copolymère greffé, comme agent de stabilisation, de la ma- nière décrite dans l'exemple 1.
Les dispersions préparées dans les exemples décrits plus haut restent stables pendant 6 semaines à 120 C et pendant 6 mois à température ambiante. Si un léger dépôt ce produit, les compositions peuvent être aisément redispersées en les agio- tant pendant une courte période.
Il est évident que dans les exemples décrits plus haut, les divers liquides organiques énumérés sous le titre "Milieu organique liquide" dans la première partie de la présente
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description, peuvent être utilisée à la place de la fraction d'hydrocarbures aliphatiquen, en proportions équivalentes, avec des résultats équivalents.
De même, des compositions de revêtement peuvent être obtenues à partir de la dispersion des exemples 2 et 3, de la manière décrite dans l'exemple 1.
REVENDICATIONS.
1.- Copolymère greffé constitué de (a) un composant de base ou d'ossature, insoluble dans un liquide organique, constitué d'un copolymère d'au moins un monomère mono-oléfiniquement insaturé et de 0,5 à 20% d'un monomère fournissant des positions de greffage, et (b) un composant greffé, soluble dans le même liqui- de organique que celui indiqué en (a), constitué d'un polymère ou copolymère de monomères mono-oléfiniquement insaturés.
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the graft component, instead of the "Trace graft component".
(The plaintiff)
The undersigned is aware that no document attached to the file of a patent for invention can be of a nature to make, either to the description or to the drawings, substantive changes and declares that the content of this note does not make such changes and has no other purpose than to report one or more material errors.
(It) recognizes that the content of this note cannot have the effect of making patent application no. 58058 fully or partially valid if it was not fully or partially valid under the legislation currently in force.
He authorizes the administration to attach this note to the patent and to issue a photocopy of it.
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Dispersion of synthetic polymers in organic liquids,
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The present invention relates to dispersions of synthetic organic polymers in organic liquids and relates to improvements or variations of the invention described in Belgian Patent No. 667,015. The present invention relates to dispersions containing a partial class.
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culture of graft copolymers, processes for preparing these graft copolymers and coating compositions based on these dispersions.
Belgian Patent No. 667,015 describes and claims a process for preparing a graft copolymer, which consists in reacting a base or linear backbone polymer.
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tured originating from at least one monoethylenically unsaturated monomer and unsolvated with an organic liquid medium chosen
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by reaction in bulk, with at least one monoethyld, finely unsaturated monomer which forms a graft component which is solvated by the organic liquid medium in the presence of a graft initiator or initiator.
The aforementioned Belgian patent also describes and claimed dispersions of a film-forming polymer in a liquid medium.
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Orgnîquep this dispersion comprising a grsffs copolymer prepared by loe described ei-deitus> disp <iDo4: ifm tU1> al .; 14-eti liquid 1,2 {! Ldm, tit "t. <IDflt grafted eoi.vùvµ by the liquid mili i and the dto.40atare polymer Ca dz bf.t <ne 1? Jtait paSt, as well as # a deapePS6 dai.c.! - ee, 4t milioov ce pcÙyrn & 1a 6tak1t dospËt-i'lt ir; <c 1.> pt, 1, at> .. <. lri
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frame or base.
The Applicant has now discovered that it is possible to obtain improved dispersions of film-forming polymers by using particular graft copolymers. These graft copolymers contain, as backbone or base polymer, a copolymer of at least one monoethylenically unsaturated monomer and from 0.5 to 20% of a monomer providing grafting positions in the backbone and, as component or graft component, a polymer or copolymer of a monoethylenically unsaturated monomer.
The present invention therefore relates to a graft copolymer comprising: (a) a constituent or backbone component insoluble in an organic medium, consisting of a copolymer of at least one ethylenically unsaturated monomer and of 0.5 to 20% by weight a monomer providing grafting positions in the framework, and (b) a constituent or grafted component soluble in the organic medium in question, consisting of a polymer or copolymer of a monoethylenically unsaturated monomer.
The invention also relates to a process for the tobten tion of such a copolymer, this process consisting in copolymerizing the framework constituent with the graft constituent, in bulk, in the presence of a grafting initiator or initiator.
The invention also relates to dispersions of the graft copolymer in an organic medium, in which the backbone or base component is insoluble and the graft component is soluble, as well as to dispersions which also contain, in addition, 'dispersed state, a film-forming polymer compatible with the backbone or base polymer.
These dispersions are used
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sands in coating compositions and the invention also relates to a process for preparing these dispersions, which consists of dispersing the graft copolymer in the liquid medium, then dispersing the film-forming polymer therein, by polymerization of the monomer (s). film-forming polymer in the liquid organic medium containing the graft copolymer, in the presence of a free radical polymerization initiator.
The term "soluble", as used in the present specification, denotes a constituent considered alone, a proportion of at least 0.5 gram of which dissolves in 100 grams of solvent, at reflux temperature, for form a single phase.
The term "insoluble" as used herein denotes a constituent or component of which an amount not exceeding 0.5 grams dissolves in 100 grams of solvent at reflux temperature or which forms a two-phase system at this concentration.
The term "swollen by", as used herein, means that the polymer soaks up with solvent, without forming a true solution.
The term "compatible" as used herein refers to a component which, taken in isolation, when mixed with a bulk of the film-forming polymer and cast as a film, forms a homogeneous product, without separation of polymers, stratification or cloudiness.
Film-forming polymers.
The film-forming polymers used in the coating compositions according to the invention may be based on polymers or copolymers of ethylenically unsaturated monomers, such as acrylic acid, methacrylic acid and the like.
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namely amides, nitriles and lower esters of these acids, the so-called "acrylic" polymers.
Polymers and copolymers of monomers, such as maleic anhydride and fumaric acid and their esters; styrene; alpha-methyl styrene; vinyl-toluene; vinyl esters, such as vinyl acetate butyrate; vinyl ethers; vinyl and vinylidene halides;
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3- (P-m.thacryloxyethyl) -2 # 2-epirocyclohexyloxazolidine (MESO diethylaminoethyl methacrylate, glycidyl methacrylate and tetrahydrofurfuryl methacrylate, as well as mixtures of these compounds can also be used.
The choice of a film forming system is dictated primarily by the desired characteristics of the final coating. The film former must obviously be insoluble in the medium.
Polymers of acrylates and methacrylates and copolymers of these compounds with other ethylenic monomers
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meatus: n8, preferred because of the quality of the cbtuF rsvtemart with these polymers and because of their low cost. The copolymers of methyl methacrylate and of butyl acrylate, in which the proportions by weight of the monomers are included in 90/10 ot 80/20 ink, as well as the copolymers of methacrylate
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of Bethyl and ethyl acrylate, in which the Federal proportions of the monomers are between 90/10 and 80/20
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ijaù prefere3 po.ar the Bernese reasons.
Liquid organism medium.
The choice of a liquid organic medium for the dis-
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7,; t;, of polyether depends on the nature of the dispersed polymer; 1,? Uzi?, Ieat :, one envisaged for revote-fi: composition. es' .r envisaged for composition coating- ir <ix ei pertir to the dispersion, As has already been 91- ji: j.9 36 po2./#r3 film-forming must be insoluble in the medium: 1Li. = 1: 1.i; while the graft component of the polymer
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grafted must be solvated by this medium,
In general, any organic liquid or mixture of organic liquids which dissolves the graft polymer, but does not dissolve the film-forming polymer is suitable as a liquid organic medium.
It is preferred to use the saturated liquid aliphatic hydrocarbons because they possess suitable solvent characteristics, together with the preferred film-forming polymers and the preferred base polymers or graft components. Pentane, hexane, VM and P naphtha, petroleum ethers and mixtures of these solvents are special. They are preferred because they are readily available and because they exhibit suitable boiling points and evaporation rates.
The graft copolymer is formed of an insoluble backbone which must be compatible with the film forming polymer to be used and which must be soluble in or swollen by the monomer or monomers from which this film forming polymer is formed. The reactive positions for grafting to the backbone are obtained by copolymerizing the main backbone monomer with 0.5% to 20% by weight of a monomer such as methane.
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allyl crylate, diethylaminoethyl methacrylate, tdtralYd.iofiarfurv3 ^ methacrylate, isopropyl styrene or aminoethyl vinyl ether, preferably 0.5 to 4% allyl methacrylate.
As examples of main frameworks which can be used, when liquid hydrocarbons are used as organic media, mention may be made of the copolymers of these mono '*'.
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mothers with different unsaturated mono-finial monomers, such as acrylic acid and methacrylic acid as well as their amides, 3.tr = 1 s at esters with alcohols A -.5 atoms
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carbon, maleic anhydride, fumaric acid and their esters; styrene; α-methyl styrene; vinyl ethers; vinyl toluene; vinyl esters of monocarboxy acids. liquids containing up to 3 carbon atoms;
halides
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vinyl and vinylidenet 3 - (- methacryloxyethyl) -2,2-spiro-cyclohexyloxazolidine; glycidyl methacrylate and tetrahydro-furfuryl methacrylate. Polyethera ,. such as polyethylene glycol and. polypropylene glycol can also be used.
When polar solvents are to be used as the organic liquid media, the insoluble backbone can be formed from a copolymer containing 0.5 to 20% by weight of a monomer providing reactive positions, with an ester of the acid. acrylic or methacrylic and an alcohol containing
4 to 26 carbon atoms, such as 2-ethylhexyl acrylate, benzyl acrylate, butyl methacrylate, lauryl methacrylate and stearyl methacrylate,
Copolymers of acrylates and methacrylates are preferred as backbones insoluble in liquid hydrocarbons because of their low cost and ease with which they can be obtained.
Preference is given, in particular, for the same reasons, to copolymers of methyl methacrylate and of allyl methacrylate, as well as to copolymers of vinyl acetate and of allyl methacrylate.
Grafting monomer.
The graft monomer or mixture of monomers should be chosen so that it polymerizes to form a graft polymer soluble in the liquid organic medium used.
The graft polymer can be obtained from an ester of acrylic or methacrylic acid and an alcohol
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containing 4 to 26 carbon atoms, such as 2-ethylhexyl acrylate, butyl methacrylate, lauryl methacrylate and stearyl methacrylate, or a vinyl ester of a 4- monocarboxylic acid. 18 carbon atoms, such as vinyl α, α-dimethyloctanoate. It is also possible to use copolymers of these monomers with up to 20% by weight of any of the monomers indicated under the title "film-forming polymers".
2-Ethylhexyl acrylate is preferred.
One or more graft chains can be attached to the backbone in graft copolymers prepared in accordance with the present invention. However, certain conditions must be observed in order for the dispersions stabilized with the aid of these graft copolymers to give satisfactory coating compositions.
First, the insoluble backbone component and the soluble graft component should each have a molecular weight of 200 to 1,000,000. In most cases, the backbone component will have a molecular weight of about 200 to 10,000.
In the preferred case, the length of the framework component is substantially the same as that of the graft component or may be up to 5,000 times that of the graft component.
Furthermore, the ratio of the weight of the grafted component to the weight of the framework must be between 10/1 and 1/10.
Coating compositions based on stabilized dispersions with graft copolymers, in which the weight ratios of the graft component to the backbone component are between 4/1 and 1/3 give the best results.
Preparation of graft copolymer.
The graft copolymers according to the present invention can be obtained by first preparing the backbone or base polymer. This is done by copolymerizing, in a conventional manner,
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a suitable monomer or monomers with another monomer providing the grafting positions, in an organic liquid which constitutes a good solvent for the polymer 4 to be prepared, using the conventional free radical polymerization initiators or initiators. The concentration of the monomers in the liquid can be between 20% and about 50% by weight.
This solution is brought to reflux temperature, after which 10% to 1000% by weight of a suitable grafting monomer and 0.1% to 10% of a suitable graft initiator are added, with stirring. , for 2 to 3 hours. The weight ratio of the backbone or base polymer to the graft monomer should be high, to prevent the grafting monomers from reacting with each other. The reaction mass is then heated for a further 1/2 to 1 hour and the graft copolymer dispersion is then ready to be used.
The graft copolymer can be isolated by simply allowing the solvent to evaporate.
In general, the polymerization initiator used peat ettro any polymerization initiator
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with 1 .as 'radicals such as benzoyl peroxide, tert.-butyl peracetate gas proxy, t (:. i't <; t ..' J.tJJ.G.9 Gf.Qb1sisobutyronitrile, tertsbu # 7Pie hydroxide and diisopropyla peroxycarbonMe.
"ëpsa.ondesdisparsions stable.
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., ... ii "3per-! dor.s stable polymers according to the pre- & 6pt .....,. L poor2R siobtf.! end by polysizing monomers" p :,. "r,;, . &: 3, ¯.,: '.: .Mmca 4 a corresponding graft copolymer' ;;, ci;, ¯.
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If the film-forming polymer is a homopolymer, the dispersion is usually prepared by a batch process. 1 to 20%, based on the weight of the polymer to be obtained, of a graft copolymer prepared by the process according to the invention is mixed. tion, to the organic liquid to be used as the polymerization medium. It is generally preferred to add 2 to 10% of the graft copolymer, because this amount gives more stable dispersions.
The monomer (s) to be polymerized are then added to this mixture, in the desired amount.
A free radical polymerization initiator, such as benzoyl peroxide or
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the azobisosobutyronite ri lea is added, in the usual amount, to the mixture, which is then heated under reflux to cause polymerization. The chain length of the polymer formed can be controlled using chain transfer agents, such as, for example, alkyl mercaptans.
The dispersion obtained is in the form of a milky fluid containing polymer particles having average diameters between 0.01 and 2.0 Nierons. The polymer has an average molecular weight, determined by measurements of relative viscosities, of between about 5,000 and 400,000.
In some systems, the molecular weight can reach 2,000,000.
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If the film-forming polymer has a capc ..? Dieper- sion is usually prepared by a continuous 39aedi'v.oy process.
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Mix from 1 to 20%. per appearance weight of the polymer to be prepared 9 of MK sopolyzer graft &prJ'ûr; 1'16 il / 10 of the total charge of the solvent of the type hJ.âÍ. "'om; ,,: n: # # da 1jorê <e3 and initiators or, i6a'acs. '' 9 lsiu'3s 0 (; i: 1911lJg '(: is then
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brought to and maintained at reflux temperature, the remaining 9/10 of the solvent, monomer and initiator charge being added over 2 hours. Heating is then continued for a further 1/2 to 1 hour, to complete the polymerization.
The polymer chain length can be adjusted as in the batch process. The dispersions obtained by the continuous addition process are substantially the same as those obtained in the batch process.
Preparation of coating compositions *
Coating compositions can be prepared directly from these stable dispersions by mixing them, in desired proportions, with agglomerating or coalescing agents and plasticizers.
Agglomerating or coalescing agents can be esters of glycols, such as cellosolve acetate and carbitol acetate, ethers of glycols, such as butyl carbitol, dibutyl carbitol and cellosolve, or esters - glycol ethers, such as butyl cellosolve acetate and butyl carbitol acetate.
Plasticizers can be phthalates, such as butyl benzyl phthalate or di- (methyl cyclohexyl) phthalate. The ratio of polymer (total): coalescing agent: plasticizer is generally between 10: 2: 6 and 10: 6: 2. The preferred ratio depends on the degree of internal plasticization of the film-forming polymer.
Conventional pigments can be added to the coating compositions to improve the aesthetic appearance of the coatings obtained.
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The coating compositions are applied by ordinary techniques. The coated article is then baked at a temperature of about 65 ° to 145 ° C. for a sufficient time to remove the liquid organic medium. These compositions can be applied to metallic, cellulosic, plastic, glass and fabric substrates.
These compositions are especially suitable for the application of coating layers to motor vehicle bodies, because of their excellent spreading properties upon heating.
The following examples further illustrate the invention. In these examples, all parts are by weight.
EXAMPLE 1.
A copolymer of methyl methacrylate and allyl methacrylate (98/2) in 200 parts of a mixture (90/10) of toluene and acetone is prepared by .copolymerizing 98 parts of methyl methacrylate and 2 parts of allyl methacrylate with 2% azobisisobutyronitrile (catalyst) at 95 C for 3 hours.
To 100 parts of the solution obtained, 25 parts of vinyl α, α-dimethyloctanoate, 10 parts of acetone and 0.5 part of catalyst are added. The reaction mass is then brought to and maintained at reflux temperature.
A mixture of 25 parts of the octanoate, 0.5 part of catalyst and 5 parts of acetone is then continuously added to the reaction mass over 3 hours. The mass is heated at reflux for 1 hour, after the end of the addition. The resulting graft copolymer backbone has an average molecular weight of about 10,000. The graft copolymer itself has a graft component to base backbone component ratio of about 1.5: 1.
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A polymer dispersion is prepared, using this graft copolymer as a stabilizing agent, by mixing 12 parts of the graft copolymer dispersion, 56 parts of a mixture (55/45) of hexane / naphtha VM and P, 0 , 4 part of azobisisobutyronitrile, 0.2 part of dodecyl mercaptan and
20 parts of methyl methacrylate monomer. The mass is brought to reflux temperature.
To this mass, heated to reflux, is then added a mixture
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, $ Ç within 2 hours, ffrom 14 parts of methyl methacrylate, 38 parts of ethyl acrylate, 252 parts of liquid
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organic, 1.6 part dtazobiaisobutyronitrile and 0.6 part dodecyl mercaptan. The mass is maintained at reflux temperature for a further 1 hour, after the end of the addition.
The dispersed copolymer of methyl methacrylate and ethyl acrylate (80/20) obtained has a relative viscosity of
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The particles have an average hardness of about 0.2 microns. The dispersion contains about 40% solids.
125 parts of this dispersion (40% of total solids) are mixed with 150 parts of titanium dioxide, 50 parts of butyl benzyl phthalate and 92 parts of a saturated aliphatic hydrocarbon fraction.
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having an interval of 110 to 140.0. This mixture is stirred until it is homogeneous, after which it is ground in a ball mill for 18 hours.
139 parts of the ground mixture are then mixed with L38 panips epp14mntaires of the dispersion of polymethacry-1, 'Ge of iùétixyiz, 1. parts of butyl and benzyl phthalate and SS parts of selloscive slate. The mixture is stirred iior.dao; t 3 Hi; HH..ôSt
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The coating composition obtained is then sprayed onto a motor vehicle body provided with a primer. The applied film is baked at 120 ° C. for 0.5 hour. This results in a glossy and durable surface with excellent spreading properties.
EXAMPLE 2.
A copolymer (98/2) of methyl methacrylate and allyl methacrylate in 200 parts of a (90/10) mixture of toluene and acetone is prepared by copolymerizing 98 parts of methyl methacrylate and 2 parts of allyl methacrylate, using 2% azobisisobutyronitrile (catalyst), at 95 C, for 3 hours.
To this reaction mass, 33 parts of 2-ethylhexyl aerylate containing 0.66 part of tert.-butyl perpivalate are then added dropwise over the course of 3 hours.
The reaction mass is maintained at reflux temperature for a further 1 hour, after the end of the addition.
The resulting graft copolymer backbone has an average molecular weight of about 10,000. The ratio of graft component to backbone component in the graft copolymer is about 1/1 by weight.
Then dispersed 2p85 parts of the graft copolymer obtained in a mixture of 65 parts of hexane, 75 parts of petroleum naphtha, 95 parts of methyl methacrylate, 0.5 part of azobisisobutyronitrile and 0.5 part of do-decyl mercaptan. The reaction mass is heated under reflux for 1 hour to form a dispersion of methyl mechacrylate containing about 40.5% of solid.
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Polymethyl methacrylate has a relative viscosity of about 1.18. The particles have an average diameter of about 0.2 grams.
EXAMPLE 3.
A mixture of 90 parts of toluene, 10 parts of acetone, 100 parts of vinyl acetate, 2 parts of azobisisobutyronitrile and 2 parts of allyl methacrylate and 2 parts of allyl methacrylate is heated to 60 ° C. in a bomb. The mixture is maintained at this temperature for 18 hours while being stirred, which gives a copolymer (98/2) of vinyl acetate and allyl methacrylate.
To this mixture is then added dropwise over 2-3 hours 102 parts of 2-ethylhexyl acrylate monomer containing 2 parts of tert-butyl perpivalate. The reaction mixture is maintained at reflux temperature for 1/2 hour after the end of the addition. The weight ratio between the graft component and the backbone component of the obtained graft copolymer is approximately 1/1.
A dispersion of the copolymer (80/20) of methyl methacrylate and ethyl acrylate is prepared using this graft copolymer as stabilizing agent as described in Example 1.
The dispersions prepared in the examples described above remain stable for 6 weeks at 120 ° C. and for 6 months at room temperature. If lightly deposited this produces the compositions can be easily redispersed by agitation for a short time.
It is evident that in the examples described above, the various organic liquids listed under the title "Liquid organic medium" in the first part of the present document.
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description, can be used instead of the aliphatic hydrocarbon fraction, in equivalent proportions, with equivalent results.
Likewise, coating compositions can be obtained from the dispersion of Examples 2 and 3, as described in Example 1.
CLAIMS.
1.- Graft copolymer consisting of (a) a basic or backbone component, insoluble in an organic liquid, consisting of a copolymer of at least one mono-olefinically unsaturated monomer and from 0.5 to 20% of a monomer providing grafting positions, and (b) a graft component, soluble in the same organic liquid as indicated in (a), consisting of a polymer or copolymer of monoolefinically unsaturated monomers.