CH644147A5 - Composition utile comme adhesif sensible a la pression et feuille adhesive la contenant. - Google Patents
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Description
La présente invention se rapporte à une composition utile comme adhésif sensible à la pression, qui est un mélange d'une poly-(vinyllactame) et d'un copolymère de: 1) un ester acrylique ou mé-thacrylique ou un mélange d'esters, et 2) un acide à insaturation éthylénique, le mélange possédant une combinaison unique de propriétés et caractéristiques.
Les compositions adhésives sensibles à la pression sont couramment appliquées à un support ou bande flexible où elles sont supportées pendant l'utilisation, en les enduisant sous la forme d'une solution ou d'une dispersion dans un véhicule approprié comme un solvant organique ou de l'eau, ou en les enduisant sous la forme d'un produit thermoplastique sans véhicule. Afin d'être utiles, les compositions adhésives sensibles à la pression doivent posséder non seulement une bonne adhésivité, mais également une bonne force de cohérence et le degré élevé souhaité d'adhérence. Toutes ces propriétés sont généralement interdépendantes, un changement de l'une d'entre elles provoquant généralement un changement des autres. Bien que divers homopolymères de faible poids moléculaire d'acry-lates d'alcoyle soient connus depuis longtemps comme étant des matériaux collants ou adhésifs, ils possèdent une force de cohérence insuffisante pour être utiles en eux-mêmes en tant qu'adhésifs sensibles à la pression, et en particulier ceux du type utilisé sur des rubans ou supports destinés à adhérer à la peau, et il est nécessaire de les copo-lymériser avec d'autres monomères choisis pour obtenir la combinaison souhaitée de propriétés, comme cela est par exemple décrit dans le brevet US N° 3299010 de Samour.
Il est généralement de pratique courante, depuis longtemps, de formuler des compositions adhésives sensibles à la pression en mélangeant ensemble des composants compatibles, dont chacun, par lui-même, manque d'une ou plusieurs des propriétés requises, mais qui se combinent pour répondre aux nécessités, comme dans le cas de mélanges de deux copolymères insolubles dans l'eau et hydrophobes différents, comme cela est décrit dans le brevet US N°4045517 de Guerin et autres. On a également proposé de faire réagir des poly(N-vinyllactames) solubles dans l'eau avec des acides carboxyliques po-lymériques (comprenant des copolymères) afin de former des compositions insolubles dans l'eau utiles dans une grande variété de buts, comme cela est décrit dans le brevet US N° 2901457 de Stoner et autres. Comme Stoner et autres le font remarquer, à la colonne 4, lignes 56-73, le produit réactionnel décrit a toujours sensiblement les mêmes propriétés et il contient les deux composants polymériques aux mêmes proportions, quelles que soient les proportions des deux utilisées pour former le produit. Les compositions de l'invention, par ailleurs, varient en propriétés et en proportions des composants selon les proportions des matières premières. Dans le brevet US N° 3975570 d'Ono et autres, il a été proposé d'améliorer la perméabilité à l'humidité des adhésifs sensibles à la pression traditionnels, qui sont des copolymères d'acrylates d'alcoyle avec de l'acide acrylique ou méthacrylique, en leur mélangeant de l'hydroxyéthylcellu-lose, et il a été indiqué que les mélanges de tels adhésifs avec de la poly(vinylpyrrolidone) ne présentaient pas une perméabilité améliorée à l'humidité.
On a maintenant trouvé que l'on pouvait former des compositions d'adhésifs sensibles à la pression et insolubles dans l'eau ayant une excellente adhésivité, une excellente cohérence et une excellente adhérence, et pouvant être appliquées à un support par un équipement de revêtement d'un produit thermoplastique traditionnel, en préparant un mélange optiquement clair comprenant une poly(N-vinyllactame) soluble dans l'eau et un copolymère insoluble dans l'eau de: A) un ester ou un mélange d'esters ayant pour structure:
h2c=c-c=o
Si où R' représente de l'hydrogène ou du méthyle et Rx représente un alcoyle ayant de 1 à 14 atomes de carbone, et B) de 1 à 12%, de préférence de 4 à 7% en poids du copolymère d'un monomère éthylénique contenant un groupe acide, le copolymère étant visqueux, ayant une température de transition du verre inférieure à 0° Cs ayant une viscosité inférieure à 50 Pa - s à 176,7° C, et étant soluble dans des solvants organiques (c'est-à-dire sensiblement dépourvu de réticula-
5
10
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20
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30
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3
644 147
tion); il possède donc, en lui-même, une force de cohérence insuffisante pour être utile comme adhésif sensible à la pression.
Les N-vinyllactames, dont les polymères peuvent être utilisés dans la présente invention, comprennent celles ayant pour structure:
\
ch=ch2
où X représente un pont alcoylène ayant 3 à 5 atomes de carbone, comme une l-vinyl-2-pyrrolidone, une l-vinyl-5-méthyl-2-pyrroli-done, une l-vinyl-2-pipéridone, et une N-vinyl-s-caprolactame ; les polymères peuvent avoir des poids moléculaires compris entre 10 000 et 1000 000 ou plus. On préfère des polymères de l-vinyl-2-pyrroli-done. La quantité de N-vinyllactame polymérique dans le mélange peut varier entre 1 et 30% en poids du mélange, selon le copolymère précis présent et les propriétés précises souhaitées dans le mélange.
La quantité du copolymère présent dans le mélange peut être modifiée de 70 à 99% en poids du mélange. De préférence, la composition adhésive sensible à la pression ne contient que le mélange de N-vinyllactame polymérique et du copolymère spécifié, bien que de faibles quantités d'additifs traditionnels, comme des agents stabilisants, puissent également être présentes pour empêcher la détérioration du mélange pendant le traitement à des températures élevées. D'autres additifs traditionnels comme des pigments, des agents colorants et analogues peuvent également être présents.
Le monomère éthylénique contenant un groupe acide, qui est co-polymérisable avec l'ester, peut contenir un groupe acide carboxyli-que ou un acide sulfonique ou phosphonique, comme de l'acide acrylique ou méthacrylique, de l'acide crotonique, de l'acide maléi-que, du méthacrylate de 2-sulfoéthyle et de l'acide 1-phénylvinyl-phosphonique. De préférence, le groupe acide dans le monomère éthylénique est carboxylique, l'acide acrylique étant le monomère de choix. L'ester avec lequel l'acide monomérique à insaturation éthylénique est copolymérisé peut, par exemple, être de l'acrylate de butyle, de l'acrylate de 2-éthylhexyle, de l'acrylate de lauryle et méthacrylates correspondants ou leurs mélanges. On préfère des esters de l'acide acrylique avec des mélanges d'alcools différents ayant de 1 à 14 atomes de carbone; on préfère particulièrement les acrylates d'alcoyle où les groupes alcoyles ont de 4 à 8 atomes de carbone. Le copolymère ne doit pas nécessairement être un copolymère consistant uniquement en monomère de l'ester spécifié et monomère éthylénique contenant un groupe acide, mais il peut contenir jusqu'à 20% en poids du copolymère total, d'un autre monomère copolymérisable à insaturation éthylénique comme de l'acétate de vinyle, du styrène ou de l'acrylonitrile. En général, la présence d'un tel troisième comonomère dans le copolymère n'affecte pas de façon néfaste les propriétés de l'adhésif sensible à la pression et peut être souhaitable dans certains cas pour réduire le prix ou pour augmenter la force de cohérence.
Le mélange peut être effectué en mélangeant ensemble des solutions ou dispersions de N-vinyllactame polymérique et du copolymère dans tous véhicules ou solvants souhaités miscibles avec eux, puis en retirant le véhicule ou solvant par exemple par évaporation. Il est également possible de mélanger le polymère ou le copolymère dans un équipement traditionnel de mélange comme un broyeur à deux cylindres ou un mélangeur à pales Sigma.
Dans le cas de mélanges contenant des quantités de N-vinyllactame polymérique proches de l'extrémité supérieure de la gamme spécifique de proportions, c'est-à-dire de 10 à 30% en poids du mélange, la composition adhésive sensible à la pression présente une perméabilité accrue à la vapeur d'humidité en comparaison des compositions contenant de plus faibles quantités du polymère. C'est une caractéristique avantageuse dans le cas de rubans adhésifs ou feuilles adhésives ayant des supports ou renforcements poreux destinés à être appliqués sur la peau.
Bien que différents polymères et copolymères soient normalement considérés comme étant incompatibles les uns avec les autres quand ils sont mélangés, et incapables de former un mélange homogène ayant les propriétés différentes de chacun des composants, les mélanges selon l'invention sont optiquement clairs ou, au plus, légèrement troubles d'aspects, ce qui met en évidence le fait que les mélanges sont homogènes au moins au point qu'il n'y a pas de particules distinctes des composants dépassant 4000 Â de diamètre. Grâce à cette homogénéité, la faible force de cohérence du copolymère visqueux est accrue et la forte fluidité est diminuée par la présence,
dans le mélange, de N-vinyllactame polymérique qui sert d'agent de renforcement.
Les mélanges selon l'invention peuvent être appliqués à tout support ou renforcement flexible traditionnel employé dans la fabrication des feuilles et rubans adhésifs soit par étalement, revêtement ou coulée d'une solution mélangée ou dispersion du mélange sur le support, puis en retirant le solvant ou le véhicule liquide, par exemple par évaporation; cependant, les mélanges possèdent la capacité unique d'être appliqués en condition fondue en utilisant un équipement traditionnel de revêtement de produits thermoplastiques, parce que les viscosités dans cet état sont inférieures à 100 Pa• s à 176,7° C; aucun durcissement ou réticulation du mélange n'est requis. Des adhésifs sensibles à la pression traditionnels contenant des copolymères d'acrylates d'alcoyle et de l'acide acrylique ou méthacrylique ayant une viscosité suffisament élevée pour avoir une force de cohérence appropriée ont une viscosité à la fusion supérieure à 100 Pa • s à 176,7° C, et ne peuvent être appliqués à un support en condition fondue en utilisant un équipement traditionnel.
Afin d'obtenir une stabilité et une durée de vie maximales du mélange, il peut être souhaitable d'inclure, dans la composition adhésive sensible à la pression, en plus de la N-vinyllactame polymérique et du copolymère, une faible quantité d'un stabilisant traditionnel comme 1 % en poids de tétrakis-[2,4-ditert.-butylphényl]-4,4'-biphénylènediphosphonite.
Les exemples spécifiques qui suivent sont destinés à mieux illustrer la nature de la présente invention sans en aucun cas en limiter le cadre. Les poids moléculaires indiqués ici sont les poids moléculaires de crête déterminés par Chromatographie de perméation de gel.
Exemple 1 à 15:
On a préparé une série de copolymères d'acrylates d'alcoyle avec des proportions variables d'acide acrylique, par des processus traditionnels de polymérisation en solution en dissolvant les proportions souhaitées des monomères dans un solvant approprié comme du benzène ou de l'acétate d'éthyle et en employant, comme initiateur de polymérisation, une faible quantité (0,1% en poids des monomères) d'un générateur de radicaux libres comme un peroxyde de ben-zoyle ou du 2-t-butylazo-2-cyanopropane. La polymérisation a été entreprise à 85-95° C jusqu'à un degré élevé de conversion, de l'ordre de 97%, pour produire des copolymères ayant une force de cohérence insuffisante pour être utiles, en eux-mêmes, comme adhésifs sensibles à la pression ayant des poids moléculaires compris entre 62 000 et 566 000. Ces copolymères, après enlèvement du solvant par chauffage sous vide, étaient de nature agressivement visqueuse, mais manquaient d'une force de cohérence suffisante pour être des adhésifs sensibles à la pression satisfaisants en eux-mêmes. On donne ci-après un tableau des copolymères et de leur poids moléculaire:
Rapport pondéral
Poids
N°
Ester acrylique de l'ester acrylique moléculaire
à l'acide
(103)
1
n-butyle
98:2
82
2
n-butyle
97:3
127
3
n-butyle
97:3
200
4
n-butyle
95:5
58
5
2-éthylhexyle
98:2
566
6
2-éthylhexyle
97:3
128
5
10
15
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25
30
35
40
45
50
55
60
65
644 147
4
io
On a obtenu, de sources commerciales, comme suit, une série d'homopolymères de l-vinyl-2-pyrrolidone, tous solubles dans l'eau, mais ayant des poids moléculaires indiqués différents:
No
Polyvinylpyrrolidone Poids moléculaire (103)
1
10
2
40
3
360
On a préparé alors des mélanges des deux séries ci-dessus à des proportions pondérales variables, comme cela est indiqué au tableau I. Dans certains cas, le copolymère d'acrylate, toujours en solution dans le solvant où il avait été polymérisé, fut mélangé à une 30 solution de la poly(vinylpyrrolidone) dans un solvant compatible comme du chloroforme, et les deux solvants furent alors retirés par volatilisation à pression réduite. Dans d'autres cas, le solvant fut d'abord retiré de la solution du copolymère d'acrylate en chauffant à pression réduite et le copolymère sans solvant fut alors mélangé à la 35 poly(vinylpyrrolidone) sans solvant, en broyant sur un broyeur à deux cylindres chauffés. Le mélange fut alors appliqué à un support standard consistant en une pellicule de téréphtalate de polyéthylène (Mylar) de 0,038 mm, les mélanges formés en solution étant appliqués en étalant la solution sur la pellicule avant évaporation du «o solvant et les mélanges formés par broyage étant appliqués par ca-landrage. Le produit, dans chaque cas, était un ruban adhésif sensible à la pression ayant une couche adhésive de 0,025 à 0,076 mm d'épaisseur.
Les propriétés adhésives du ruban furent alors déterminées avec « les résultats indiqués au tableau qui suit. L'aptitude à l'adhésivité d'une sonde fut déterminée au moyen d'un appareil d'essai Polyken, comme cela est décrit dans le brevet US N° 3214971 ayant les quatre parties fonctionnelles qui suivent: 1) une sonde cylindrique en acier attachée au ressort chargée par compression de 2) une jauge de force mécanique Hunter série L (Hunter Spring Company, brochure 750/FG, révisée en février 1961), 3) un anneau ayant une ouverture légèrement plus grande que le diamètre de la sonde, et 4) un support de l'anneau descendant pour amener l'anneau autour de la sonde, puis remontant pour en retirer l'anneau. Le support se déplace à une vitesse de 0,254 cm/s. Au début de l'essai, le support est à son point le plus élevé et l'anneau repose sur le support; ainsi, l'ouverture dans l'anneau est alignée avec la sonde placée en dessous. Pour la mise en œuvre de l'essai, on place une bande de ruban sur l'anneau, côté adhésif tourné vers le bas, et couvrant l'ouverture de l'anneau. Tandis que le support est descendu par un moteur synchrone, la surface adhésive exposée à travers l'ouverture est amenée en contact avec la surface plane de la sonde; ainsi, le ruban et l'anneau qui lui est attaché sont suspendus sur la sonde, tandis que le support continue sa descente. Le support inverse alors son mouvement pour remonter l'anneau, séparant ainsi le ruban de la surface de la sonde. La séparation commence au bout d'un contact de 1 s entre la sonde et l'adhésif. La force requise pour séparer le ruban de la sonde est enregistrée sur un appareil de mesure. La valeur enregistrée est la valeur de l'aptitude à l'adhésivité de la sonde. Les mesures ont été faites en employant une charge de 100 g/cm2.
Les valeurs d'adhérence à l'écaillage représentent les forces requises pour retirer un ruban adhésif de 2,54 cm de large d'une surface en acier inoxydable après contact avec elle pendant 2 min à une température de l'ordre de 23,9° C. Le ruban est arraché de la surface à un angle de 180° et à une vitesse de 30,5 cm/min.
Les valeurs de résistance au glissement sont déterminées en prévoyant un tube en acier inoxydable et poli, ayant 2,54 mm de diamètre externe, monté horizontalement dans une chambre à température constante maintenue à40 + 1,1°C. Le tube est pourvu d'une fente de 0,159 cm de large, qui s'étend le long de sa face supérieure parallèle à son axe. On enroule sur le tube 15,24 cm de longueur d'un ruban adhésif à examiner, sa surface adhésive étant en contact avec le tube, et ses extrémités libres s'étendent vers le bas à peu près sur la même distance sur les côtés opposés du tube, le ruban s'étendant à travers la fente, perpendiculairement à elle. Chaque longueur du ruban ne dépasse pas 2,54 cm de large et à chacune de ses extrémités inférieures est fixé un poids de 179 g/cm de largeur de ruban. Quand le ruban pourvu des poids a été maintenu dans la chambre pendant 15 min, il est rompu transversalement le long de l'espace dans la fente et on mesure le temps requis, en heures, pour la descente de chaque extrémité sur une distance de 1,27 cm. La résistance au glissement est exprimée en heures.
La viscosité à la fusion à 176,7° C est mesurée comme viscosité Thermosel Brookfield (viscosimètre modèle RTV), en utilisant une broche SC4-27 à 2,5 tr/min.
Les résultats sont les suivants:
Rapport pondéral
Poids
N°
Ester acrylique de l'ester acrylique moléculaire
à l'acide
(10*)
7
2-éthylhexyle
97:3
207
8
2-éthylhexyle
96,5:3,5
304
9
2-éthylhexyle
96:4
62
10
2-éthylhexyle
96:4
84
11
2-éthylhexyle
96:4
112
12
2-éthylhexyle
95,3:4,7
105
13
2-éthylhexyle
94,5:5,5
85
14
2-éthylhexyle
94,5:5,5
105
15
2-éthylhexyle
93:7
105
Tableau I
Copolymère acrylique N°
Polyvinylpyrrolidone) N°
Rapport pondéral copolymère: PVP
Viscosité à 176,7° C (Pa-sxlO"3)
Aptitude à l'adhésivité d'une sonde à 100 g/cm2
Adhérence à l'acier (g/cm de large)
Glissement (h) barre ronde à 37,8° C
1
3
90:10
<0,1
404
5,55
100+
1
2
90:10
<0,1
930
53,3
0,3
3
2
87:13
<0,1
228
47,7
100+
4
2
93:7
<0,1
336
49,4
1,1
4
2
90:10
<0,1
166
37,19
1,3
5
2
95:5
<0,1
398
44,4
10,0
5
1
90:10
<0,1
300
36,63
100+
5
2
90:10
<0,1
262
35
100+
5
3
90:10
<0,1
238
20
100+
7
2
90:10
<0,1
140
—
100+
7
2
85:15
<0,1
152
—
100+
5 644147
Tableau I (suite)
Copolymère acrylique N°
Poly(vinyl-pyrrolidone) N°
Rapport pondéral copolymère: PVP
Viscosité à 176,7e C (Pa-s x 10'3)
Aptitude à l'adhésivité d'une sonde à 100 g/cm2
Adhérence à l'acier (g/cm de large)
Glissement (h) barre ronde à 37,8' C
8
2
90:10
<0,1
308
—
100+
8
2
85:15
<0,1
216
—
100+
9
1
94:6
0,004
944
52,17
0,2
9
2
94:6
0,0063
260
58,83
7,0
9
2
92:8
0,015
250
38,85
11,4
9
3
98:2
0,025
518
31,08
2,6
10
1
94:6
0,007
972
82,14
0,2
10
2
96:4
0,015
332
29,97
4,2
10
3
98:2
0,058
684
51,06
3,8
11
1
94:6
0,024
460
55,5
11,2
11
2
96:4
0,038
262
28,86
16,6
12
2
96:4
0,044
218
23,31
40,0
13
2
96:4
0,022
296
33,3
22,0
14
2
96:4
0,060
190
25,53
100+
15
2
96:4
0,098
144
19,98
100+
Certaines compositions de mélanges de copolymères d'acrylate d'alcoyle contenant des proportions supérieures de PVP (poylvinyl-pyrrolidone) possèdent des perméabilités à l'eau deux fois supérieu- 25 res, ou plus, (tableau II) à celles des adhésifs sensibles à la pression à
base d'acrylate non mélangé. La perméabilité à l'eau d'un adhésif est une caractéristique souhaitable, en particulier pour des rubans adhésifs de soin pour application à la peau. On la mesure par la norme américaine ASTM E96 processus E.
Tableau II
Copolymère acrylique N°
Poly(vinyl-pyrrolidone) N°
Rapport pondéral copolymère: PVP
Aptitude à l'adhésivité d'une sonde à 100 g/cm2
Adhérence à l'acier (g/cm de large)
Glissement (h) barre ronde à 37,8° C
Taux de transmission de vapeur d'eau (g d'eau/cm2/24 h)
3
2
87:13
252
29,53
7,9
17
6
2
75:25
187
22,2
100+
14
6
3
75:25
143
18,44
100+
14,7
Le mélange dans chacun des exemples est un mélange optiquement clair et, comme on peut le voir à la lecture de ce qui précède, 40 tous les mélanges forment des rubans adhésifs sensibles à la pression qui sont utilisables. A la lecture du tableau qui précède, l'effet produit par les variations de la quantité de l'acide acrylique présent dans le copolymère, le poids moléculaire du copolymère, la proportion relative entre le copolymère et la poly(vinylpyrrolidone) et le 45 poids moléculaire de la poly(vinylpyrrolidone) est également clair. Les propriétés des autres mélanges selon l'invention peuvent facilement être déterminées par extrapolation ou interpolation à partir des résultats indiqués ci-dessus, en gardant à l'esprit qu'il faut en général des quantités moindres des comonomères acides quand un 50
groupe acide sulfonique ou acide phosphonique est présent, pour atteindre le même effet que si l'on utilise un groupe acide carboxylique.
Des résultats semblables peuvent être obtenus en utilisant des copolymères de l'acide acrylique avec d'autres acrylates d'alcoyle ou leurs mélanges et en utilisant d'autres polyvinyllactames solubles dans l'eau à la place de la poly(vinylpyrrolidone).
Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en œuvre dans le cadre de la protection telle que renvendiquée.
R
Claims (10)
1. Composition utile comme adhésif sensible à la pression, caractérisée en ce qu'elle se compose d'un mélange optiquement clair de: 1) un polymère soluble dans l'eau d'un vinyllactame ayant pour structure:
I
ch=ch2
où X représente un pont alcoylène ayant de 3 à 5 atomes de carbone, et 2) un copolymère visqueux et insoluble dans l'eau comprenant: A) un ester ou un mélange d'esters ayant pour structure:
h2c=c-c=0 ?
R1
où R' représente de l'hydrogène ou du méthyle et Rj représente un alcoyle ayant de 1 à 14 atomes de carbone, et B) de 1 à 12% en poids, en se fondant sur ledit copolymère (2), d'un monomère éthy-lénique contenant un groupe acide, ledit polymère (1) étant présent en une quantité comprise entre 1 et 30% en poids dudit mélange, ledit copolymère (2) étant présent en une quantité de 70 à 99% en poids dudit mélange, ayant une température de transition du verre inférieure à 0° C, et étant sensiblement dépourvu de réticulation avec une viscosité inférieure à 50 Pa • s à 176,7° C, possédant ainsi, en lui-même, une force de cohérence insuffisante pour être utile comme adhésif sensible à la pression.
2. Composition selon la revendication 1, caractérisée en ce que X représente — CH2 — CH2 — CH2—.
2
REVENDICATIONS
3. Composition selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que R' représente de l'hydrogène.
4. Composition selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que Ri représente un alcoyle ayant de 4 à 8 atomes de carbone.
5. Composition selon la revendication 4, caractérisée en ce que Ri représente du n-butyle.
6. Composition selon la revendication 4, caractérisée en ce que Ri représente du 2-éthylhexyle.
7. Composition selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le monomère (B) précité contient un groupe car-boxyle.
8. Composition selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le monomère (B) précité est de l'acide acrylique.
9. Composition selon l'une des revendications 2 à 8, caractérisée en ce que la quantité du polymère précité est de 1 à 8% en poids du mélange précité.
10. Feuille adhêsive, caractérisée en ce qu'elle se compose d'un support flexible avec une couche adhésive sensible à la pression formée d'un mélange selon l'une des revendications précédentes.
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