EP3891202A1 - Polyurethane a terminaisons (2-oxo-1,3-dioxolane-4-carboxylate) - Google Patents

Polyurethane a terminaisons (2-oxo-1,3-dioxolane-4-carboxylate)

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Publication number
EP3891202A1
EP3891202A1 EP19842382.4A EP19842382A EP3891202A1 EP 3891202 A1 EP3891202 A1 EP 3891202A1 EP 19842382 A EP19842382 A EP 19842382A EP 3891202 A1 EP3891202 A1 EP 3891202A1
Authority
EP
European Patent Office
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diisocyanate
polyurethane
compound
formula
chosen
Prior art date
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Pending
Application number
EP19842382.4A
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German (de)
English (en)
Inventor
Guillaume Michaud
Stéphane Fouquay
Frédéric Simon
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Bostik SA
Original Assignee
Bostik SA
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Filing date
Publication date
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    • C09J175/04—Polyurethanes
    • C09J175/12—Polyurethanes from compounds containing nitrogen and active hydrogen, the nitrogen atom not being part of an isocyanate group

Definitions

  • the present invention relates to a polyurethane with endings (2-oxo-1, 3-dioxolane-4-carboxylate), and to a process for its preparation.
  • the present invention also relates to a multicomponent system comprising said polyurethane.
  • the invention also relates to a method of assembling materials by gluing, using said polyurethane.
  • Adhesive compositions (glue or mastic), based on polyurethane, have long been known, in particular in the form of multicomponent systems (generally two-component) in which the (two) reactive components necessary for the synthesis of polyurethane are stored separately, and mixed at the last moment before using the adhesive composition.
  • the reactive components have on the one hand sufficient reactivity for the reaction to take place and take place quickly, and on the other hand a viscosity adapted to the temperature. of mixing so that it operates easily.
  • polyisocyanates are very sensitive compounds in the presence of atmospheric humidity and require taking appropriate measures to avoid their premature crosslinking, and therefore their loss of reactivity, during their handling and storage (anhydrous conditions).
  • some of these compounds such as hexamethylene diisocyanate (HDI), isophorone diisocyanate (I PDI), toluene diisocyanate (TDI) or diphenyl methane diisocyanate (MDI) are known to present toxicological risks for humans and the environment, and can even generate toxic emissions for the most volatile.
  • HDI hexamethylene diisocyanate
  • I PDI isophorone diisocyanate
  • TDI toluene diisocyanate
  • MDI diphenyl methane diisocyanate
  • compositions in the form of a transportable kit in the form of a transportable kit, practical, easy and quick to implement on demand (“Do It Yourself”), the mixing of the reagents must be possible as much as possible on volumes restricted and at low temperature, especially at room temperature.
  • WO2015 / 140458 describes multi-component systems, and in particular two-component systems, obtained by mixing a component A comprising at least one polyurethane prepolymer functionalized with glycerol carbonate at the chain end, with a component B comprising at least two primary and / or secondary amine groups.
  • component A comprising at least one polyurethane prepolymer functionalized with glycerol carbonate at the chain end
  • component B comprising at least two primary and / or secondary amine groups.
  • compositions based on polyurethane available in the form of multicomponent system and in particular bicomponent, which are easier to use compared to the prior art, at mixing and reaction temperatures below 60 ° C. , preferably less than or equal to 35 ° C, and more preferably close to room temperature (23 ° C).
  • compositions available in the form of multicomponent systems in particular transportable (kits), respectful of man and the environment.
  • the number-average molar masses, expressed in grams per mole (g / mol) are determined by calculation by analyzing the content of terminal groups (NCO, OH and T functions) expressed in milliequivalents per gram (meq / g) and the functionality (number of NCO, OH function or T function per mole) of the compound (PP1), of the polyol, of the compound of formula (IV) or of the polyurethane comprising at least two terminal T functions (PP2) respectively);
  • the hydroxyl index of an alcoholic product represents the number of hydroxyl functions per gram of product, and is expressed in the form of the equivalent number of milligrams of potassium hydroxide (KOH) used in the determination of hydroxyl functions, per gram of product;
  • the viscosity measurement at 23 ° C can be done using a Brookfield viscometer according to ISO 2555.
  • the measurement carried out at 23 ° C can be done using a Brookfield RVT viscometer, a needle adapted to the viscosity range and at a rotation speed of 20 revolutions per minute (rpm);
  • the viscosity measurement at 60 ° C can be done using a Brookfield RVT viscometer coupled with a Thermosel type heating module from the Brookfield brand, a mobile adapted to the viscosity range and at a rotation speed 20 revolutions per minute.
  • the present invention relates to a polyurethane (PP2) comprising at least two, preferably two or three, T terminal functions of formula (I) below:
  • R 1 and R 2 identical or different, each represent:
  • alkyl group preferably being a C1-C22, preferably C1-C12 alkyl group,
  • alkylaryl group in which the linear or branched alkyl group comprises from 1 to 22 carbon atoms
  • alkyl or cycloalkyl groups optionally comprising one or more heteroatoms, preferably oxygen or sulfur.
  • the aforementioned polyurethane (PP2) is such that each of R 1 and R 2 represents, independently of one another, a hydrogen atom or a linear or branched, saturated or unsaturated alkyl group, said alkyl group preferably being a C1-C12 alkyl group, advantageously methyl or ethyl.
  • the polyurethane (PP2) is such that R 1 represents a hydrogen atom and R 2 represents a hydrogen atom, methyl or ethyl.
  • the aforementioned polyurethane (PP2) further comprises at least one of the following divalent radicals R 3 :
  • TDI 2,4-toluene diisocyanate and 2,2'-toluene diisocyanate
  • MDI 4,4'-methylene diphenyl diisocyanate and 4,4'-methylene diphenyl diisocyanate
  • - p is an integer ranging from 1 to 2;
  • - q is an integer ranging from 0 to 9;
  • - r is an integer equal to 5 or 6;
  • - R represents a hydrocarbon chain, saturated or unsaturated, cyclic or acyclic, linear or branched, comprising from 1 to 20 carbon atoms;
  • - R ’ represents a divalent hydrocarbon group, linear or branched, saturated, having 2 to 4 carbon atoms.
  • the aforementioned polyurethane (PP2) further comprises at least one of the following divalent radicals R 3 :
  • - p is an integer ranging from 1 to 2;
  • - q is an integer ranging from 0 to 9;
  • - r is an integer equal to 5 or 6;
  • - R represents a hydrocarbon chain, saturated or unsaturated, cyclic or acyclic, linear or branched, comprising from 1 to 20 carbon atoms;
  • - R ’ represents a divalent hydrocarbon group, linear or branched, saturated, having 2 to 4 carbon atoms.
  • the polyurethane (PP2) mentioned above comprises at least one radical R 3 chosen from the radicals d) derived from 2,4-TDI and / or from the radicals j) of formula (II) above mentioned.
  • the polyurethane (PP2) mentioned above comprises at least one repeating unit comprising at least one divalent radical R 3 mentioned above.
  • the aforementioned polyurethane (PP2) has the following formula (III):
  • R 1 and R 2 are as defined above, R 1 preferably being a hydrogen atom and R 2 preferably being a hydrogen atom, methyl or ethyl;
  • D and T represent, independently of one another, a hydrocarbon radical comprising from 2 to 66 carbon atoms, linear or branched, cyclic, alicyclic or aromatic, saturated or unsaturated, optionally comprising one or more heteroatoms;
  • - P 'and P being, independently of one another, a divalent radical derived from a polyol preferably chosen from polyether polyols, polydiene polyols, polyester polyols, polycarbonate polyols, the polyols preferably being those described below for step E1;
  • the aforementioned polyurethane (PP2) may have a viscosity measured at room temperature (23 ° C) less than or equal to 1,500 Pa.s, more preferably less than or equal to 600 Pa.s, and better still less than or equal to 400 Pa. s.
  • the polyurethane (PP2) according to the invention may have a viscosity measured at 60 ° C less than or equal to 50 Pa.s, more preferably less than or equal to 40 Pa.s, and better still less than or equal to 30 Pa.s.
  • the aforementioned polyurethane (PP2) has a viscosity measured at room temperature (23 ° C) less than or equal to 600 Pa.s and a viscosity measured at 60 ° C less than or equal to 40 Pa.s.
  • the polyurethane (PP2) comprising at least two T-terminal functions mentioned above can be obtained by reaction of a compound having at least two NCO groups (PP1) and at least one compound of the following formula (IV):
  • R 1 and R 2 identical or different, each represent: - a hydrogen atom
  • alkyl group preferably being a C1-C22 alkyl group, preferably a C1-C12 alkyl group,
  • alkylaryl group in which the linear or branched alkyl group comprises from 1 to 22 carbon atoms
  • alkyl or cycloalkyl groups optionally comprising one or more heteroatoms, preferably oxygen or sulfur.
  • the compounds of formula (IV) are those corresponding to the following formula (IV-1):
  • the compounds of formula (IV-1) are compounds of formula (IV) in which R 1 is a hydrogen atom.
  • the preferred compounds of formula (IV-1) are those having one of the following formulas (IV-1 a), (IV-1 b) and (IV-1 c):
  • the compounds of formula (IV-1 a), (I V-1 b) and (IV-c) can be obtained by reaction of the glyceric acid carbonate respectively with ethylene oxide (EO), the oxide propylene (OP) or butylene oxide (OB) according to the scheme (1) previously described.
  • EO ethylene oxide
  • OP oxide propylene
  • OB butylene oxide
  • the compound of formula (IV-1 a) is a compound of formula (IV) in which R 1 is a hydrogen atom, and R 2 is a hydrogen atom, namely 2-hydroxyethyl-2-oxo-1, 3 - dioxolane-4-carboxylate.
  • the compound of formula (I V-1 b) is a compound of formula (IV) in which R 1 is a hydrogen atom, and R 2 is a methyl, namely 2-hydroxypropyl-2-oxo-1, 3 -dioxolane-4-carboxylate.
  • the compound of formula (IV-1 c) is a compound of formula (IV) in which R 1 is a hydrogen atom, and R 2 is an ethyl, ie 2-hydroxybutyl-2-oxo-1, 3- dioxolane-4-carboxylate.
  • the present invention also relates to a process for the preparation of a polyurethane (PP2) mentioned above comprising at least two, preferably two or three, T terminal functions of formula (I) comprising a polyaddition reaction step (denoted E2):
  • r 2 is the NCO / OH molar ratio corresponding to the molar ratio of the number of isocyanate groups to the number of hydroxyl groups carried respectively by all of the isocyanate (s) (compound (s) (PP1) and optionally the unreacted polyisocyanate (s) at the end of a possible step E1), and alcohol (s) present in the reaction medium of step E2.
  • the calculation of the ratio r 2 notably takes into account on the one hand the NCO groups carried by all of the isocyanates present in the reaction medium during step E2 (compound (PP1) and optionally the unreacted polyisocyanates used for its synthesis. derived from a possible step E1) and on the other hand from the OH groups carried by the compound (s) of formula (IV).
  • the calculation of the ratio r2 takes account on the one hand of the NCO groups carried by the compound (PP1), but also the isocyanates optionally in mixture with the (s ) compound (s) (PP1) and / or on the other hand OH groups carried by the compound (s) of formula (IV), but also the polyol compound (s) optionally in mixture with the compound (s) of formula (IV).
  • Step E2 can be carried out at a temperature below 95 ° C, and preferably under anhydrous conditions.
  • the compound of formula (IV) which can be used to prepare the polyurethane (PP2) according to the invention can be used either pure or in the form of a mixture or composition of compounds of formula (IV) containing at least 95% by compound weight of formula (IV).
  • Step E2 can be carried out with a compound of formula (IV) or with a mixture of compounds of formula (IV) of different nature (for example with different R 1 , or else R 2 different, or else with R 1 and R 2 different).
  • the compound (s) (PP1) used can be used either pure or in the form of a composition essentially comprising the said compound (s) and a low content of residual polyisocyanate (s) resulting (s) in particular from the synthesis of said (said) compound (s).
  • the compound (s) (PP1) used (s) is (are) such that the content of NCO groups present in said composition preferably ranges from 0.5 to 15% by weight relative to the weight of said composition.
  • content of NCO groups is meant the content of isocyanate groups carried by all of the compounds present in the reaction medium, namely the compound (PP1) and other species carrying isocyanate group (s) which may be present, such as unreacted polyisocyanate monomers.
  • This content of NCO group can be calculated in a manner well known to those skilled in the art and is expressed as a percentage by weight relative to the total weight of the reaction medium.
  • the compound (s) (PP1) having at least two NCO groups can (wind) be:
  • HDI hexamethylene diisocyanate allophanate
  • - p is an integer ranging from 1 to 2;
  • - q is an integer ranging from 0 to 9;
  • - r is an integer equal to 5 or 6;
  • - R represents a hydrocarbon chain, saturated or unsaturated, cyclic or acyclic, linear or branched, comprising from 1 to 20 carbon atoms;
  • - R represents a divalent hydrocarbon group, linear or branched, saturated, having from 2 to 4 carbon atoms;
  • At least one polyisocyanate preferably chosen from diisocyanates, and in particular from the following diisocyanates:
  • polystyrene resin preferably chosen from polyether polyols, polyester polyols, polydiene polyols, polycarbonate polyols, and their mixtures, in amounts of polyisocyanate (s) and polyol (s) leading to a ratio NCO / OH molar, noted r 1 , strictly greater than 1, preferably ranging from 1.6 to 1.9, preferably ranging from 1.65 to 1.85.
  • the compounds (PP1) are chosen from:
  • n is the NCO / OH molar ratio corresponding to the molar ratio of the number of isocyanate groups (NCO) to the number of hydroxyl groups (OH) carried respectively by all of the polyisocyanates (s) and polyol (s) present in the reaction medium of step E1.
  • the HDI allophanate derivative of formula (NA) comprises a percentage by weight of isocyanate group ranging from 12 to 14% by weight relative to the weight of said derivative. More preferably,
  • - p is an integer ranging from 1 to 2;
  • - q is an integer ranging from 2 to 5;
  • - R represents a hydrocarbon chain, saturated or unsaturated, cyclic or acyclic, linear or branched, comprising from 6 to 14 carbon atoms;
  • R - R ' represents a divalent propylene group.
  • the compound (PP1) which can be used according to the invention can be used in the form of a composition comprising at least 99.5% by weight, preferably at least 99.8% by weight of derivative (s) of formula ( NA), and less than 0.5% by weight, preferably less than 0.2% by weight of HDI, relative to the total weight of said composition.
  • Such a composition can be obtained for example by:
  • the content of NCO groups (also denoted by “NCO level” and noted% NCO) present in the composition of derivative (s) of formula (MA) ranges from 12 to 14% by weight relative to the weight of said composition.
  • the reaction medium is preferably free of potentially toxic diisocyanate monomers (HDI, I PDI, TDI, MDI).
  • the polyurethane (PP2) according to the invention advantageously does not present toxicological risks linked to the presence of such monomers.
  • the aforementioned polyurethane (PP2) preferably has from 0.1 to 5 milliequivalents of T functions of formula (I) above per gram of said polyurethane (PP2).
  • the polyurethane (PP2) obtained preferably has from 0.1 to 3.0 milliequivalent (s) of T functions per gram of said polyurethane (PP2), preferably from 0.1 to 1.5 milliequivalents of T functions per gram of said polyurethane (PP2), more preferably from 0.15 to 1.0 milliequivalents of T functions of said polyurethane (PP2) and better still from 0.2 to 0.8 milliequivalents of T functions per gram of said polyurethane (PP2).
  • the polyol (s) which can be used according to the invention is (are) preferably chosen from polyether polyols, polyester polyols, polydiene polyols, polycarbonate polyols, and their mixtures.
  • the polyol (s) which can be used for preparing the polyurethane with NCO endings used according to the invention can be chosen from those whose number average molecular mass ranges from 200 to 20,000 g / mol, preferably from 250 to 18,000 g / mol, and better still from 2,000 to 12,000 g / mol.
  • the polyol (s) which can be used according to the invention has (s) a hydroxyl (IOH) ranging from 9 to 105 mg KOH / g, and preferably from 13 to 90 mg KOH / g, more preferably from 25 to 70 mg KOH / g, and better still from 40 to 65 mg KOH / g of polyol.
  • IOH hydroxyl
  • the polyether polyol (s) which can be used according to the invention is (are) preferably chosen from polyoxyalkylene polyol, the alkylene part of which, linear or branched, comprises from 1 to 4 carbon atoms , preferably from 2 to 3 carbon atoms.
  • the polyether polyol (s) which can be used according to the invention is (are) preferably chosen from polyoxyalkylene diols or polyoxyalkylene triols, and better still polyoxyalkylene diols, including the alkylene part , linear or branched, comprises from 1 to 4 carbon atoms, preferably from 2 to 3 carbon atoms, and whose number-average molar mass ranges from 200 to 20,000 g / mol, and preferably from 2,000 to 12,000 g / mol.
  • Polyoxypropylene diols or triols also designated by polypropylene glycols (PPG) diol or triol having a number average molecular weight ranging from 400 to 18,000 g / mol and preferably ranging from 400 to 4,000 g / mol;
  • polyoxyethylene diols or triols also designated by polyethylene glycols (PEG) diol or triol having a number average molecular weight ranging from 400 to 18,000 g / mol and preferably ranging from 400 to 4,000 g / mol;
  • PolyTHF polytetrahydrofuran diols or triols having a number average molecular weight ranging from 250 to 4,000 g / mol;
  • the polyether polyol (s) which can be used is (are) chosen from polyoxypropylene diols or triols with a polydispersity index ranging from 1 to 1, 4, in particular ranging from 1 to 1 , 3.
  • the polyether polyols raised can be prepared in a conventional manner, and are widely available commercially. They can be obtained by polymerization of the corresponding alkylene oxide in the presence of a catalyst based on a double metal-cyanide complex.
  • polyether diols By way of examples of polyether diols, mention may be made of the polyoxypropylene diols sold under the name "ACCLAIM®” by the company Bayer, such as the “ACCLAIM ® 12200" of average molecular weight neighbor number 1 1335 g / mol and whose hydroxyl number ranges from 9 to 1 of 1 mg KOH / g, the "Acclaim® 8200” of average molecular weight number close to 8,057 g / mol and with a hydroxyl number ranging from 13 to 15 mg KOH / g, and “ACCLAIM® 4200” with an average molecular weight close to 4,020 g / mol, and including hydroxyl number ranges from 26.5 to 29.5 mg KOH / g, or alternatively the polyoxypropylene diol sold under the name "VORANOL P2000" by the company DOW with an average molecular weight close to 2,004 g / mol and the hydroxyl number is approximately
  • polyether triol By way of examples of polyether triol, mention may be made of polyoxypropylene triol sold under the name "VORANOL CP3355" by the company Dow, with a number average molecular mass of around 3,554 g / mol and whose hydroxyl number ranges from 40 to 50 mg KOH / g.
  • the polydiene polyol (s) which can be used according to the invention is (are) preferably chosen from polydienes comprising terminal hydroxyl groups, and their corresponding hydrogenated or epoxidized derivatives.
  • the polydiene polyol (s) which can be used according to the invention is (are) chosen (s) from polybutadienes comprising terminal hydroxyl groups, optionally hydrogenated or epoxidized.
  • polydiene polyol (s) which can be used according to the invention is (are) chosen (s) from butadiene homopolymers comprising terminal hydroxyl groups, optionally hydrogenated or epoxidized.
  • terminals is meant that the hydroxyl groups are located at the ends of the main chain of the polydiene polyol.
  • the above-mentioned hydrogenated derivatives can be obtained by total or partial hydrogenation of the double bonds of a polydiene comprising terminal hydroxyl groups, and are therefore saturated (s) or unsaturated (s).
  • the epoxidized derivatives raised can be obtained by chemoselective epoxidation of the double bonds of the main chain of a polydiene comprising terminal hydroxyl groups, and therefore comprise at least one epoxy group in its main chain.
  • polybutadiene polyols mention may be made of butadiene homopolymers, saturated or unsaturated, comprising terminal hydroxyl groups, optionally epoxidized, such as for example those sold under the name POLY BD® or KRASOL® by the company CRAY VALLEY .
  • the polyester polyols can be chosen from polyester diols and polyester triols, and preferably from polyester diols.
  • polyester polyols there may be mentioned, for example:
  • aliphatic (linear, branched or cyclic) or aromatic polyols such as for example ethanediol, 1, 2-propanediol, 1, 3-propanediol, glycerol, trimethylolpropane, 1, 6- hexanediol, 1, 2,6-hexanetriol, butenediol, sucrose, glucose, sorbitol, pentaerythritol, mannitol, triethanolamine, N-methyldiethanolamine, and mixtures thereof, with
  • polycarboxylic acid or its ester or anhydride derivative such as 1, 6-hexanedioic acid, dodecanedioic acid, azelaic acid, sebacic acid, adipic acid, acid 1, 18- octadecanedioic acid, phthalic acid, succinic acid and mixtures of these acids, an unsaturated anhydride such as for example maleic or phthalic anhydride, or a lactone such as for example caprolactone.
  • polyester polyols raised can be prepared in a conventional manner, and are for the most part commercially available.
  • polyester polyols there may be mentioned, for example, the following products with hydroxyl functionality equal to 2:
  • TONE ® 0240 (available from Union Carbide) which is a medium molecular weight polycaprolactone of from about 2,000 g / mol and a melting point of 50 ° C,
  • polyester polyol having a viscosity of 180 Pa.s at 23 ° C, an average molecular mass in number Mn equal to 5500 g / mol, and a T g equal to -50 ° VS,
  • - KURARAY ® P-6010 polyester polyol having a viscosity of 68 Pa.s at 23 ° C, a number average molecular weight equal to 6000 g / mol, and a T g equal to -64 ° C
  • - KURARAY ® P-10010 polyester polyol having a viscosity of 687 Pa.s at 23 ° C, and a number average molecular weight equal to 10,000 g / mol.
  • polyester diol By way of example of a polyester diol, mention may also be made of REALKYD® XTR 10410 "sold by the company CRAY VALLEY with a number average molecular mass (Mn) close to 1000 g / mol and whose hydroxyl index ranges from 108 to 1 16 mg KOH / g. It is a product of the condensation of adipic acid, diethylene glycol and monoethylene glycol.
  • Mn number average molecular mass
  • the polycarbonate polyols can be chosen from polycarbonate diols or triols, in particular having a number-average molecular mass (M n ) ranging from 300 g / mol to 12,000 g / mol, preferably ranging from 400 to 4,000 g / mol .
  • M n number-average molecular mass
  • CONVERGE POLYOL 212-10 and CONVERGE POLYOL 212-20 marketed by the company NOVOMER respectively of molecular mass in number (M n ) equal to 1000 and 2000 g / mol whose hydroxyl indices are respectively 1 12 and 56 mg KOH / g,
  • KURARAY having a molecular weight in number (Mn) ranging from 500 to 3000 g / mol and a hydroxyl number ranging from 224 to 37 mg KOH / g.
  • reaction E1 is carried out in the presence of polyol (s) chosen (s) from polyether polyols, preferably polyether diols and / or polyether triols.
  • polyol chosen (s) from polyether polyols, preferably polyether diols and / or polyether triols.
  • the polyisocyanate (s) are preferably diisocyanate (s) in particular chosen from the following diisocyanates:
  • At least one polyisocyanate preferably chosen from diisocyanates, and in particular from the following diisocyanates:
  • H12MDI 2,4'-methylene dicyclohexyl diisocyanate and / or 4,4'-methylene dicyclohexyl diisocyanate
  • HDI hexamethylene diisocyanate allophanate
  • the diisocyanate is chosen from 2,4-TDI (or consisting essentially of 2,4-TDI), m-XDI, IPDI and the derivatives of formula (MA).
  • the polyisocyanates (in particular diisocyanate (s)) which can be used according to the invention (for example cited in a4) and a5) above) can (can) be used in the form of a mixture essentially containing the said polyisocyanate (s) (respectively diisocyanate (s)) and a low content of residual polyisocyanate compound (s) (respectively diisocyanate (s)) derived from the synthesis of said polyisocyanate (s) (respectively diisocyanate (s)).
  • the content of residual polyisocyanate compound (s) (respectively diisocyanate (s)) tolerated is such that the setting use of said mixture in the preparation of polyurethane with NCO endings used according to the invention advantageously has no impact on the final properties of said polyurethane.
  • the polyisocyanate (s) (for example diisocyanate (s)) which can be used according to the invention (in particular cited in a4) and a5) above) can (can) be used under the form of a mixture containing at least 99% by weight of polyisocyanate (s) (respectively diisocyanate (s)) and less than 1% by weight of compound (s) polyisocyanate (s) (respectively diisocyanate (s))) ( s), preferably in the form of a mixture containing at least 99.5% by weight of polyisocyanate (s) (respectively diisocyanate (s)) and less than 0.5% by weight of polyisocyanate compound (s) ) (respectively diisocyanate (s)) residual (s), more preferably in the form of a mixture containing at least 99.8% by weight of polyisocyanate (s) (respectively diisocyanate (s)) and less than 0.2% by weight of residual poly
  • the content of residual polyisocyanate compound (s) is such that the content by weight of isocyanate group in said mixture remains approximately equal to that indicated above relative to the weight of diisocyanate a4) and a5) alone.
  • 2,4-TDI as mentioned in a4) can be used in the form of a technical TDI, commercially available, corresponding to a composition whose content of 2,4-TDI is at least 99 % by weight, and preferably at least 99.5% by weight, relative to the weight of said composition.
  • 2,4'-MDI as mentioned in a5) can be used in the form of a technical MDI, commercially available, corresponding to a composition the content of which is 2,4'-MDI is at least 99% by weight, and preferably at least 99.5% by weight, relative to the weight of said composition.
  • the polyisocyanate (s) which can be used according to the invention are typically widely available commercially.
  • SCURANATE® T100 sold by the company VENCOREX, corresponding to a 2,4-TDI with a purity greater than 99% by weight
  • DESMODUR® I sold by the company COVESTRO, corresponding to an IPDI
  • TAKENATE TM 500 marketed by MITSUI CHEMICALS corresponding to an m-XDI
  • TAKENATE TM 600 marketed by MITSUI CHEMICALS corresponding to an m-H6XDI
  • VESTANAT® H12MDI marketed by EVONIK an H12MDI.
  • the derivative of formula (I IA) mentioned above is in particular marketed under the name of "TOLONATE®” by the company VENCOREX. Mention may in particular be made of "TOLONATE® X FLO 100" corresponding to a composition comprising at least 99.5% by weight of HDI allophanate derivative of formula (I IA) and less than 0.5% by weight of HDI relative to the weight of said composition.
  • Step E1 can be carried out at a temperature T1 below 95 ° C, preferably between 65 ° C and 80 ° C, and under anhydrous conditions.
  • the calculation of the NCO / OH molar ratio takes into account on the one hand the NCO groups carried by the polyisocyanate and the residual polyisocyanate compounds resulting from the synthesis of said polyisocyanate (s) possibly present in mixture, and on the other hand OH groups carried by the polyol (s) present in the reaction medium of step E1.
  • the polyaddition reaction of step E1 can be carried out in the presence or not of at least one reaction catalyst.
  • reaction catalyst (s) which can be used during the polyaddition reaction of step E1 can be any catalyst known to a person skilled in the art for catalyzing the formation of polyurethane by reaction d 'At least one polyisocyanate with at least one polyol preferably chosen from polyether polyols, polyester polyols, and polydiene polyols.
  • An amount ranging up to 0.3% by weight of catalyst (s) relative to the weight of the reaction medium of step E1 can be used. In particular, it is preferred to use from 0.02 to 0.2% by weight of catalyst (s) relative to the weight of the reaction medium of step E1.
  • the polyurethane with NCO endings (PP1) is obtained by polyaddition of at least one diisocyanate, preferably one or two diisocyanates chosen from those mentioned in a1), a2), a3) , a4), a5), a6), a7), a8 and a9) as described in any one of the preceding paragraphs with at least one, preferably one or two, polyol (s) chosen from polyether polyols and polydiene polyols, and preferably polyether polyols, such as for example polyether diols and / or polyether triols.
  • the compound having at least two NCO groups is such that its content of NCO groups preferably ranges from 0.5 to 5.7%, more preferably from 0.7 to 3 %, and better still from 1 to 2.5%.
  • the above-mentioned process may include a step of purifying the intermediate reaction products.
  • the process does not include a step for purifying the products of intermediate reactions, or a step for removing solvent.
  • said method does not include a step consisting in adding one or more solvent (s) and / or plasticizer (s).
  • a preparation process can thus advantageously be implemented without interruption, with very high production line speeds on an industrial scale.
  • the method according to the invention consists of a first step E1 and a second step E2, as defined in any one of the preceding paragraphs.
  • the present invention also relates to a polyurethane comprising at least two terminal T functions of formula (I) (PP2) capable of being obtained according to a preparation process according to the invention, as described in any one of the paragraphs previous.
  • the present invention also relates to a multicomponent system, preferably without solvent, comprising:
  • component A a composition comprising at least one polyurethane (PP2) as defined above, and
  • component B a composition comprising at least one amino compound (B1) comprising at least two amine groups chosen from primary amine groups, secondary amine groups and mixtures thereof, preferably comprising at least two primary amine groups.
  • the components of the multicomponent system are generally stored separately and are mixed at the time of use, at a mixing temperature T3, to form a composition, preferably adhesive, intended to be applied to the surface of a material.
  • the mixing of components of the multicomponent system, and in particular of components A and B, can be carried out under anhydrous conditions.
  • the amounts of polyurethane (s) (PP2) and of amino compound (s) (B1) present in the multicomponent system according to the invention lead to a molar ratio of the number of T functions of formula (I) on the number of primary and / or secondary amine groups noted r 3 , ranging from 0.5 to 1, in particular from 0.65 to 1, and preferably from 0.8 to 1.
  • the molar ratio noted r 3 throughout this application corresponds to the molar ratio of the total number of T functions of formula (I) present in the multicomponent system, over the total number of primary and / or secondary amine groups present in the multicomponent system.
  • ratio r 3 advantageously makes it possible to obtain, by a polyaddition reaction between the polyurethane (s) (PP2) mentioned above and the amino compound (s) (B1) preferably comprising at least two or three primary amine groups according to the invention, a composition, preferably adhesive, advantageously having good mechanical performance.
  • the amino compound (s) (B1) used according to the invention preferably has a viscosity adapted to the mixing temperature T3.
  • the amino compound (s) (B1) used according to the invention preferably have a primary alkalinity ranging from 0.4 to 34 meq / g, more preferably from 3.0 to 34 meq / g of amino compound.
  • Primary alkalinity is the number of primary NH 2 amine functions per gram of amino compound (B1), said number being expressed in the form of milliequivalents of HCl (or milliequivalents of NH 2 ) used in the determination of amine functions, determined by well known way by titrimetry.
  • the amino compound (s) (B1) used according to the invention can be monomeric or polymeric compounds.
  • the amino compound (s) (B1) may further comprise tertiary amine groups.
  • - cycloalkylene polyamines comprising at least two primary amine groups - NH 2 ,
  • polyamines comprising both alkyl and cycloalkyl groups and comprising at least two primary amine groups -NH 2 ,
  • polyether polyamines comprising at least two primary amine groups -NH 2 ,
  • the amino compound (s) (B1) used according to the invention has (s) two or three primary amine groups.
  • the amino compound (s) (B1) used according to the invention is (are) chosen from hydrocarbon compounds, linear, branched, cyclic or acyclic, saturated and comprising two or three primary amine groups -NH 2 , said compounds being optionally interrupted by one or more heteroatoms chosen from an oxygen atom -O- and a nitrogen atom -N- and / or one or more divalent secondary amine groups - NH-, and having a primary alkalinity ranging from 0.4 to 34 meq / g, more preferably from 3.0 to 34 meq / g of amino compound.
  • alkylene diamines and alkylene triamines comprising respectively two or three primary amine groups -NH 2 ,
  • cycloalkylene diamines and triamines comprising respectively two or three primary amine groups -NH 2
  • diamines and triamines comprising both alkyl and cycloalkyl groups, comprising respectively two or three primary amine groups -NH 2
  • diamines and triamines comprising both alkyl and cycloalkyl groups, comprising respectively two or three primary amine groups -NH 2
  • polyether diamines and polyether triamines comprising respectively two or three primary amine groups -NH 2 ,
  • EDA ethylene diamine
  • DETA diethylenetriamine
  • TAEA (2-aminoethyl) amine
  • x is an integer such that the primary alkalinity ranges from 0.4 to 34 meq / g, more preferably from 3.0 to 34 meq / g;
  • x is an integer such that the primary alkalinity is from 0.4 to 34 meq / g, more preferably from 3.0 to 34 meq / g;
  • x and y are whole numbers such that the primary alkalinity ranges from 0.4 to 34 meq / g, more preferably from 3.0 to 34 meq / g;
  • HMDA hexamethylene diamine
  • IPDA - isophorone diamine
  • polyether diamines are sold, for example, under the name JEFFAMINES EDR-148 and EDR-176 by the company HUNTSMAN and have respective primary alkalinities of 13.5 and 11.4 meq / g;
  • x is an integer ranging from 2 or 68, such that the primary alkalinity ranges from 0.5 to 8.7 meq / g;
  • polyether diamines are sold for example under the name JEFFAMINES D-230, D-400, D-2000 and D-4000 by the company HUNTSMAN and have respective primary alkalinities of 8.7, 5.0, 1.0 and 0.5 meq / g;
  • x, y and z are whole numbers, y ranging from 2 to 39 and x + z ranging from 1 to 6, such that the primary alkalinity ranges from 1.0 to 9.1 meq / g;
  • polyether diamines are marketed for example under the name JEFFAMINES HK-51 1, ED-600, ED-900 and ED-2003 by the company HUNTSMAN and have respective primary alkalinities of 9.1, 3.3, 2.2 and 1.0 meq / g;
  • - polyether diamines having a primary alkalinity ranging from 1 to 10 meq / g and corresponding to the following formula: in which X b is a linear or branched alkylene group, preferably comprising from 2 to 20 carbon atoms, preferably from 2 to 10 carbon atoms, m is an integer ranging from 1 to 20, and n is an integer ranging from 1 100 ;
  • R is a hydrogen atom or a C1 to C2 alkyl group
  • x, y, z and n are whole numbers, n ranging from 0 to 1 and x + y + z ranging from 5 to 85, such that the primary alkalinity ranges from 0.6 to 6.8 meq / g
  • polyether diamines are marketed for example under the name JEFFAMINES T-403, T-3000, and T-5000 by the company HUNTSMAN and have respective primary alkalinities of 6.8, 1.0 and 0.6 meq / g;
  • - dimer and trimer fatty amines comprising two or three primary amine groups of primary alkalinity ranging from 3.39 meq / g to 3.60 meq / g.
  • These fatty amines dimers and trimers can be obtained from corresponding dimerized and trimerized fatty acids.
  • dimeric fatty amines partially or completely hydrogenated, mention may be made of those corresponding to the following formulas:
  • the dimer and trimer fatty acids used to prepare the abovementioned fatty amines are obtained by high temperature polymerization under pressure of monocarboxylic unsaturated fatty acids (monomeric acid), comprising from 6 to 22 carbon atoms, preferably from 12 to 20 carbon atoms, and come from plant or animal sources.
  • monocarboxylic unsaturated fatty acids monomeric acid
  • unsaturated fatty acids include Cie acids having one or two double bonds (respectively oleic or linoleic acid) obtained from tall oil which is a by-product of the manufacture of paper pulp.
  • a technical mixture containing on average 30-35% by weight of monocarboxylic fatty acids often isomerized with respect to the starting monocarboxylic unsaturated fatty acids, 60-65% by weight of dicarboxylic acids ( dimer acids) comprising twice the number of carbon relative to the starting monocarboxylic unsaturated fatty acids and 5-10% by weight of tricarboxylic acids (trimer acids) having three times the carbon number relative to the starting monocarboxylic unsaturated fatty acids .
  • dimer acids dicarboxylic acids
  • trimer acids trimer acids having three times the carbon number relative to the starting monocarboxylic unsaturated fatty acids.
  • the compound (s) (B1) comprise at least two methylene amine groups (-CH2-NH 2 ).
  • the compound (s) (B1) are chosen from tris- (2-aminoethyl) amine (TAEA), hexamethylene diamine (HMDA), and their mixtures.
  • TAEA tris- (2-aminoethyl) amine
  • HMDA hexamethylene diamine
  • the multicomponent system according to the invention comprises at least two amino compounds (B1)
  • these can be included in two different components, for example a component (B) and a component (C).
  • the components (A), (B) and (C) are then stored separately before mixing at the time of use of said system, at a mixing temperature T3, to form a composition, preferably adhesive, intended to be applied to the surface of a material.
  • the multicomponent system according to the invention can comprise at least one crosslinking catalyst.
  • the crosslinking catalyst (s) can be any catalyst usually used to accelerate the ring-opening reaction of a compound comprising a T function with a primary amine and / or secondary.
  • crosslinking catalyst which can be used according to the invention, there may be mentioned:
  • BMEP 3,2-diazaphosphoride
  • tertiary amines such as:
  • DMDEE diethyl ether-2,2'-morpholine
  • crosslinking catalyst (s) An amount ranging from 0.05 to 1% by weight of crosslinking catalyst (s) relative to the total weight of the multicomponent system according to the invention can be used.
  • the crosslinking catalyst (s) can be distributed in one or more of the components forming the multicomponent system according to the invention.
  • the multicomponent system according to the invention can comprise at least one mineral filler.
  • the (or) mineral filler (s) that can be used is (are) advantageously chosen (s) so as to improve the mechanical performance of the composition according to the invention in the crosslinked state.
  • filler As an example of filler (s) which can be used, mention may be made, without limitation, of calcium carbonate, kaolin, silica, gypsum, microspheres and clays.
  • the mineral filler (s) has (s) a maximum particle size, in particular an external diameter, less than 100 mm and preferably less than 10 mm.
  • Such fillers can be selected in a manner well known to those skilled in the art using appropriate mesh screens.
  • the total content of filler (s) possibly present in the multicomponent system according to the invention does not exceed 70% by weight of the total weight of said system.
  • the load (s) can be distributed in one or more of the components forming the multicomponent system according to the invention.
  • the multicomponent system according to the invention may include less than 2% by weight of one or more additives advantageously chosen suitably so as not to deteriorate the properties of the composition according to the invention in the crosslinked state. Mention may be made, among the additives which can be used, of antioxidants or UV stabilizers (ultraviolet), pigments and dyes. These additives are preferably chosen from those usually used in adhesive compositions.
  • the additive (s) can be distributed in one or more of the components forming the multicomponent system according to the invention.
  • the aforementioned multicomponent system does not include any solvent and / or plasticizer.
  • the multicomponent system according to the invention can advantageously be used directly by mixing its various components, without adding solvent and / or plasticizer, viscosity reducers , in component (A) and / or without heating of said component to temperatures above 95 ° C.
  • the polyurethane (PP2) according to the invention has a viscosity measured at 23 ° C less than or equal to 600 Pa.s. and a viscosity measured at 60 ° C less than or equal to 40 Pa.s, allowing the multicomponent system according to the invention to be advantageously used without adding solvent and / or plasticizer to the component
  • (A) comprising said polyurethane (PP2), and / or without heating of said component.
  • the multicomponent system according to the invention comprises:
  • a composition comprising at least one polyurethane (PP2) according to the invention, and
  • composition comprising at least one or two amino compound (s) as described in one of the preceding paragraphs (B 1), and said multicomponent system being free of solvent and / or plasticizer.
  • the multicomponent system according to the invention can be a two-component system, that is to say a system consisting of two components (A) and (B), said components (A) and
  • the component (A) comprises at least 97% by weight, and more preferably at least 98% by weight of polyurethane to (PP2) according to the invention relative to the total weight of said component (A).
  • the multicomponent system is an adhesive composition, preferably an adhesive or mastic composition.
  • the invention also relates to the use of a polyurethane (PP2) according to the invention, for the manufacture of an adhesive composition, preferably without solvent, in particular in the form of a multicomponent system.
  • PP2 polyurethane
  • the manufacture of the adhesive composition is carried out without adding a compound intended to lower the viscosity of said composition, such as a solvent (aqueous, organic), a reactive diluent and / or a plasticizer.
  • a compound intended to lower the viscosity of said composition such as a solvent (aqueous, organic), a reactive diluent and / or a plasticizer.
  • the components of the multicomponent system according to the invention comprising the polyurethane (s) (PP2) according to the invention and the amino compound (s) (B1) according to the invention are mixed. at a temperature T3 as defined above.
  • the composition, preferably adhesive, according to the invention is produced by the use of the multicomponent system according to the invention, that is to say the mixture of the various components constituting it, at a mixing temperature T3 .
  • the subject of the invention is also a process for assembling materials using the polyurethane (PP2) according to the invention, in particular by means of the implementation of the multicomponent system according to the invention comprising the following steps:
  • the step of mixing at least one polyurethane (PP2) as described above and at least one amino compound (B1) as described above, can be carried out in particular by using the multicomponent system according to the invention , namely by mixing the components respectively comprising (s) polyurethane (s) (PP2) (component (A)) and the amino compound (s) (component (B)), as defined above .
  • This mixing step can be carried out at room temperature or hot, before coating.
  • the mixing is carried out at a temperature below the degradation temperature of the ingredients included in one or other of the components (A) and (B).
  • the mixing is carried out at a temperature T3 of less than 95 ° C, preferably ranging from 15 to 80 ° C, in order to advantageously avoid any thermal degradation.
  • the polyurethane with endings (PP2) and the amino compound (s) (B1) are mixed in amounts such as the molar ratio of the number of T functions to the number of primary and / or secondary amine groups present. in the mixture, noted ranges from 0.5 to 1, preferably from 0.8 to 1.0.
  • the coating of said mixture can be carried out on all or part of the surface of a material.
  • the coating of said mixture can be carried out in the form of a layer with a thickness ranging from 0.002 to 5 mm.
  • the crosslinking of said mixture on the surface of the material can be accelerated by heating the coated material (s) to a temperature less than or equal to 120 ° C.
  • the time required to complete this crosslinking reaction and thus ensure the required level of cohesion is generally on the order of 0.5 to 24 hours.
  • the coating and laminating of the second material are generally carried out in a time interval compatible with the coating process, as is well known to those skilled in the art, that is to say before the layer of adhesive loses its ability to glue the two materials together.
  • Suitable materials are, for example, inorganic substrates such as glass, ceramics, concrete, metals or alloys (such as aluminum alloys, steel, non-ferrous metals and galvanized metals) as well as metals and composites possibly coated with paint (as in the automotive field); or organic substrates such as wood, plastics such as PVC, polycarbonate, PMMA, epoxy resins and polyesters.
  • inorganic substrates such as glass, ceramics, concrete, metals or alloys (such as aluminum alloys, steel, non-ferrous metals and galvanized metals) as well as metals and composites possibly coated with paint (as in the automotive field); or organic substrates such as wood, plastics such as PVC, polycarbonate, PMMA, epoxy resins and polyesters.
  • the present invention also relates to the use of a polyurethane comprising at least two T terminal functions of formula (I) (PP2) according to the invention for the manufacture of an adhesive composition.
  • compositions according to the invention can be measured in accordance with the tests described in the examples which follow, namely once crosslinked.
  • the compositions according to the invention are advantageously adapted to a wide range of applications such as the food industry, cosmetics, hygiene, transport, housing, textiles, packaging.
  • the compositions according to the invention exhibit an intrinsic elongation force at break ranging from 0.3 to 10 MPa, as illustrated in the examples (measurement of mechanical performance).
  • the polyurethane (PP2) according to the invention advantageously exhibits improved reactivity with respect to amino compounds comprising at least two primary and / or secondary amine groups at a temperature close to ambient (ranging for example from 15 ° C to 35 ° C).
  • Examples 1 to 4 are prepared using the reagents indicated in Table 1 and according to the procedure described on the following pages.
  • the quantities indicated in table 1 are expressed in grams of commercial products.
  • - PPG diol the commercial product sold under the name VORANOL® P2000 by the company DOW, corresponding to polypropylene glycol diol, having a hydroxyl number approximately equal to 56 mg KOH / g,
  • - PPG triol the commercial product sold under the name VORANOL® CP3355 by the company DOW, corresponding to polypropylene glycol triol, having a hydroxyl number approximately equal to 45 mg KOH / g,
  • 2,4-TDI diisocyanate the commercial product sold under the name SCURANATE® T 100 by the company VENCOREX, corresponding to a TDI composition at 99% by weight of 2,4-TDI,
  • HDI hexamethylene allophanate diisocyanate
  • TOLONATE® X FLO the commercial product sold under the name TOLONATE® X FLO by the company VENCOREX, corresponding to a composition at 99.5% by weight minimum of derivative hexamethylene diisocyanate allophanate (HDI) of formula (MA) and less than 0.5% by weight of HDI, having an NCO group content equal to 13.4% by weight relative to the weight of TOLONATE® X FLO ,
  • the molar ratios r 1 and r 2 are calculated in a manner well known to those skilled in the art from the molar quantities of reagents used.
  • the number of mole (s) of diisocyanate used as a function of the molar mass of the latter the number of mole (s) of polyol used as a function of the hydroxyl number (mg KOH / g) and of the functionality of the latter, the number of mole (s) of 2-hydroxypropyl-2-oxo-1, 3-dioxolane-4-carboxylate used as a function of the hydroxyl number (mg KOH / g) of the latter and knowing that the mass KOH molar is 56.1 1 g / mol, we can write:
  • m1 (diisocyanate) corresponds to the mass of diisocyanate introduced (SCURANATE® T100 or TOLONATE X FLO according to the example considered)
  • diisocyanate corresponds to the molar mass of the diisocyanate introduced
  • IOH polyol
  • polyol corresponds to the hydroxyl index of the polyol used (VORANOL® P2000 or VORANOL® CP3355 according to the example considered),
  • m2 (polyol) corresponds to the mass of the polyol introduced
  • IOH (2-hydroxypropyl-2-oxo-1, 3-dioxolane-4-carboxylate) corresponds to the hydroxyl number of 2-hydroxypropyl-2-oxo-1, 3-dioxolane-4-carboxylate,
  • m3 (2-hydroxypropyl-2-oxo-1, 3-dioxolane-4-carboxylate) corresponds to the mass of 2-hydroxypropyl-2-oxo-1, 3-dioxolane-4-carboxylate introduced.
  • the diisocyanate is heated to 50 ° C. and then a mixture of polyol and reaction catalyst is introduced, with constant stirring, drop by drop, controlling the reaction temperature T1 so that it does not exceed 80 ° C, in accordance with the quantities indicated in Table 1.
  • This mixture is kept under constant stirring at 80 ° C., under nitrogen, until the NCO functions of the diisocyanate have completely reacted.
  • the reaction is monitored by measuring the change in the content of NCO groups in the mixture, for example by dosing dibutylamine in return, using hydrochloric acid according to standard NF T52-132.
  • the reaction is stopped when the "NCO level" (% NCO) measured is approximately equal to the desired NCO level.
  • Step E2 Synthesis of polyurethane (PP2) (component A)
  • step E1 the 2-hydroxypropyl-2-oxo-1, 3-dioxolane-4-carboxylate is introduced into the reactor in the proportions indicated in the Table 1, with stirring and under nitrogen, ensuring that the reaction temperature T2 does not exceed 80 ° C.
  • the polyurethane mixture with NCO endings (PP1) - 2-hydroxypropyl-2-oxo-1, 3-dioxolane-4-carboxylate is kept under constant stirring at 80 ° C., under nitrogen, until complete disappearance of the NCO functions visible in Infra-Red (IR) (about 2250 cm- 1 )
  • IR Infra-Red
  • the viscosity of the component (A) obtained is measured 24 hours after the end of the reaction (D + 1) at 23 ° C and 60 ° C and expressed in Pascal second (Pa.s). All the values measured for Examples 1 to 4 are grouped in Table 2 below.
  • the viscosity measurement at 23 ° C is carried out using a Brookfield RVT viscometer, with a needle suitable for the viscosity range and at a rotation speed of 20 revolutions per minute (rpm).
  • the viscosity measurement at 60 ° C. is done using a Brookfield RVT viscometer coupled with a Thermosel type heating module from the Brookfield brand, with a mobile adapted to the viscosity range and at a rotation speed of 20 revolutions. per minute.
  • the content of T functions in polyurethane (PP2) (denoted t cc (PP2)) (expressed in meq / g of polyurethane (PP2)) is calculated in a manner well known to those skilled in the art from the molar amount of 2-hydroxypropyl-2-oxo-1, 3-dioxolane-4-carboxylate introduced.
  • PP2 polyurethane
  • t cc polyurethane
  • IOH (2-hydroxypropyl-2-oxo-1, 3-dioxolane-4-carboxylate) corresponds to the hydroxyl number of 2-hydroxypropyl-2-oxo-1, 3-dioxolane-4-carboxylate,
  • m3 (2-hydroxypropyl-2-oxo-1, 3-dioxolane-4-carboxylate) corresponds to the mass of 2-hydroxypropyl-2-oxo-1, 3-dioxolane-4-carboxylate introduced,
  • m (PP2) corresponds to the mass of polyurethane (PP2), ie to the total mass of the ingredients used for the synthesis of polyurethane (PP2) (PPG diol or triol, diisocyanate, reaction catalyst).
  • TAEA (2-aminoethyl) amine
  • HMDA hexamethylene diamine
  • the molar ratio r3 is calculated in a manner well known to those skilled in the art from the molar quantities of 2-hydroxypropyl-2-oxo-1, 3-dioxolane-4-carboxylate and of amino compound (s) having at least two primary amine groups (-NH 2 ).
  • t cc is the content calculated as T functions in the polyurethane (PP2) (meq / g) as defined above,
  • m (PP2) corresponds to the mass of polyurethane (PP2) as defined above,
  • APk is the primary alkalinity of each amino compound
  • k is an integer greater than or equal to 1.
  • the component (A) is heated to between 65 and 80 ° C. then the component (B) consisting of the amino compound (s) (B1) is added. and optionally charging, with stirring. The mixing is carried out hot at the temperature T3 between indicated and is kept under constant stirring for 2 minutes under vacuum (for boiling).
  • Measurement of mechanical performance resistance and elongation at break of the compositions according to the invention in the crosslinked state Once crosslinked, the resistance and elongation at break are measured by tensile test of the adhesive composition according to the protocol described below.
  • the principle of the measurement consists in drawing in a tensile machine, the movable jaw of which moves at a constant speed equal to 100 mm / minute, a standard test piece consisting of the crosslinked adhesive composition; and record, at the time of the rupture of the test piece, the applied tensile stress (in MPa) as well as the elongation of the test piece (in%).
  • the standard test piece is dumbbell-shaped, as illustrated in international standard ISO 37.
  • the narrow part of the dumbbell used is 20 mm long, 4 mm wide and 500 mm thick.
  • the conditioned composition is heated to 95 ° C. as described above, then the quantity necessary is extruded onto an A4 sheet of silicone paper to form thereon a film having a thickness of 500 mm which is left for 7 days at 23 ° C and 50% relative humidity for crosslinking.
  • the dumbbell is then obtained by simply cutting out the crosslinked film using a cookie cutter.
  • the tensile strength test is repeated twice and gives the same results.
  • the applied applied tensile stress is expressed in Megapascal (MPa, ie 10 6 Pa) and the elongation at break in% relative to the initial length of the test piece. The values are collated in Table 4 below.
  • the adhesive compositions 1 ′, 2 ′, 4 ′, 5 ′ and 8 ′ according to the invention were moreover subjected to tests of bonding of two strips of powdered aluminum (each of size 100 mm ⁇ 25 mm) previously cleaned with a solvent (isopropanol).
  • the adhesive composition is applied to one of the surfaces of the strips using a spatula, in a space delimited by a window of 12.5 mm ⁇ 25 mm in Teflon.
  • the other strip is affixed over the surface coated with glue, pressing the two strips against each other. After crosslinking for seven days at 23 ° C. and 50% relative humidity, the shear force at break and the break face are measured. Table 5
  • the adhesive compositions according to the invention can be easily formulated, using a preparation process which is inexpensive in energy and respectful of man and his environment, using neither solvent nor plasticizer.
  • the adhesive compositions according to the invention lead to performance adhesives in terms of mechanical properties and / or adhesion strength, suitable for a wide range of applications.

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Abstract

La présente invention concerne un polyuréthane (PP2) comprenant au moins deux, de préférence deux ou trois, fonctions terminales T de formule (I) suivante : La présente invention concerne également les utilisations des polyuréthanes (PP2) pour la préparation de systèmes multicomposants.

Description

Polyuréthane à terminaisons (2-oxo-1 ,3-dioxolane-4-carboxylate)
DOMAINE DE L’INVENTION
La présente invention concerne un polyuréthane à terminaisons (2-oxo-1 ,3- dioxolane-4-carboxylate), et son procédé de préparation.
La présente invention concerne également un système multicomposant comprenant ledit polyuréthane.
L’invention concerne également un procédé d’assemblage de matériaux par collage, mettant en oeuvre ledit polyuréthane.
ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE
On connaît depuis longtemps des compositions adhésives (de colle ou mastic), à base de polyuréthane, notamment sous la forme de systèmes multicomposants (généralement bicomposants) dans lesquels les (deux) composants réactifs nécessaires à la synthèse du polyuréthane sont stockés de manière séparée, et mélangés au dernier moment avant utilisation de la composition adhésive.
Pour qu’un tel système soit correctement mis en oeuvre, il est préférable que les composants réactifs présentent d’une part une réactivité suffisante pour que la réaction ait lieu et s’opère rapidement, et d’autre part une viscosité adaptée à la température de mélange pour que celui-ci s’opère aisément.
Traditionnellement, la synthèse d’un polyuréthane a lieu par une réaction de polyaddition entre un polyol et un polyisocyanate.
Toutefois, les polyisocyanates sont des composés très sensibles en présence d’humidité atmosphérique et nécessitent de prendre des mesures appropriées pour éviter leur réticulation prématurée, et donc leur perte de réactivité, au cours de leur manipulation et de leur stockage (conditions anhydres). De plus, certains de ces composés, tels que l’hexaméthylène diisocyanate (HDI), l’isophorone diisocyanate (I PDI), le toluène diisocyanate (TDI) ou le diisocyanate de diphényle méthane (MDI) sont connus comme présentant des risques toxicologiques pour l’homme et l’environnement, et peuvent même générer des émissions toxiques pour les plus volatiles.
L’utilisation et le stockage de grande quantité de tels polyisocyanates est donc à éviter car cela nécessite de mettre en place des dispositifs de sécurité complexes et coûteux adaptés à leur utilisation et leur stockage. En particulier, on souhaite éviter d’avoir recours à de tels composés lors de la dernière étape de synthèse du polyuréthane, afin de pouvoir mettre à disposition du public des compositions adhésives à base de polyuréthane sous forme de systèmes multicomposants, plus respectueux de l’homme et son environnement et plus stable au stockage.
En outre, lorsqu’on désire formuler des compositions sous forme de kit transportable, pratique, facile et rapide à mettre en oeuvre à la demande (« Do It Yourself »), le mélange des réactifs doit pouvoir se faire autant que possible sur des volumes restreints et à basse température, notamment à température ambiante.
WO2015/140458 décrit des systèmes multi-composants, et en particulier bi- composant, obtenus par mélange d’un composant A comprenant au moins un prépolymère de polyuréthane fonctionnalisé par du carbonate de glycérol en bout de chaîne, avec un composant B comprenant au moins deux groupes amine primaire et/ou secondaire. Bien que ces compositions présentent l’avantage de ne pas utiliser de polyisocyanate lors du mélangeage des composants A et B, la réaction des groupes (2-oxo-1 ,3-dioxolan-4-yl) du composant A avec les groupes amine primaire et/ou secondaire du composant B est lente à basse température. Il est donc nécessaire de réaliser le mélange desdits composants à une température élevée, par exemple à plus de 80°C. Ainsi, de tels systèmes restent à améliorer en termes de réactivité.
Par conséquent, il existe un besoin de mettre à disposition des compositions à base de polyuréthane ne présentant pas les inconvénients de l’art antérieur. Plus particulièrement, il existe un besoin de nouvelles compositions à base de polyuréthane présentant une meilleure réactivité à basse température, tout en conservant des propriétés adhésives satisfaisantes.
Il existe également un besoin de formuler des compositions à base de polyuréthane, disponibles sous forme de système multicomposants et notamment bicomposants, qui soient plus faciles à utiliser comparativement à l’art antérieur, à des températures de mélangeage et de réaction inférieure à 60°C, de préférence inférieure ou égale à 35°C, et plus préférentiellement proche de la température ambiante (23°C).
En particulier, il existe un besoin de trouver des compositions disponibles sous forme de systèmes multicomposants, notamment transportables (kits), respectueuses de l’homme et de l’environnement.
Il existe également un besoin de mettre à disposition des systèmes multicomposants dont la mise en oeuvre conduit à des compositions adhésives, notamment des compositions de colle ou de mastic, présentant des performances mécaniques (par exemple élongation et/ou module) adaptées à l’utilisation de la composition adhésive.
Il existe en outre un besoin de mettre au point un procédé de préparation de telles compositions adhésives, qui soit économique, rapide à mettre en oeuvre, et/ou respectueux de l’homme et de l’environnement. Il est recherché notamment un procédé de préparation de telles compositions peu coûteux en énergie et ne mettant pas en oeuvre de grande quantité de solvant contrairement aux procédés de préparation existant.
DESCRIPTION DE L’INVENTION
Dans la présente demande, en l'absence d'indication contraire :
- les quantités exprimées sous la forme de pourcentage correspondent à des pourcentages poids/poids ;
- les masses molaires moyennes en nombre, exprimées en gramme par mole (g/mol) sont déterminées par calcul par l’analyse de la teneur en groupes terminaux (NCO, OH et fonctions T) exprimée en milliéquivalent par gramme (méq/g) et la fonctionnalité (nombre de fonction NCO, OH ou fonction T par mole) du composé (PP1 ), du polyol, du composé de formule (IV) ou du polyuréthane comprenant au moins deux fonctions terminales T (PP2) respectivement) ;
- l’indice hydroxyle d’un produit alcoolique représente le nombre de fonctions hydroxyles par gramme de produit, et est exprimé sous la forme du nombre équivalent de milligrammes de potasse (KOH) utilisés dans le dosage des fonctions hydroxyles, par gramme de produit ;
- la mesure de viscosité à 23°C peut se faire à l’aide d’un viscosimètre Brookfield selon la norme ISO 2555. Typiquement, la mesure réalisée à 23°C peut se faire à l’aide d’un viscosimètre Brookfield RVT, d’une aiguille adaptée au domaine de viscosité et à une vitesse de rotation de 20 tours par minute (tr/mn) ;
- la mesure de viscosité à 60°C peut se faire à l’aide d’un viscosimètre Brookfield RVT couplé avec un module chauffant de type Thermosel de la marque Brookfield, d’un mobile adapté au domaine de viscosité et à une vitesse de rotation de 20 tours par minute.
A. Polyuréthane
La présente invention concerne un polyuréthane (PP2) comprenant au moins deux, de préférence deux ou trois, fonctions terminales T de formule (I) suivante :
dans laquelle R1 et R2, identiques ou différents, représentent chacun :
- un atome d’hydrogène, - un groupe alkyle linéaire ou ramifié, saturé ou insaturé, ledit groupe alkyle étant de préférence un groupe alkyle en C1 -C22, préférentiellement en C1 -C12,
- un groupe (hétéro)aryle en C6-C12,
- un groupe cycloalkyle saturé ou instauré en C3-C8, préférentiellement en C5-C6, ou
- un groupe alkylaryle dans lequel le groupe alkyle, linéaire ou ramifié, comprend de 1 à 22 atomes de carbone;
lesdits groupes alkyles ou cycloalkyles comprenant éventuellement un ou plusieurs hétéroatomes, de préférence oxygène ou souffre.
Selon un mode de réalisation, le polyuréthane (PP2) susmentionné est tel que chacun de R1 et R2 représente, indépendamment l’un de l’autre, un atome d’hydrogène ou un groupe alkyle linéaire ou ramifié, saturé ou insaturé, ledit groupe alkyle étant de préférence un groupe alkyle en C1 -C12, avantageusement méthyle ou éthyle.
De préférence, le polyuréthane (PP2) est tel que R1 représente un atome d’hydrogène et R2 représente un atome d’hydrogène, un méthyle ou un éthyle.
Selon un mode de réalisation, le polyuréthane (PP2) susmentionné comprend en outre au moins l’un des radicaux divalents R3 suivants :
a) radical divalent -(CH2)5- dérivé du pentaméthylène diisocyanate (PDI),
b) radical divalent -(CH2)6 -dérivé de l’hexaméthylène diisocyanate (HDI),
c) le radical divalent dérivé de l’isophorone :
d) le radical divalent dérivé des 2,4-toluène diisocyanate et 2,2’-toluène diisocyanate (TDI), e) le radical divalent dérivé des 4,4’-méthylène diphényl diisocyanate et 4,4’-méthylène diphényl diisocyanate (MDI),
f) le radical divalent dérivé du para-xylylène diisocyanate, méta-xylylène diisocyanate et ortho- xylylène diisocyanate (XDI),
g) le radical divalent dérivé du 1 ,2-bis(isocyanatométhyl)cyclohexane, 1 ,3- bis(isocyanatométhyl)cyclohexane et 1 ,4-bis(isocyanatométhyl)cyclohexane (H6XDI) :
h) les radicaux divalents dérivés des 2,4’- méthylène dicyclohexyl diisocyanate et 4,4'- méthylene dicyclohexyl diisocyanate (H12MDI) :
[Chem 3]
ou i) le radical divalent de formule (II) suivante:
dans laquelle :
- p est un nombre entier allant de 1 à 2 ;
- q est un nombre entier allant de 0 à 9 ;
- r est un nombre entier valant 5 ou 6 ;
- R représente une chaîne hydrocarbonée, saturée ou insaturée, cyclique ou acyclique, linéaire ou ramifiée, comprenant de 1 à 20 atomes de carbone ; et
- R’ représente un groupe divalent hydrocarboné, linéaire ou ramifié, saturé, ayant de 2 à 4 atomes de carbone.
De préférence, le polyuréthane (PP2) susmentionné comprend en outre au moins l’un des radicaux divalents R3 suivants :
a) le radical divalent -(CH2)5- dérivé du pentaméthylène diisocyanate (PDI) ;
b) le radical divalent -(CH2)6- dérivé de l’hexaméthylène diisocyanate (HDI) ;
c) le radical divalent dérivé de l’isophorone :
d) le radical divalent dérivé du 2,4-TDI
e) le radical divalent dérivé du 2,4’-MDI: f) le radical divalent dérivé du méta-xylylène diisocyanate (m-XDI) :
g) le radical divalent dérivé du 1 ,3-bis(isocyanatométhyl)cyclohexane (m-H6XDI) :
h) les radicaux divalents dérivés des 2,4’- méthylène dicyclohexyl diisocyanate et 4,4'- méthylene dicyclohexyl diisocyanate (H12MDI) :
i) le radical divalent de formule (II) suivante:
dans laquelle :
- p est un nombre entier allant de 1 à 2 ;
- q est un nombre entier allant de 0 à 9 ;
- r est un nombre entier valant 5 ou 6 ;
- R représente une chaîne hydrocarbonée, saturée ou insaturée, cyclique ou acyclique, linéaire ou ramifiée, comprenant de 1 à 20 atomes de carbone ; et
- R’ représente un groupe divalent hydrocarboné, linéaire ou ramifié, saturé, ayant de 2 à 4 atomes de carbone.
De préférence, le polyuréthane (PP2) susmentionné comprend au moins un radical R3 choisi parmi les radicaux d) dérivé du 2,4-TDI et/ou parmi les radicaux j) de formule (II) susmentionnée.
Selon un mode de réalisation, le polyuréthane (PP2) susmentionné comprend au moins une unité répétitive comprenant au moins un radical divalent R3 susmentionné.
Selon un mode de réalisation, le polyuréthane (PP2) susmentionné a la formule (III) suivante :
dans laquelle :
- R1 et R2 sont tels que définis ci-dessus, R1 étant de préférence un atome d’hydrogène et R2 étant de préférence un atome d’hydrogène, un méthyle ou un éthyle ;
- P représente l’une des deux formules ci-dessous :
dans lesquelles D et T représentent, indépendamment l’un de l’autre, un radical hydrocarboné comprenant de 2 à 66 atomes de carbone, linéaire ou ramifié, cyclique, alicyclique ou aromatique, saturé ou insaturé, comprenant éventuellement un ou plusieurs hétéroatomes ;
- P’ et P” étant, indépendamment l’un de l’autre, un radical divalent issu d’un polyol de préférence choisi parmi les polyéther polyols, les polydiène polyols, les polyester polyols, les polycarbonate polyols, les polyols étant préférentiellement ceux décrits ci- après pour l’étape E1 ;
- R3 étant tel que défini ci-dessus ;
- m et f sont des nombres entiers tel que la masse moléculaire moyenne du polyuréthane va de 600 à 100 000 g/mol ;
- f est égal à 2 ou 3.
Le polyuréthane (PP2) susmentionné peut avoir une viscosité mesurée à température ambiante (23°C) inférieure ou égale à 1 500 Pa.s, plus préférentiellement inférieure ou égale à 600 Pa.s, et mieux encore inférieure ou égale à 400 Pa.s.
Le polyuréthane (PP2) selon l’invention peut avoir une viscosité mesurée à 60°C inférieure ou égale à 50 Pa.s, plus préférentiellement inférieure ou égale à 40 Pa.s, et mieux encore inférieure ou égale à 30 Pa.s.
De préférence, le polyuréthane (PP2) susmentionné possède une viscosité mesurée à température ambiante (23°C) inférieure ou égale à 600 Pa.s et une viscosité mesurée à 60°C inférieure ou égale à 40 Pa.s.
Le polyuréthane (PP2) comprenant au moins deux fonctions terminales T susmentionné peut être obtenu par réaction d’un composé possédant au moins deux groupes NCO (PP1 ) et d’au moins un composé de formule (IV) suivante :
dans laquelle R1 et R2, identiques ou différents, représentent chacun : - un atome d’hydrogène,
- un groupe alkyle linéaire ou ramifié, saturé ou insaturé, ledit groupe alkyle étant de préférence un groupe alkyle en C1-C22, préférentiellement en C1-C12,
- un groupe (hétéro)aryle en C6-C12,
- un groupe cycloalkyle saturé ou instauré en C3-C8, préférentiellement en C5-C6, ou
- un groupe alkylaryle dans lequel le groupe alkyle, linéaire ou ramifié, comprend de 1 à 22 atomes de carbone;
lesdits groupes alkyles ou cycloalkyles comprenant éventuellement un ou plusieurs hétéroatomes, de préférence oxygène ou souffre.
Les composés de formule (IV) peuvent être synthétisés tel que décrit dans WO 2015/132080, par exemple selon le schéma (1 ) suivant :
Selon un mode de réalisation, les composés de formule (IV) sont ceux répondant à la formule (IV-1 ) suivante :
dans laquelle R2 est tel que défini précédemment. Les composés de formule (IV-1 ) sont des composés de formule (IV) dans laquelle R1 est un atome d’hydrogène.
Les composés de formule (IV-1 ) préférés sont ceux ayant l’une des formules (IV-1 a), (IV-1 b) et (IV-1 c) suivantes :
Les composés de formule (IV-1 a), (I V-1 b) et (IV-c) peuvent être obtenus par réaction du carbonate d’acide glycérique respectivement avec l’oxyde d’éthylène (OE), l’oxyde de propylène (OP) ou l’oxyde de butylène (OB) selon le schéma (1 ) précédemment décrit.
Le composé de formule (IV-1 a) est un composé de formule (IV) dans laquelle R1 est un atome d’hydrogène, et R2 est un atome hydrogène, soit le 2-hydroxyéthyl-2-oxo-1 ,3- dioxolane-4-carboxylate.
Le composé de formule (I V-1 b) est un composé de formule (IV) dans laquelle R1 est un atome d’hydrogène, et R2 est un méthyle, soit le 2-hydroxypropyl-2-oxo-1 ,3-dioxolane-4- carboxylate.
Le composé de formule (IV-1 c) est un composé de formule (IV) dans laquelle R1 est un atome d’hydrogène, et R2 est un éthyle, soit le 2-hydroxybutyl-2-oxo-1 ,3-dioxolane-4- carboxylate.
B. Procédé
La présente invention concerne également un procédé de préparation d’un polyuréthane (PP2) susmentionné comprenant au moins deux, de préférence deux ou trois, fonctions terminales T de formule (I) comprenant une étape de réaction de polyaddition (notée E2) :
- d’au moins un composé (PP1 ) possédant au moins deux groupes NCO ;
- avec au moins un composé de formule (IV) susmentionnée ;
dans des quantités de composé(s) (PP1 ) et de composé(s) de formule (IV) conduisant à un rapport molaire NCO/OH, noté r2, inférieur ou égal à 1 , de préférence allant de 0,8 à 1 , préférentiellement de 0,85 à 1 , avantageusement de 0,90 à 1 , et encore plus préférentiellement de 0,95 à 1 . Dans le cadre de l’invention, et sauf mention contraire, r2 est le rapport molaire NCO/OH correspondant au rapport molaire du nombre de groupes isocyanates sur le nombre de groupes hydroxyles portés respectivement par l’ensemble des isocyanate(s) (composé(s) (PP1 ) et éventuellement le(s) polyisocyanate(s) non réagi(s) à l’issue d’une éventuelle étape E1 ), et alcool(s) présents dans le milieu réactionnel de l’étape E2.
Le calcul du rapport r2 tient notamment compte d’une part des groupes NCO portés par l’ensemble des isocyanates présents dans le milieu réactionnel lors de l’étape E2 (composé (PP1 ) et éventuellement les polyisocyanates non réagis ayant servis à sa synthèse issus d’une éventuelle étape E1 ) et d’autre part des groupes OH portés par le(s) composé(s) de formule (IV).
Lorsque le composé (PP1 ) utilisé et/ou le composé de formule (IV) utilisé, est ou sont sous la forme d’une composition ou mélange comprenant essentiellement le(s)dit(s) composé(s) (PP1 ) et/ou composé(s) de formule (IV) respectivement, comme décrit plus haut, le calcul du rapport r2 tient compte d’une part des groupes NCO portés par le composé (PP1 ), mais également les isocyanates éventuellement en mélange avec le(s) composé(s) (PP1 ) et/ou d’autre part des groupes OH portés par le(s) composé(s) de formule (IV), mais également le(s) composé(s) polyol(s) éventuellement en mélange avec le(s) composé(s) de formule (IV).
Etape E2
L’étape E2 peut être mise en oeuvre à une température inférieure à 95°C, et de préférence dans des conditions anhydres.
Le composé de formule (IV) utilisable pour préparer le polyuréthane (PP2) selon l’invention peut être mis en oeuvre soit pur, soit sous la forme d’un mélange ou composition de composés de formule (IV) contenant au moins 95% en poids composé de formule (IV).
L’étape E2 peut être réalisée avec un composé de formule (IV) ou avec un mélange de composés de formule (IV) de nature différente (par exemple avec des R1 différents, ou bien des R2 différents, ou alors avec des R1 et R2 différents).
A titre d’exemple de composé de formule (IV), on peut citer les composés (IV-1 a), (IV-1 b) et (IV-1 c) décrits précédemment.
Le(s) composé(s) (PP1 ) utilisé(s) peu(ven)t être mis en oeuvre soit pur, soit sous la forme d’une composition comprenant essentiellement le(s)dit(s) composé(s) et une faible teneur en polyisocyanate(s) résiduel(s) issu(s) notamment de la synthèse dudit (desdits) composé(s). Dans ce dernier cas, le(s) composé(s) (PP1 ) utilisé(s) est (sont) tel(s) que la teneur en groupes NCO présents dans ladite composition va de préférence de 0,5 à 15% en poids par rapport au poids de ladite composition. Par « teneur en groupes NCO » (aussi désigné par « taux de NCO », noté % NCO), on entend la teneur en groupes isocyanate portés par l’ensemble des composés présents dans le milieu réactionnel, à savoir le composé (PP1 ) et les autres espèces porteuses de groupe(s) isocyanate éventuellement présentes, tels que les monomères polyisocyanates non réagis. Cette teneur en groupe NCO est calculable de manière bien connue par l’homme du métier et est exprimé en pourcentage en poids par rapport au poids total du milieu réactionnel.
Le(s) composé(s) (PP1 ) possédant au moins deux groupes NCO peut(vent) être :
- choisi(s) parmi les dérivés d’allophanate d’hexaméthylène diisocyanate (HDI) de formule (I IA) suivante :
dans laquelle :
- p est un nombre entier allant de 1 à 2 ;
- q est un nombre entier allant de 0 à 9 ;
- r est un nombre entier égal à 5 ou 6 ;
- R représente une chaîne hydrocarbonée, saturée ou insaturée, cyclique ou acyclique, linéaire ou ramifiée, comprenant de 1 à 20 atomes de carbone ;
- R représente un groupe divalent hydrocarboné, linéaire ou ramifié, saturé, ayant de 2 à 4 atomes de carbone ;
ou
- choisi(s) parmi les polyuréthane(s) à terminaisons NCO obtenu(s) par une réaction de polyaddition (notée E1 ) :
(i) d’au moins un polyisocyanate choisi de préférence parmi les diisocyanates, et en particulier parmi les diisocyanates suivants:
a1 ) le pentaméthylène diisocyanate (PDI),
a2) l’hexaméthylèhne diisocyanate (HDI),
a3) l’isophorone diisocyanate (IPDI),
a4) le 2,4-toluène diisocyanate (2,4-TDI),
a5) le 2,4’-diisocyanate de diphénylméthane (2,4’-MDI),
a6) le méta-xylylène diisocyanate (m-XDI),
a7) le 1 ,3-Bis(isocyanatomethyl)cyclohexane (m-H6XDI), a8) le 2,4’- méthylène dicyclohexyl diisocyanate et/ou le 4,4'-méthylene dicyclohexyl diisocyanate (H12MDI) :
a9) les dérivés d’allophanate d’hexaméthylène diisocyanate (HDI) de formule (MA) telle que décrite ci-dessus ;
a10) et leurs mélanges ;
(ii) avec au moins un polyol de préférence choisi parmi les polyéther polyols, les polyester polyols, les polydiène polyols, les polycarbonate polyols, et leurs mélanges, dans des quantités de polyisocyanate(s) et de polyol(s) conduisant à un rapport molaire NCO/OH, noté r1, strictement supérieur à 1 , de préférence allant de 1 ,6 à 1 ,9, préférentiellement allant de 1 ,65 à 1 ,85.
De préférence, les composés (PP1 ) sont choisis parmi :
- les dérivés d’allophanate d’hexaméthylène diisocyanate (HDI) de formule (MA) susmentionnée ; ou
- a4) le 2,4-toluène diisocyanate (2,4-TDI).
Dans le cadre de l’invention, et sauf mention contraire, n est le rapport molaire NCO/OH correspondant au rapport molaire du nombre de groupes isocyanates (NCO) sur le nombre de groupes hydroxyles (OH) portés respectivement par l’ensemble des polyisocyanate(s) et polyol(s) présents dans le milieu réactionnel de l’étape E1.
De préférence, dans la formule (NA) susmentionnée p, q, R et R’ sont choisis tels que le dérivé d’allophanate de HDI de formule (NA) comporte un pourcentage en poids de groupe isocyanate allant de 12 à 14% en poids par rapport au poids dudit dérivé. Plus préférentiellement,
- p est un nombre entier allant de 1 à 2 ;
- q est un nombre entier allant de 2 à 5 ;
- R représente une chaîne hydrocarbonée, saturée ou insaturée, cyclique ou acyclique, linéaire ou ramifiée, comprenant de 6 à 14 atomes de carbone ;
- R’ représente un groupe divalent propylène.
Le composé (PP1 ) utilisable selon l’invention peut être mis en oeuvre sous la forme d’une composition comprenant au moins 99,5% en poids, de préférence au moins 99,8% en poids de dérivé(s) de formule (NA), et moins de 0,5% en poids, de préférence moins de 0,2% en poids de HDI, par rapport au poids total de ladite composition.
Une telle composition peut être obtenue par exemple par :
- réaction de carbamatation allant de 80 à 100°C d’un mono alcool saturé ou insaturé, acyclique, linéaire ou ramifié, comprenant de 1 à 20 atomes de carbone, et oxyalkylé dont la partie alkylène est linéaire ou ramifiée et comprend de 1 à 4 atomes de carbone, avec un premier monomère de HDI, dans un rapport molaire NCO/OH supérieur à 2, avantageusement supérieur à 4, de préférence supérieur à 8, puis
- réaction d’allophanatation à une température allant de 100 à 180°C, de préférence autour de 140°C, du composé carbamate obtenu possédant une fonction hydroxyle, avec un deuxième monomère de HDI, dans un rapport molaire NCO/OH compris de 5 à 20, et
- distillation des monomères de HDI non réagis, afin d’obtenir un réactif comprenant moins de 0,5% en poids de HDI, de préférence moins de 0,2% en poids de HDI.
De préférence, la teneur en groupes NCO (aussi désigné par « taux de NCO » et noté % NCO) présents dans la composition de dérivé(s) de formule (MA) va de 12 à 14% en poids par rapport au poids de ladite composition.
A l’issue de l’étape E2, le milieu réactionnel est de préférence exempt de monomères diisocyanates potentiellement toxiques (HDI, I PDI, TDI, MDI). Dans ce cas, le polyuréthane (PP2) selon l’invention ne présente avantageusement pas de risques toxicologiques liés à la présence de tels monomères.
A l’issue de l’étape E2, le polyuréthane (PP2) susmentionné présente de préférence de 0,1 à 5 milliéquivalent de fonctions T de formule (I) susmentionnée par gramme dudit polyuréthane (PP2).
Dans le cas où le composé (PP1 ) est un polyuréthane à terminaisons NCO issu de l’étape E1 , le polyuréthane (PP2) obtenu présente de préférence de 0,1 à 3,0 milliéquivalent(s) de fonctions T par gramme dudit polyuréthane (PP2), de préférence de 0,1 à 1 ,5 milliéquivalent(s) de fonctions T par gramme dudit polyuréthane (PP2), plus préférentiellement de 0,15 à 1 ,0 milliéquivalent de fonctions T dudit polyuréthane (PP2) et mieux encore de 0,2 à 0,8 milliéquivalent de fonctions T par gramme dudit polyuréthane (PP2).
Etape E1
Polvol(s)
Le(s) polyol(s) utilisable(s) selon l’invention est(sont) de préférence choisi(s) parmi les polyéther polyols, les polyester polyols, les polydiène polyols, les polycarbonate polyols, et leurs mélanges.
Le(s) polyol(s) utilisable(s) pour préparer le polyuréthane à terminaisons NCO utilisé selon l’invention peu(ven)t être choisi(s) parmi ceux dont la masse moléculaire moyenne en nombre va de 200 à 20 000 g/mol, de préférence de 250 à 18 000 g/mol, et mieux encore de 2 000 à 12 000 g/mol.
De préférence, leur fonctionnalité hydroxyle va de 2 à 3. La fonctionnalité hydroxyle est le nombre moyen de fonction hydroxyle par mole de polyol. De préférence, le(s) polyol(s) utilisable(s) selon l’invention présente(nt) un hydroxyle (IOH) allant de 9 à 105 mg KOH/g, et de préférence de 13 à 90 mg KOH/g, plus préférentiellement de 25 à 70 mg KOH/g, et mieux encore de 40 à 65 mg KOH/g de polyol.
Le(s) polyéther polyol(s) utilisable(s) selon l’invention est (sont) de préférence choisi(s) parmi les polyoxyalkylène-polyol, dont la partie alkylène, linéaire ou ramifiée, comprend de 1 à 4 atomes de carbone, de préférence de 2 à 3 atomes de carbone.
Plus préférentiellement, le(s) polyéther polyol(s) utilisable(s) selon l’invention est (sont) de préférence choisi(s) parmi les polyoxyalkylène-diols ou polyoxyalkylène triols, et mieux encore des polyoxyalkylène diols, dont la partie alkylène, linéaire ou ramifiée, comprend de 1 à 4 atomes de carbone, de préférence de 2 à 3 atomes de carbone, et dont la masse molaire moyenne en nombre va de 200 à 20000 g/mol, et de préférence de 2000 à 12000 g/mol.
A titre d’exemple de polyoxyalkylène diols ou triols utilisables selon l’invention, on peut citer :
- les polyoxypropylène diols ou triols (aussi désignés par polypropylène glycols (PPG) diol ou triol) ayant une masse moléculaire moyenne en nombre allant de 400 à 18 000 g/mol et de préférence allant de 400 à 4 000 g/mol ;
- les polyoxyéthylène diols ou triols (aussi désignés par polyéthylène glycols (PEG) diol ou triol) ayant une masse moléculaire moyenne en nombre allant de 400 à 18 000 g/mol et de préférence allant de 400 à 4 000 g/mol ;
- les copolymères de PPG/PEG diols ou triols ayant une masse moléculaire moyenne en nombre allant de 400 à 18 000 g/mol et de préférence allant de 400 à 4 000 g/mol ;
- les polytétrahydrofurane (PolyTHF) diols ou triols ayant une masse moléculaire moyenne en nombre allant de 250 à 4 000 g/mol ;
- et leurs mélanges.
De préférence, le(s) polyéther polyol(s) utilisable(s) est (sont) choisi(s) parmi les polyoxypropylène diols ou triols avec un indice de polydispersité allant de 1 à 1 ,4, en particulier allant de 1 à 1 ,3. Cet indice correspond au rapport de la masse molaire moyenne en poids à la masse moléculaire moyenne en nombre du polyéther polyol (Ip =Mw/Mn) déterminées par GPC.
Les polyéther polyols suscités peuvent être préparés de manière conventionnelle, et sont largement disponibles dans le commerce. Ils peuvent être obtenus par polymérisation de l’oxyde d’alkylène correspondant en présence d’un catalyseur à base d’un double complexe métal-cyanure.
A titre d’exemples de polyéther diols, on peut citer les polyoxypropylène diols commercialisés sous la dénomination « ACCLAIM® » par la société BAYER, tels que l' « ACCLAIM® 12200 » de masse moléculaire moyenne en nombre voisine de 1 1 335 g/mol et dont l’indice hydroxyle va de 9 à 1 1 mg KOH/g, l’« ACCLAIM® 8200 » de masse moléculaire moyenne en nombre voisine de 8 057 g/mol et dont l’indice hydroxyle va de 13 à 15 mg KOH/g, et l’« ACCLAIM® 4200 » de masse moléculaire moyenne en nombre voisine de 4 020 g/mol, et dont l’indice hydroxyle va de 26,5 à 29,5 mg KOH/g, ou encore le polyoxypropylène diol commercialisé sous la dénomination « VORANOL P2000 » par la société DOW de masse moléculaire moyenne en nombre voisine de 2 004 g/mol et dont l’indice hydroxyle est de 56mg KOH/g environ.
A titre d’exemples de polyéther triol, on peut citer le polyoxypropylène triol commercialisés sous la dénomination « VORANOL CP3355 » par la société Dow, de masse moléculaire moyenne en nombre voisine de 3554 g/mol et dont l’indice hydroxyle va de 40 à 50 mg KOH/g.
Le(s) polydiène polyol(s) utilisable(s) selon l’invention est(sont) choisi(s) de préférence parmi les polydiènes comportant des groupes hydroxyles terminaux, et leurs dérivés correspondants hydrogénés ou époxydés.
Plus préférentiellement, le(s) polydiène polyol(s) utilisable(s) selon l’invention est (sont) choisi(s) parmi les polybutadiènes comportant des groupes hydroxyles terminaux, éventuellement hydrogénés ou époxydés.
Mieux encore, le(s) polydiène polyol(s) utilisable(s) selon l’invention est (sont) choisi(s) parmi les homopolymères de butadiène comportant des groupes hydroxyles terminaux, éventuellement hydrogénés ou époxydés.
Par terminaux, on entend que les groupes hydroxyles sont situés aux extrémités de la chaîne principale du polydiène polyol.
Les dérivés hydrogénés suscités peuvent être obtenus par hydrogénation totale ou partielle des doubles liaisons d’un polydiène comportant des groupes hydroxyles terminaux, et sont donc saturé(s) ou insaturé(s).
Les dérivés époxydés suscités peuvent être obtenus par époxydation chémiosélective des doubles liaisons de la chaîne principale d’un polydiène comportant des groupes hydroxyles terminaux, et comportent donc au moins un groupe époxy dans sa chaîne principale.
A titre d’exemples de polybutadiène polyols, on peut citer les homopolymères de butadiène, saturé ou insaturé, comprenant des groupes hydroxyles terminaux, éventuellement époxydés, tels que par exemple ceux commercialisés sous la dénomination POLY BD® ou KRASOL® par la société CRAY VALLEY.
Les polyester polyols peuvent être choisis parmi les polyester diols et les polyester triols, et de préférence parmi les polyester diols. Parmi les polyester polyols, on peut par exemple citer :
- les polyesters polyols d’origine naturelle tel que l’huile de ricin ;
- les polyesters polyols résultant de la condensation :
- d’un ou plusieurs polyols aliphatiques (linéaires, ramifiés ou cycliques) ou aromatiques tels que par exemple l’éthanediol, le 1 ,2-propanediol, le 1 ,3-propanediol, le glycérol, le triméthylolpropane, le 1 ,6-hexanediol, le 1 ,2,6-hexanetriol, le butènediol, le sucrose, le glucose, le sorbitol, le pentaérythritol, le mannitol, la triéthanolamine, la N- méthyldiéthanolamine, et leurs mélanges, avec
- un ou plusieurs acide polycarboxylique ou son dérivé ester ou anhydride tel que l’acide 1 ,6-hexanedioïque, l’acide dodécanedioïque, l’acide azélaïque, l’acide sébacique, l’acide adipique, l’acide 1 ,18-octadécanedioïque, l’acide phtalique, l’acide succinique et les mélanges de ces acides, un anhydride insaturé tel que par exemple l’anhydride maléique ou phtalique, ou une lactone telle que par exemple la caprolactone.
Les polyester polyols suscités peuvent être préparés de manière conventionnelle, et sont pour la plupart disponibles commercialement.
Parmi les polyesters polyols, on peut par exemple citer les produits suivants de fonctionnalité hydroxyle égale à 2 :
-le TONE® 0240 (disponible auprès de UNION CARBIDE) qui est une polycaprolactone de masse moléculaire moyenne en nombre d’environ 2000 g/mol, et un point de fusion de 50°C environ,
- le DYNACOLL®7381 (disponible auprès d’EVONIK) de masse moléculaire moyenne en nombre d’environ 3500 g/mol, et un point de fusion de 65°C environ,
- le DYNACOLL®7360 (disponible auprès d’EVONIK) qui résulte de la condensation de l’acide adipique avec l’hexane diol, et a une masse moléculaire moyenne en nombre d’environ 3500 g/mol, et un point de fusion de 55°C environ,
- le DYNACOLL®7330 (disponible auprès d’EVONIK) de masse moléculaire moyenne en nombre d’environ 3500 g/mol, et un point de fusion de 85°C environ,
- le DYNACOLL® 7363 (disponible auprès d’EVONIK) qui résulte également de la condensation de l’acide adipique avec l’hexane diol, et a une masse moléculaire moyenne en nombre d’environ 5500 g/mol, et un point de fusion de 57°C environ,
- le DYNACOLL ® 7250 (commercialisé par EVONIK) : polyester polyol ayant une viscosité de 180 Pa.s à 23°C, une masse moléculaire moyenne en nombre Mn égale à 5 500 g/mol, et une Tg égale à -50°C,
- le KURARAY ® P-6010 (commercialisé par KURARAY) : polyester polyol ayant une viscosité de 68 Pa.s à 23°C, une masse moléculaire moyenne en nombre égale à 6 000 g/mol, et une Tg égale à -64°C, - le KURARAY ® P-10010 (commercialisé par KURARAY) : polyester polyol ayant une viscosité de 687 Pa.s à 23°C, et une masse moléculaire moyenne en nombre égale à 10 000 g/mol.
A titre d’exemple de polyester diol, on peut également citer le REALKYD® XTR 10410 » commercialisé par la société CRAY VALLEY de masse moléculaire moyenne en nombre (Mn) voisine de 1000 g/mol et dont l’indice hydroxyle va de 108 à 1 16 mg KOH/g. Il s’agit d’un produit issu de la condensation d’acide adipique, de diéthylèneglycol et de monoéthylèneglycol.
Les polycarbonate polyols peuvent être choisis parmi les polycarbonate diols ou triols, ayant en particulier une masse moléculaire moyenne en nombre (Mn) allant de 300 g/mol à 12 000 g/mol, de préférence allant de 400 à 4 000 g/mol.
A titre d’exemple de polycarbonate diol, on peut citer :
- le CONVERGE POLYOL 212-10 et CONVERGE POLYOL 212-20 commercialisés par la société NOVOMER respectivement de masse moléculaire en nombre (Mn) égales à 1 000 et 2 000 g/mol dont les indices hydroxyles sont respectivement de 1 12 et 56 mg KOH/g,
- le DESMOPHEN® C XP 2716 commercialisé par COVESTRO de masse moléculaire en nombre (Mn) égale à 326 g/mol dont l’indice hydroxyle est de 344 mg KOH/g,
- les POLYOL C-590, C1090, C-2090 et C-3090 commercialisés par KURARAY ayant une masse moléculaire en nombre (Mn) allant de 500 à 3000 g/mol et un indice hydroxyle allant de 224 à 37 mg KOH/g.
De préférence, la réaction E1 est réalisée en présence de polyol(s) choisi(s) parmi les polyéther polyols, de préférence les polyéther diols et/ou les polyéther triols.
Polvisocvanate(s)
Le(s) polyisocyanate(s) sont de préférence des diisocyanate(s) en particulier choisi(s) parmi les diisocyanates suivants:
d’au moins un polyisocyanate choisi de préférence parmi les diisocyanates, et en particulier parmi les diisocyanates suivants:
a1 ) le pentaméthylène diisocyanate (PDI),
a2) l’hexaméthylèhne diisocyanate (HDI),
a3) l’isophorone diisocyanate (IPDI),
a4) le 2,4-toluène diisocyanate (2,4-TDI),
a5) le 2,4’-diisocyanate de diphénylméthane (2,4’-MDI),
a6) le méta-xylylène diisocyanate (m-XDI),
a7) le 1 ,3-Bis(isocyanatomethyl)cyclohexane (m-H6XDI),
a8) le 2,4’- méthylène dicyclohexyl diisocyanate et/ou le 4,4'-méthylene dicyclohexyl diisocyanate (H12MDI) : a9) les dérivés d’allophanate d’hexaméthylène diisocyanate (HDI) de formule (MA) telle que décrite ci-dessus ;
a10) et leurs mélanges.
Selon un mode de réalisation, le diisocyanate est choisi parmi le 2,4-TDI (ou constitué essentiellement de 2,4-TDI), le m-XDI, l’IPDI et les dérivés de formule (MA).
Le(s) polyisocyanates (en particulier diisocyanate(s)), utilisable(s) selon l’invention (par exemple cités en a4) et a5) ci-dessus) peu(ven)t être mis en oeuvre sous la forme d’un mélange contenant essentiellement le(s)dit(s) polyisocyanate(s) (respectivement diisocyanate(s)) et une faible teneur en composé(s) polyisocyanates (respectivement diisocyanate(s)) résiduel(s) issu(s) de la synthèse dudit (desdits) polyisocyanate(s) (respectivement diisocyanate(s)). La teneur en composé(s) polyisocyanate(s) (respectivement diisocyanate(s)) résiduel(s) tolérée (correspondant notamment aux isomères du 2,4-TDI, et du 2,4’-MDI respectivement) est telle que la mise en oeuvre dudit mélange dans la préparation du polyuréthane à terminaisons NCO utilisé selon l’invention n’a avantageusement pas d’impact sur les propriétés finales dudit polyuréthane.
Par exemple, le(s) polyisocyanate(s) (par exemple diisocyanate(s)) utilisable(s) selon l’invention (notamment cités en a4) et a5) ci-dessus) peu(ven)t être mis en oeuvre sous la forme d’un mélange contenant au moins 99% en poids de polyisocyanate(s) (respectivement diisocyanate(s)) et moins de 1 % en poids de composé(s) polyisocyanate(s) (respectivement diisocyanate(s)) résiduel(s), de préférence sous la forme d’un mélange contenant au moins 99,5% en poids de polyisocyanate(s) (respectivement diisocyanate(s)) et moins de 0,5% en poids de composé(s) polyisocyanate(s) (respectivement diisocyanate(s)) résiduel(s), plus préférentiellement sous la forme d’un mélange contenant au moins 99,8% en poids de polyisocyanate(s) (respectivement diisocyanate(s)) et moins de 0,2% en poids de composé(s) polyisocyanate(s) (respectivement diisocyanate(s)) résiduel(s), par rapport au poids dudit mélange.
De préférence, la teneur en composé(s) polyisocyanate(s) (en particulier diisocyanate(s)) résiduel(s) est telle que la teneur pondérale en groupe isocyanate dans ledit mélange reste environ égale à celle indiquée ci-dessus par rapport au poids du diisocyanate a4) et a5) seul.
Ainsi, le 2,4-TDI tel que cité en a4) peut être mis en oeuvre sous la forme d’un TDI technique, disponible commercialement, correspondant à une composition dont la teneur en 2,4-TDI est d’au moins 99% en poids, et de préférence d’au moins 99,5% en poids, par rapport au poids de ladite composition.
Le 2,4’-MDI tel que cité en a5) peut être mis en oeuvre sous la forme d’un MDI technique, disponible commercialement, correspondant à une composition dont la teneur en 2,4’-MDI est d’au moins 99% en poids, et de préférence d’au moins 99,5% en poids, par rapport au poids de ladite composition.
Le(s) polyisocyanate(s) utilisable(s) selon l’invention sont typiquement largement disponibles dans le commerce. A titre d’exemple, on peut citer le « SCURANATE® T100 » commercialisé par la société VENCOREX, correspondant à un 2,4-TDI de pureté supérieure à 99% en poids, le « DESMODUR® I » commercialisé par la société COVESTRO, correspondant à un IPDI, le « TAKENATE™ 500 » commercialisé par MITSUI CHEMICALS correspondant à un m-XDI, le « TAKENATE™ 600 » commercialisé par MITSUI CHEMICALS correspondant à un m-H6XDI, le « VESTANAT® H12MDI » commercialisé par EVONIK correspondant à un H12MDI.
Le dérivé de formule (I IA) susmentionné est notamment commercialisé sous le nom de « TOLONATE® » par la société VENCOREX. On peut citer en particulier le « TOLONATE® X FLO 100 » correspondant à une composition comprenant au moins 99,5% en poids de dérivé d’allophanate de HDI de formule (I IA) et moins de 0,5% en poids de HDI par rapport au poids de ladite composition.
Conditions
L’étape E1 peut être réalisée à une température T1 inférieure à 95°C, de préférence entre 65°C et 80°C, et dans des conditions anhydres.
Lorsque le polyisocyanate utilisé lors de l’étape E1 est sous la forme d’une composition ou mélange comme décrit plus haut, le calcul du rapport molaire NCO/OH, noté n et allant de 1 ,6 à 1 ,9 et préférentiellement de 1 ,65 à 1 ,85, tient compte d’une part des groupes NCO portés par le polyisocyanate et les composés polyisocyanates résiduels issus de la synthèse dudit (desdits) polyisocyanate(s) éventuellement présents en mélange, et d’autre part des groupes OH portés par les polyol(s)) présents dans le milieu réactionnel de l’étape E1 .
La réaction de polyaddition de l’étape E1 peut être mise en oeuvre en présence ou non d’au moins un catalyseur de réaction.
Le(s) catalyseur(s) de réaction utilisable(s) au cours de la réaction de polyaddition de l’étape E1 peu(ven)t être tout catalyseur connu de l'homme du métier pour catalyser la formation de polyuréthane par réaction d’au moins un polyisocyanate avec au moins un polyol choisi de préférence parmi les polyéther polyols, les polyester polyols, et les polydiène polyols.
Une quantité allant jusque 0,3% en poids de catalyseur(s) par rapport au poids du milieu réactionnel de l’étape E1 peut être utilisée. En particulier, on préfère utiliser de 0,02 à 0,2% en poids de catalyseur(s) par rapport au poids du milieu réactionnel de l’étape E1 . Selon un mode de réalisation préféré, le polyuréthane à terminaisons NCO (PP1 ) est obtenu par polyaddition d’au moins un diisocyanate, de préférence d’un ou deux diisocyanates choisi(s) parmi ceux cités en a1 ), a2), a3), a4), a5), a6), a7), a8 et a9) tels que décrits dans l’un quelconque des paragraphes précédents avec au moins un, de préférence un ou deux, polyol(s) choisi(s) parmi les polyéther polyols et les polydiène polyols, et de préférence les polyéther polyols, tels que par exemple les polyéther diols et/ou les polyéther triols.
A l’issue de l’étape E1 , le composé possédant au moins deux groupes NCO (PP1 ) est tel que sa teneur en groupes NCO va de préférence de 0,5 à 5,7 %, plus préférentiellement de 0,7 à 3 %, et mieux encore de 1 à 2,5 %.
Autres étapes
Le procédé susmentionné peut comprendre une étape de purification des produits de réaction intermédiaire.
De préférence, le procédé ne comprend pas d’étape de purification des produits de réactions intermédiaires, ou d’étape d'élimination de solvant.
Selon un mode de réalisation, ledit procédé ne comprend pas d’étape consistant à ajouter un ou plusieurs solvant(s) et/ou plastifiant(s). Un tel procédé de préparation peut ainsi être avantageusement mis en oeuvre sans interruption, avec des vitesses de ligne de production très élevées à l’échelle industrielle.
Selon un mode de réalisation préféré le procédé selon l’invention consiste en une première étape E1 et en une deuxième étape E2, telles que définies dans l’un quelconque des paragraphes précédents.
La présente invention a également pour objet un polyuréthane à comprenant au moins deux fonctions terminales T de formule (I) (PP2) susceptible d’être obtenu selon un procédé de préparation selon l’invention, tel que décrit dans l’un quelconque des paragraphes précédents.
C. Système multicomposant
La présente invention a également pour objet un système multicomposant, de préférence sans solvant, comprenant :
- comme premier composant (composant A), une composition comprenant au moins un polyuréthane (PP2) tel que défini précédemment, et
- comme deuxième composant (composant B), une composition comprenant au moins un composé aminé (B1 ) comprenant au moins deux groupes amine choisis parmi les groupes amine primaire, les groupes amine secondaire et leurs mélanges, de préférence comprenant au moins deux groupes amine primaire.
Les composants du système multicomposants sont généralement stockés séparément et sont mélangés au moment de l’emploi, à une température de mélange T3, pour former une composition, de préférence adhésive, destinée à être appliquée sur la surface d’un matériau.
Le mélange des composants du système multicomposants, et en particulier des composants A et B, peut être réalisé en conditions anhydres.
De préférence, les quantités de polyuréthane(s) (PP2) et de composé(s) aminé(s) (B1 ) présents dans le système multicomposant selon l’invention conduisent à un rapport molaire du nombre de fonctions T de formule (I) sur le nombre de groupes amine primaire et/ou secondaire noté r3, allant de 0,5 à 1 , en particulier de 0,65 à 1 , et préférentiellement de 0,8 à 1 .
Le rapport molaire noté r3 dans l’ensemble de la présente demande correspond au rapport molaire du nombre total de fonctions T de formule (I) présentes dans le système multicomposant, sur le nombre total de groupes amine primaire et/ou secondaire présents dans le système multicomposant.
L’utilisation d’un tel rapport r3 permet avantageusement d’obtenir par une réaction de polyaddition entre le(s) polyuréthane(s) (PP2) susmentionnés et le(s) composé(s) aminés (B1 ) comportant de préférence au moins deux ou trois groupes amine primaire selon l’invention, une composition, de préférence adhésive, présentant avantageusement de bonnes performances mécaniques.
Le(s) composé(s) aminé(s) (B1 ) utilisé(s) selon l’invention possède(nt) de préférence une viscosité adaptée à la température de mélange T3.
Le(s) composé(s) aminés (B1 ) utilisé(s) selon l’invention possède(nt) de préférence une alcalinité primaire allant de 0,4 à 34 méq/g, plus préférentiellement de 3,0 à 34 méq/g de composé aminé.
L’alcalinité primaire est le nombre de fonctions amine primaire NH2 par gramme de composé aminé (B1 ), ledit nombre étant exprimé sous la forme de milliéquivalents de HCl (ou milliéquivalents de NH2) utilisé dans le dosage des fonctions amines, déterminé de manière bien connue par titrimétrie.
Le(s) composé(s) aminé(s) (B1 ) utilisé(s) selon l’invention peu(ven)t être des composés monomériques ou des polymériques.
Le(s) composé(s) aminé(s) (B1 ) peuvent comprendre en outre des groupes amine tertiaires. Le(s) composé(s) aminé(s) (B1 ) utilisé(s) selon l’invention peu(ven)t être choisie(s) parmi des composés hydrocarbonés, linéaires, ramifiés, cycliques ou acycliques, saturés ou insaturés, et comportant au moins deux groupes amine choisis parmi les groupes amine primaires, les groupes amine secondaires et leurs mélanges, de préférence comportant au moins deux groupes amine primaire -NH2, la chaîne hydrocarbonée entre les fonctions amine (ou avantageusement -CH2-NH2) étant éventuellement interrompue par un ou plusieurs hétéroatomes choisi parmi O, N, S et/ou éventuellement interrompue par un ou plusieurs groupes divalents -NH- (amine secondaire), -COO- (ester), -CONH- (amide), -NHCO- (carbamate), -C=N- (imine), -CO- (carbonyle) et -SO- (sulfoxyde), le(s)dit(s) composé(s) aminé(s) présentant de préférence une alcalinité primaire allant de 0,4 à 34 méq/g, plus préférentiellement de 3,0 à 34 méq/g de composé aminé.
A titre d’exemple de tels composés, on peut citer par exemple:
- les alkylène polyamines comportant au moins deux groupes amine primaire -NH2,
- les cycloalkylène polyamines comportant au moins deux groupes amine primaire - NH2,
- les polyamines comprenant à la fois des groupes alkyles et cycloalkyles et comportant au moins deux groupes amine primaire -NH2,
- les polyéther polyamines comportant au moins deux groupes amine primaire -NH2,
- les polyéthylène imines comportant au moins deux groupes amine primaire -NH2,
- les polypropylène imines comportant au moins deux groupes amine primaire -NH2,
- les polyamidoamines comportant au moins deux groupes amine primaire -NH2.
De préférence, le(s) composé(s) aminé(s) (B1 ) utilisé(s) selon l’invention possède(nt) deux ou trois groupes amines primaires.
Plus préférentiellement, le(s) composé(s) aminé(s) (B1 ) utilisé(s) selon l’invention est (sont) choisi(s) parmi des composés hydrocarbonés, linéaires, ramifiés, cycliques ou acycliques, saturés et comportant deux ou trois groupes amines primaires -NH2, lesdits composés étant éventuellement interrompus par un ou plusieurs hétéroatomes choisis parmi un atome d’oxygène -O- et un atome d’azote -N- et/ou un ou plusieurs groupes divalents amine secondaire -NH-, et présentant une alcalinité primaire allant de 0,4 à 34 méq/g, plus préférentiellement de 3,0 à 34 méq/g de composé aminé.
A titre d’exemple de tels composés, on peut citer par exemple:
- les alkylène diamines et alkylène triamines, comportant respectivement deux ou trois groupes amines primaires -NH2,
- les cycloalkylène diamines et triamines, comportant respectivement deux ou trois groupes amines primaires -NH2, - les diamines et triamines comprenant à la fois des groupes alkyles et cycloalkyles, comportant respectivement deux ou trois groupes amines primaires -NH2,
- les polyéther diamines et polyéther triamines, comportant respectivement deux ou trois groupes amines primaires -NH2,
- les polyéthylène imines comportant deux ou trois groupes amines primaires -NH2,
- les polypropylène imines comportant deux ou trois groupes amines primaires -NH2,
- les polyamidoamines comportant deux ou trois groupes amines primaires -NH2.
Plus particulièrement, on peut citer :
- l’éthylène diamine (EDA) ayant une alcalinité primaire de 33,28 méq/g :
- la diéthylènetriamine (DETA) ayant une alcalinité primaire de 19,39 méq/g :
HH .
- la tris(2-aminoéthyl)amine (TAEA) ayant une alcalinité primaire de 20,52 méq/g :
- les polyéthylène imines répondant aux formules ci-dessous:
dans lesquelles x est un nombre entier tel que l’alcalinité primaire va de 0,4 à 34 méq/g, plus préférentiellement de 3,0 à 34 méq/g ;
- les polypropylène imines répondant aux formules ci-dessous :
dans lesquelles x est un nombre entier tel que l’alcalinité primaire est va de 0,4 à 34 méq/g, plus préférentiellement de 3,0 à 34 méq/g ;
- les poly(éthylène-propylène) imines répondant aux formules ci-dessous :
dans lesquelles x et y sont des nombres entiers tel que l’alcalinité primaire va de 0,4 à 34 méq/g, plus préférentiellement de 3,0 à 34 méq/g ;
- l’hexaméthylène diamine (HMDA) ayant une alcalinité primaire de 17,1 1 méq/g
- l’isophorone diamine (IPDA) ayant une alcalinité primaire de 11 ,73 méq/g
- les polyéther diamines possédant une alcalinité primaire allant de 1 1 ,4 à 13,5 méq/g et répondant à la formule ci-dessous :
dans laquelle x = 2 ou 3; de telles polyéther diamines sont commercialisées par exemple sous la dénomination JEFFAMINES EDR-148 et EDR-176 par la société HUNTSMAN et présentent des alcalinités primaires respectives de 13,5 et 11 ,4 méq/g ;
- les polyéther diamines possédant une alcalinité primaire allant de 0,5 à 8,7 méq/g et répondant à la formule ci-dessous :
dans laquelle x est un nombre entier allant de 2 ou 68, tel que l’alcalinité primaire va de 0,5 à 8,7 méq/g ; de telles polyéther diamines sont commercialisées par exemple sous la dénomination JEFFAMINES D-230, D-400, D-2000 et D-4000 par la société HUNTSMAN et présentent des alcalinités primaires respectives de 8,7, 5,0, 1 ,0 et 0,5 méq/g ;
- les polyéther diamines possédant une alcalinité primaire allant de 1 ,0 à 9,1 méq/g et répondant à la formule ci-dessous :
dans laquelle x, y et z sont des nombres entiers, y allant de 2 à 39 et x + z allant de 1 à 6, tel que l’alcalinité primaire va de 1 ,0 à 9,1 méq/g ; de telles polyéther diamines sont commercialisées par exemple sous la dénomination JEFFAMINES HK-51 1 , ED- 600, ED-900et ED-2003 par la société HUNTSMAN et présentent des alcalinités primaires respectives de 9,1 , 3,3, 2,2 et 1 ,0 méq/g ;
- les polyétherdiamines possédant une alcalinité primaire allant de 1 à 10 méq/g et répondant à la formule suivante : dans laquelle Xb est un groupe alkylène linéaire ou ramifié, comprenant de préférence de 2 à 20 atomes de carbone, préférentiellement de 2 à 10 atomes de carbone, m est un entier allant de 1 à 20, et n est un entier allant de 1 à 100 ;
- les polyéther triamines possédant une alcalinité primaire allant de 0,6 à 6,8 méq/g et répondant à la formule ci-dessous :
dans laquelle R est un atome d’hydrogène ou un groupe alkyl en C1 à C2, x, y, z et n sont des nombres entiers, n allant de 0 à 1 et x + y + z allant de 5 à 85, tel que l’alcalinité primaire va de 0,6 à 6,8 méq/g ; de telles polyéther diamines sont commercialisées par exemple sous la dénomination JEFFAMINES T-403, T-3000, et T-5000 par la société HUNTSMAN et présentent des alcalinités primaires respectives de 6,8, 1 ,0 et 0,6 méq/g ;
- les amines grasses dimères et trimères comportant deux ou trois groupes amines primaire d’alcalinité primaire allant de 3,39 méq/g à 3,60 méq/g. Ces amines grasses dimères et trimères peuvent être obtenues à partir d’acides gras dimérisés et trimérisés correspondants. A titre d’exemple de telles amines grasses dimères, partiellement ou totalement hydrogénées, on peut citer celles répondant aux formules suivantes :
Les acides gras dimères et trimères utilisés pour préparer les amines grasses sus-cités sont obtenus par polymérisation à haute température et sous pression d'acides gras insaturés monocarboxyliques (acide monomère), comprenant de 6 à 22 atomes de carbone, de préférence de 12 à 20 atomes de carbone, et proviennent de sources végétales ou animales. On peut citer comme exemple de tels acides gras insaturés, les acides en Cie ayant une ou deux doubles liaisons (respectivement l'acide oléïque ou linoléïque) obtenus à partir de tallol qui est un sous-produit de la fabrication de la pâte à papier. Après polymérisation de ces acides gras insaturés, on obtient un mélange technique contenant en moyenne 30-35 % en poids d'acides gras monocarboxyliques souvent isomérisés par rapport aux acides gras insaturés monocarboxyliques de départ, 60-65 % en poids d'acides dicarboxyliques (acides dimères) comprenant le double du nombre de carbone par rapport aux acides gras insaturés monocarboxyliques de départ et 5-10 % en poids d'acides tricarboxyliques (acides trimères) ayant le triple du nombre de carbone par rapport aux acides gras insaturés monocarboxyliques de départ. Par purification de ce mélange, on obtient les différents grades commerciaux d'acides dimères, monomères ou trimères. Ces acides gras dimères et trimères sont ensuite soumis à une réaction d’ammoniation réductrice (NH3/H2) en présence d’un catalyseur, permettant d’obtenir les amines grasses dimérisées.
Selon un mode de réalisation, le(s) composé(s) (B1 ) comprennent au moins deux groupes méthylène amine (-CH2-NH2).
Selon un mode de réalisation préféré, le(s) composé(s) (B1 ) sont choisis parmi la tris-(2-aminoéthyl)amine (TAEA), l’hexaméthylène diamine (HMDA), et leurs mélanges.
Lorsque le système multicomposant selon l’invention comprend au moins deux composés aminés (B1 ), ceux-ci peuvent être compris dans deux composants différents, par exemple un composant (B) et un composant (C). Les composants (A), (B) et (C) sont alors stockés séparément avant mélange au moment de l’emploi dudit système, à une température de mélange T3, pour former une composition, de préférence adhésive, destinée à être appliquée sur la surface d’un matériau.
Le système multicomposant selon l’invention peut comprendre au moins un catalyseur de réticulation.
Le(s) catalyseur(s) de réticulation peu(ven)t être n’importe quel catalyseur habituellement utilisé(s) pour accélérer la réaction d’ouverture de cycle d’un composé comportant une fonction T par une amine primaire et/ou secondaire.
A titre d’exemple de catalyseur de réticulation utilisable selon l’invention, on peut citer :
- les alcoolates, tels que le tert-butylate de potassium ou le méthanolate de sodium ;
- les bases fortes choisis parmi :
- les phosphazènes tel que le 2-tert-butylimino-2-diéthylamino-1 ,3- diméthylperhydro-1 ,3,2-diazaphosphorure (BMEP),
- les guanidines telles que :
le 1 ,5,7-triazabicyclo[4.4.0]dec-5-ene (TBD)
le N-méthyl triazabicyclodécène (Me-TBD)
des amines tertiaires telles que :
le 1 ,8-diazabicyclo[5.4.0]undec-7-ène (DBU)
le 1 ,5-diazabicyclo[4.3.0]non-5-ène (DBN)
l'éther diéthylique-2,2’-morpholine (DMDEE)
le 1 ,4-diazabicyclo[2.2.2]octane (DABCO)
Une quantité allant de 0,05 à 1 % en poids de catalyseur(s) de réticulation par rapport au poids total du système multicomposant selon l’invention peut être utilisée.
Le(s) catalyseur(s) de réticulation peu(ven)t être réparti(s) dans un ou plusieurs des composants formant le système multicomposant selon l’invention.
Avantageusement, le système multicomposant selon l’invention peut comprendre au moins une charge minérale.
La (ou les) charge(s) minérale(s) utilisable(s) est (sont) avantageusement choisie(s) de manière à améliorer les performances mécaniques de la composition selon l’invention à l’état réticulée.
A titre d’exemple de charge(s) utilisable(s), on peut citer de manière non limitative le carbonate de calcium, le kaolin, la silice, le gypse, les microsphères et les argiles.
De préférence, la (ou les) charge(s) minérale(s) possède(nt) une taille de particule maximale, notamment un diamètre externe, inférieur(e) à 100 mm et de préférence inférieur(e) à 10 mm. De telles charges peuvent être sélectionnées de manière bien connue par l’homme du métier en utilisant des tamis de mailles appropriées. De préférence, la teneur totale en charge(s) éventuellement présente(s) dans le système multicomposant selon l’invention ne dépasse pas 70% en poids du poids total dudit système.
Le(s) charge(s) peu(ven)t être répartie(s) dans un ou plusieurs des composants formant le système multicomposant selon l’invention.
Le système multicomposant selon l'invention peut inclure moins de 2% en poids d’un ou plusieurs additifs choisis avantageusement de manière appropriée pour ne pas détériorer les propriétés de la composition selon l’invention à l’état réticulé. On peut citer parmi les additifs utilisables des antioxydants ou stabilisants UV (ultra-violet), des pigments, et des colorants. Ces additifs sont de préférence choisis parmi ceux habituellement utilisés dans des compositions adhésives.
Le(s) additif(s) peu(ven)t être répartie(s) dans un ou plusieurs des composants formant le système multicomposant selon l’invention.
De préférence, le système multicomposant susmentionné ne comprend pas de solvant et/ou plastifiant.
Du fait de la faible viscosité du polyuréthane (PP2) selon l’invention, le système multicomposant selon l’invention peut avantageusement être mis en oeuvre directement par mélange de ses différents composants, sans ajout de solvant et/ou de plastifiant, réducteurs de viscosité, dans le composant (A) et/ou sans chauffage dudit composant à des températures au-delà de 95°C.
De préférence, le polyuréthane (PP2) selon l’invention possède une viscosité mesurée à 23°C inférieure ou égale à 600 Pa.s. et une viscosité mesurée à 60°C inférieure ou égale à 40 Pa.s, permettant au système multicomposant selon l’invention d’être avantageusement mis en oeuvre sans ajout de solvant et/ou de plastifiant dans le composant
(A) comprenant ledit polyuréthane (PP2), et/ou sans chauffage dudit composant.
Selon un mode de réalisation, le système multicomposant selon l’invention comprend:
- comme premier composant (A), une composition comprenant au moins un polyuréthane (PP2) selon l’invention, et
- comme deuxième composant (B), une composition comprenant au moins un ou deux composé(s) aminé(s) tel(s) que décrit(s) dans l’un des paragraphes précédents (B 1 ), et ledit système multicomposant étant dépourvu de solvant et/ou de plastifiant.
Le système multicomposant selon l’invention peut être un système bicomposant, c’est-à-dire un système constitué de deux composants (A) et (B), lesdits composants (A) et
(B) étant tels que décrits dans l’un des paragraphes précédents. De préférence, le composant (A) comprend au moins 97% en poids, et plus préférentiellement au moins 98% en poids de polyuréthane à (PP2) selon l’invention par rapport au poids total dudit composant (A).
Selon un mode de réalisation, le système multicomposant est une composition adhésive, de préférence une composition de colle ou de mastic.
L’invention porte également sur l’utilisation d’un polyuréthane (PP2) selon l’invention, pour la fabrication d’une composition adhésive, de préférence sans solvant, notamment sous la forme d’un système multicomposant.
De préférence, la fabrication de la composition adhésive est réalisée sans ajout de composé destiné à abaisser la viscosité de ladite composition, tel qu’un solvant (aqueux, organique), un diluant réactif et/ou un plastifiant.
De préférence, les composants du système multicomposant selon l’invention comprenant le(s) polyuréthane(s) (PP2) selon l’invention et le(s) composé(s) aminé(s) (B1 ) selon l’invention sont mélangés à une température T3 telle que définie précédemment.
De préférence, la composition, de préférence adhésive, selon l’invention est fabriquée par la mise en oeuvre du système multicomposant selon l’invention, c’est-à-dire le mélange des différents composants le constituant, à une température de mélange T3.
D. Utilisations
L’invention a également pour objet un procédé d’assemblage de matériaux mettant en oeuvre le polyuréthane (PP2) selon l’invention, notamment par l’intermédiaire de la mise en oeuvre du système multicomposant selon l’invention comprenant les étapes suivantes :
- le mélange d’au moins un polyuréthane (PP2) tel que décrit précédemment et d’au moins un composé aminé (B1 ), puis
- l’enduction dudit mélange sur la surface d’un premier matériau, puis
- le contrecollage de la surface d’un second matériau sur ladite surface enduite, puis
- la réticulation dudit mélange.
L’étape de mélange d’au moins un polyuréthane (PP2) tel que décrit précédemment et d’au moins un composé aminé (B1 ) tel que décrit précédemment, peut être réalisée notamment par la mise en oeuvre du système multicomposant selon l’invention, à savoir par mélange des composants comprenant respectivement le(s) polyuréthane(s) (PP2) (composant (A)) et le(s) composé(s) aminé(s) (composant (B)), tel que définis précédemment.
Cette étape de mélange peut être réalisée à température ambiante ou à chaud, avant enduction. De préférence, le mélange est réalisé à une température inférieure à la température de dégradation des ingrédients compris dans l’un ou l’autre des composants (A) et (B). En particulier, le mélange est réalisé à une température T3 inférieure à 95°C, de préférence allant de 15 à 80°C, afin d’éviter avantageusement toute dégradation thermique.
De préférence, on mélange le polyuréthane à terminaisons (PP2) et le(s) composé(s) aminé (B1 ) dans des quantités telles que le rapport molaire du nombre de fonctions T sur le nombre de groupes amine primaire et/ou secondaire présents dans le mélange, noté va de 0,5 à 1 , préférentiellement de 0,8 à 1 ,0.
Dans chacune de ces variantes, l’enduction dudit mélange peut être réalisée sur tout ou partie de la surface d’un matériau. En particulier, l’enduction dudit mélange peut être réalisée sous la forme d’une couche d’épaisseur allant de 0,002 à 5 mm.
Eventuellement, la réticulation dudit mélange sur la surface du matériau peut être accélérée en chauffant le(s) matériau(x) enduit(s) à une température inférieure ou égale à 120°C. Le temps requis pour compléter cette réaction de réticulation et assurer ainsi le niveau de cohésion requis est en général de l’ordre de 0,5 à 24 heures.
L’enduction et le contrecollage du second matériau sont généralement effectués dans un intervalle de temps compatible avec le procédé d’enduction, comme il est bien connu de l’homme du métier, c’est-à-dire avant que la couche d’adhésif perde sa capacité à fixer par collage les deux matériaux.
Les matériaux appropriés sont, par exemple, des substrats inorganiques tels que le verre, les céramiques, le béton, les métaux ou les alliages (comme les alliages d’aluminium, l’acier, les métaux non-ferreux et les métaux galvanisés) ainsi que les métaux et les composites éventuellement revêtus de peinture (comme dans le domaine automobile); ou bien des substrats organiques comme le bois, des plastiques tel que le PVC, le polycarbonate, le PMMA, les résines époxy et les polyesters.
La présente invention concerne également l'utilisation d’un polyuréthane comprenant au moins deux fonctions terminales T de formule (I) (PP2) selon l’invention pour la fabrication d’une composition adhésive.
Les performances mécaniques et le pouvoir adhésif des compositions selon l’invention peuvent être mesurés conformément aux tests décrits dans les exemples qui suivent, à savoir une fois réticulées. Les compositions selon l’invention sont avantageusement adaptées à un large panel d’applications telles que l’agroalimentaire, la cosmétique, l’hygiène, le transport, l’habitat, les textiles, l’emballage. En particulier, les compositions selon l’invention présentent une force d’élongation à la rupture intrinsèque allant de 0,3 à 10 MPa, tel qu’illustré dans les exemples (mesure des performances mécaniques). Il a été observé que le polyuréthane (PP2) selon l’invention présente avantageusement une réactivité améliorée vis-à-vis des composés aminés comprenant au moins deux groupes amine primaire et/ou secondaire à une température proche de l’ambiante (allant par exemple de 15°C à 35°C).
Il a été observé par ailleurs qu’en utilisant le polyuréthane (PP2) selon l’invention, on pouvait avantageusement fabriquer des compositions adhésives sans solvant présentant de bonnes propriétés de mouillabilité et de bonnes performances mécaniques, adaptées au revêtement de surface, et des propriétés adhésives satisfaisantes pour l’assemblage par collage d’au moins deux matériaux.
Tous les modes de réalisation décrits ci-dessus peuvent être combinés les uns avec les autres.
Dans le cadre de l’invention, par « comprise entre x et y », ou « allant de x à y », on entend un intervalle dans lequel les bornes x et y sont incluses. Par exemple, la gamme «comprise entre 0% et 25% » inclus notamment les valeurs 0% et 25%.
Les exemples suivants sont donnés à titre purement illustratif de l'invention et ne sauraient être interprétés pour en limiter la portée.
PARTIE EXPERIMENTALE
A - Synthèse de polyuréthanes comprenant au moins deux fonctions terminales T (PP2) (composant A)
Les composants (A) des exemples 1 à 4 selon l’invention sont préparés à l’aide des réactifs indiqués dans le tableau 1 et selon le mode opératoire décrit dans les pages suivantes. Les quantités indiquées dans le tableau 1 sont exprimées en gramme de produits commerciaux.
Tableau 1
N.A. : non applicable
Dans le tableau 1 , on utilise comme:
- PPG diol, le produit commercial vendu sous la dénomination VORANOL® P2000 par la société DOW, correspondant à du polypropylène glycol diol, ayant un indice d’hydroxyle environ égal à 56 mg KOH/g,
- PPG triol, le produit commercial vendu sous la dénomination VORANOL® CP3355 par la société DOW, correspondant à du polypropylène glycol triol, ayant un indice d’hydroxyle environ égal à 45 mg KOH/g,
- diisocyanate 2,4-TDI, le produit commercial vendu sous la dénomination SCURANATE® T 100 par la société VENCOREX, correspondant à une composition de TDI à 99% en poids de 2,4-TDI,
- diisocyanate dérivé d’allophanate d’hexaméthylène diisocyanate (HDI) de formule (I IA), le produit commercial vendu sous la dénomination TOLONATE® X FLO par la société VENCOREX, correspondant à une composition à 99,5% en poids minimum de dérivé d’allophanate d’hexaméthylène diisocyanate (HDI) de formule (MA) et moins de 0,5% en poids de HDI, ayant une teneur en groupe NCO égale à 13,4 % en poids par rapport au poids de TOLONATE® X FLO,
- catalyseur de réaction, le produit commercial vendu sous la dénomination BORCHI KAT® 315 par la société BORCHERS, correspondant au néodécanoate de bismuth,
- 2-hydroxypropyl-2-oxo-1 ,3-dioxolane-4-carboxylate synthétisé selon la demande de brevet WO 2015/132080 (pureté de 99% en poids) et présentant un indice d’hydroxyle IOH de 295 mg KOH/g.
Les rapports molaires r1 et r2 sont calculés de manière bien connue par l’homme du métier à partir des quantités molaires en réactifs utilisés. En exprimant le nombre de mole(s) de diisocyanate utilisé en fonction de la masse molaire de ce dernier, le nombre de mole(s) de polyol utilisé en fonction de l’indice hydroxyle (mg KOH/g) et de la fonctionnalité de ce dernier, le nombre de mole(s) de 2-hydroxypropyl-2-oxo-1 ,3-dioxolane-4-carboxylate utilisé en fonction de l’indice hydroxyle (mg KOH/g) de ce dernier et sachant que la masse molaire de KOH est de 56,1 1 g/mol, on peut écrire :
et
m1 (diisocyanate) correspond à la masse de diisocyanate introduit (SCURANATE® T100 ou TOLONATE X FLO selon l’exemple considéré)
M (diisocyanate) correspond à la masse molaire du diisocyanate introduit,
IOH (polyol) correspond à l’indice hydroxyle du polyol utilisé (VORANOL® P2000 ou du VORANOL® CP3355 selon l’exemple considéré),
m2 (polyol) correspond à la masse du polyol introduit,
IOH (2-hydroxypropyl-2-oxo-1 ,3-dioxolane-4-carboxylate) correspond à l’indice d’hydroxyle du 2-hydroxypropyl-2-oxo-1 ,3-dioxolane-4-carboxylate,
m3 (2-hydroxypropyl-2-oxo-1 ,3-dioxolane-4-carboxylate) correspond à la masse de 2-hydroxypropyl-2-oxo-1 ,3-dioxolane-4-carboxylate introduit.
Exemples 1 à 3 : synthèse de polyuréthanes (PP2) (composant A) en deux étapes
(E1 et E2)
Etape E1 : Synthèse du composé (PP1 )
Dans un réacteur placé sous atmosphère d’azote, on chauffe le diisocyanate à 50°C puis on introduit sous agitation constante au goutte à goutte un mélange de polyol et de catalyseur de réaction en contrôlant la température de réaction T1 de manière à ce qu’elle ne dépasse pas 80°C, conformément aux quantités indiquées dans le tableau 1 .
Ce mélange est maintenu sous agitation constante à 80°C, sous azote, jusqu'à réaction complète des fonctions NCO du diisocyanate.
Le suivi de la réaction est réalisé en mesurant l’évolution de la teneur en groupes NCO dans le mélange, par exemple par un dosage de dibutylamine en retour, à l’aide d’acide chlorhydrique selon la norme NF T52-132. La réaction est stoppée lorsque le « taux de NCO » (%NCO) mesuré est environ égal au taux de NCO souhaité.
Etape E2 : Synthèse du polyuréthane (PP2) (composant A)
Une fois la réaction de l’étape E1 terminée, on introduit dans le réacteur le 2-hydroxypropyl-2-oxo-1 ,3-dioxolane-4-carboxylate dans les proportions indiquées dans le tableau 1 , sous agitation et sous azote, en veillant à ce que la température de réaction T2 ne dépasse pas 80°C. Le mélange polyuréthane à terminaisons NCO (PP1 ) - 2-hydroxypropyl-2- oxo-1 ,3-dioxolane-4-carboxylate est maintenu sous agitation constante à 80 °C, sous azote, jusqu'à disparition complète des fonctions NCO visibles en Infra-Rouge (IR) (environ 2250 cm- 1)·
Exemple 4 : synthèse de polyuréthane (PP2) (composant A) en une étape E2)
Dans un réacteur placé sous atmosphère d’azote, on chauffe le diisocyanate (composé (PP1 ) = dérivé de formule (lia)) à 50°C puis on introduit le 2-hydroxypropyl -2-oxo-1 ,3- dioxolane-4-carboxylate dans les proportions indiquées dans le tableau 1 . Le mélange est ensuite porté à 80°C et le catalyseur est ajouté. Ce mélange est maintenu sous agitation constante à 80°C, sous azote, jusqu'à disparition complète des fonctions NCO visibles en Infra-Rouge (IR) (environ 2250 cm-1).
Mesure de viscosité :
La viscosité du composant (A) obtenu est mesurée 24 heures après la fin de réaction (J+1 ) à 23°C et 60°C et exprimée en Pascal seconde (Pa.s). L’ensemble des valeurs mesurées pour les exemples 1 à 4 sont regroupés dans le tableau 2 suivant.
La mesure de viscosité à 23°C se fait à l’aide d’un viscosimètre Brookfield RVT, avec une aiguille adaptée au domaine de viscosité et à une vitesse de rotation de 20 tours par minute (tr/mn).
La mesure de viscosité à 60°C se fait à l’aide d’un viscosimètre Brookfield RVT couplé avec un module chauffant de type Thermosel de la marque Brookfield, avec un mobile adapté au domaine de viscosité et à une vitesse de rotation de 20 tours par minute.
Tableau 2
La teneur en fonctions T dans le polyuréthane (PP2) (notée tcc (PP2)) (exprimée en méq/g de polyuréthane (PP2)) est calculée de manière bien connue de l’homme du métier à partir de la quantité molaire de 2-hydroxypropyl-2-oxo-1 ,3-dioxolane-4-carboxylate introduit. En exprimant le nombre de mole(s) de 2-hydroxypropyl-2-oxo-1 ,3-dioxolane-4-carboxylate introduit en fonction de l’indice hydroxyle (mg KOH/g) de ce dernier et de la masse molaire de KOH égale à 56,11 g/mol, on peut écrire :
où :
IOH (2-hydroxypropyl-2-oxo-1 ,3-dioxolane-4-carboxylate) correspond à l’indice d’hydroxyle du 2-hydroxypropyl-2-oxo-1 ,3-dioxolane-4-carboxylate,
m3 (2-hydroxypropyl-2-oxo-1 ,3-dioxolane-4-carboxylate) correspond à la masse de 2-hydroxypropyl-2-oxo-1 ,3-dioxolane-4-carboxylate introduit,
m (PP2) correspond à la masse de polyuréthane (PP2), soit à la masse totale des ingrédients utilisés pour la synthèse du polyuréthane (PP2) (PPG diol ou triol, diisocyanate, catalyseur de réaction).
B - Préparation des compositions adhésives par mélange des composants (A) et (B) Les compositions adhésives 1’ à 8’ sont préparées par mélangeage des différents ingrédients indiqués dans le tableau 3 suivant, en suivant le mode opératoire décrit ci-après. Les quantités indiquées dans le tableau 3 sont exprimées en grammes.
Tableau 3
Dans le tableau 3, on utilise :
- la tris(2-aminoéthyl)amine (TAEA) d’alcalinité primaire = 20,52 méq/g de TAEA,
- l’hexaméthylène diamine (HMDA) d’alcalinité primaire = 17,21 méq/g de HMDA,
- l’amine grasse dimère commercialisée sous le nom PRIAMINE® 1071 par la société CRODA, d’alcalinité primaire = 3,65 méq/g de Priamine,
- le carbonate de calcium de taille de particule maximale = 100 mm.
Le rapport molaire r3 est calculé de manière bien connue par l’homme du métier à partir des quantités molaires en 2-hydroxypropyl-2-oxo-1 ,3-dioxolane-4-carboxylate et en composé(s) aminé(s) possédant au moins deux groupes amines primaires (-NH2). En exprimant le nombre de mole(s) de 2-hydroxypropyl-2-oxo-1 ,3-dioxolane-4-carboxylate en fonction de la teneur en fonctions T dans le polyuréthane (PP2) précédemment calculée ; et le nombre de mole(s) de composé(s) aminé(s) utilisé(s) en fonction de l’alcalinité primaire (méq/g) de ce dernier, on peut écrire :
où :
tcc est la teneur calculée en fonctions T dans le polyuréthane (PP2) (méq/g) comme définie précédemment,
m (PP2) correspond à la masse de polyuréthane (PP2) comme définie précédemment,
APk est l’alcalinité primaire de chaque composé aminé,
Sk[mk (composé aminé)x APk (composé aminé)] correspond pour k=1 au produit de la masse du composé aminé utilisé par l’alcalinité primaire dudit composé aminé, et pour k>1 à la somme des produits de la masse de chaque composé aminé utilisé par leur alcalinité primaire respective,
k est un nombre entier supérieur ou égal à 1 .
Dans un réacteur en polypropylène placé sous atmosphère d’azote, on chauffe le composant (A) entre 65 et 80°C puis on ajoute le composant (B) constitué du (ou des) composé(s) aminé(s) (B1 ) et éventuellement de charge, sous agitation. Le mélange est effectué à chaud à la température T3 comprise entre indiquée et est maintenu sous agitation constante pendant 2 minutes sous vide (pour débullage).
Puis, on laisse agiter le mélange jusqu’à disparition complète des fonctions T visibles en Infra-Rouge (signal à 1800 cm-1).
Mesure des performances mécaniques : résistance et allongement à la rupture des compositions selon l’invention à l’état réticulé Une fois réticulée, on mesure la résistance et de l’allongement à la rupture par essai de traction de la composition adhésive selon le protocole décrit ci-après.
Le principe de la mesure consiste à étirer dans une machine de traction, dont la mâchoire mobile se déplace à une vitesse constante égale à 100 mm/minute, une éprouvette standard constituée de la composition adhésive réticulée ; et à enregistrer, au moment où se produit la rupture de l’éprouvette, la contrainte de traction appliquée (en MPa) ainsi que l’allongement de l’éprouvette (en %).
L’éprouvette standard est en forme d’haltère, comme illustré dans la norme internationale ISO 37. La partie étroite de l’haltère utilisée a pour longueur 20 mm, pour largeur 4 mm et pour épaisseur 500 mm.
Pour préparer l’haltère, on chauffe à 95°C la composition conditionnée comme décrit précédemment, puis on extrude sur une feuille A4 de papier siliconé la quantité nécessaire pour former sur celle-ci un film ayant une épaisseur de 500 mm qui est laissé durant 7 jours à 23°C et 50% d’humidité relative pour réticulation. L’haltère est alors obtenue par simple découpe dans le film réticulé à l’aide d’un emporte-pièce.
Le test de résistance à la traction est répété deux fois et donne les mêmes résultats. La contrainte à la traction appliquée enregistrée est exprimée en Mégapascal (MPa, soit 106 Pa) et l’allongement à la rupture en % par rapport à la longueur initiale de l’éprouvette. Les valeurs sont regroupées dans le tableau 4 ci-dessous.
Tableau 4
Pouvoir adhésif : Mesure de la force de cisaillement sous contrainte (en anglais Lap Shear)
Les compositions adhésives 1’, 2’, 4’, 5’ et 8’ selon l’invention ont été soumises par ailleurs à des tests de collage de deux lamelles en aluminium poudré (chacune de taille 100 mm x 25 mm) préalablement nettoyée avec un solvant (isopropanol). On applique la composition adhésive sur une des surfaces des lamelles à l’aide d’une spatule, dans un espace délimité par une fenêtre de 12,5 mm x 25 mm en téflon. On appose par-dessus la surface enduite de colle l’autre lamelle, en pressant les deux lamelles l’une contre l’autre. Après réticulation de sept jours à 23°C et 50% d’humidité relative, on mesure la force de cisaillement à la rupture ainsi que le faciès de rupture. Tableau 5
On note « RC » pour rupture cohésive, signifiant que l’on observe qu’une partie du joint adhésif est collé sur les deux faces des lamelles contrecollées.
Ainsi, les compositions adhésives selon l’invention, peuvent être formulées aisément, à l’aide d’un procédé de préparation peu coûteux en énergie et respectueux de l’homme et de son environnement, ne mettant pas en oeuvre de solvant, ni de plastifiant.
En outre, les compositions adhésives selon l’invention ainsi obtenues conduisent à des adhésifs performants en termes de propriétés mécaniques et/ou de force d’adhésion, adaptés à un large panel d’applications.

Claims

REVENDICATIONS
1. Polyuréthane (PP2) comprenant au moins deux, de préférence deux ou trois, fonctions terminales T de formule (I) suivante :
dans laquelle R1 et R2, identiques ou différents, représentent chacun :
- un atome d’hydrogène,
- un groupe alkyle linéaire ou ramifié, saturé ou insaturé, ledit groupe alkyle étant de préférence un groupe alkyle en C1-C22, préférentiellement en C1-C12,
- un groupe (hétéro)aryle en C6-C12,
- un groupe cycloalkyle saturé ou instauré en C3-C8, préférentiellement en C5-C6, ou
un groupe alkylaryle dans lequel le groupe alkyle, linéaire ou ramifié, comprend de 1 à 22 atomes de carbone;
lesdits groupes alkyles ou cycloalkyles comprenant éventuellement un ou plusieurs hétéroatomes, de préférence oxygène ou souffre.
2. Polyuréthane selon la revendication 1 , comprenant en outre au l’un des radicaux divalents R3 suivants :
a) radical divalent -(CH2)5- dérivé du pentaméthylène diisocyanate (PDI),
b) radical divalent -(CH2)6 -dérivé de l’hexaméthylène diisocyanate (HDI),
c) le radical divalent dérivé de l’isophorone (IPDI) :
d) le radical divalent dérivé des 2,4-toluène diisocyanate et 2,2’-toluène diisocyanate
(TDI), e) le radical divalent dérivé des 4,4’-méthylène diphényl diisocyanate et 4,4’-méthylène diphényl diisocyanate (MDI),
f) le radical divalent dérivé du para-xylylène diisocyanate, méta-xylylène diisocyanate et ortho-xylylène diisocyanate (XDI),
g) le radical divalent dérivé du 1 ,2-bis(isocyanatométhyl)cyclohexane, 1 ,3- bis(isocyanatométhyl)cyclohexane et 1 ,4-bis(isocyanatométhyl)cyclohexane (H6XDI) :
h) les radicaux divalents dérivés des 2,4’- méthylène dicyclohexyl diisocyanate et 4,4'- méthylène dicyclohexyl diisocyanate (H12MDI) :
ou i) le radical divalent de formule (II) suivante :
dans laquelle :
- p est un nombre entier allant de 1 à 2 ;
- q est un nombre entier allant de 0 à 9 ;
- r est un nombre entier valant 5 ou 6 ;
- R représente une chaîne hydrocarbonée, saturée ou insaturée, cyclique ou acyclique, linéaire ou ramifiée, comprenant de 1 à 20 atomes de carbone ; et
- R’ représente un groupe divalent hydrocarboné, linéaire ou ramifié, saturé, ayant de 2 à 4 atomes de carbone.
3. Polyuréthane selon l’une quelconque des revendications 1 ou 2, ayant la formule (III) suivante
dans laquelle :
- R1 et R2 sont tels que définis dans la revendication 1 , R1 étant de préférence un atome d’hydrogène et R2 étant de préférence un atome d’hydrogène, un méthyle ou un éthyle ;
- P représente l’une des deux formules ci-dessous :
dans lesquelles D et T représentent, indépendamment l’un de l’autre, un radical hydrocarboné comprenant de 2 à 66 atomes de carbone, linéaire ou ramifié, cyclique, alicyclique ou aromatique, saturé ou insaturé, comprenant éventuellement un ou plusieurs hétéroatomes ;
- P’ et P” étant, indépendamment l’un de l’autre, un radical divalent issu d’un polyol de préférence choisi parmi les polyéther polyols, les polydiène polyols, les polyester polyols, les polycarbonate polyols ;
- R3 étant tel que défini dans la revendication 2;
- m et f sont des nombres entiers tel que la masse moléculaire moyenne du polyuréthane va de 600 à 100 000 g/mol ;
- f est égal à 2 ou 3.
4. Polyuréthane selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu’il est obtenu par réaction d’un composé comprenant au moins deux groupes NCO (PP1 ) et d’au moins un composé de formule (IV) suivante :
dans laquelle R1 et R2, identiques ou différents, représentent chacun :
- un atome d’hydrogène,
- un groupe alkyle linéaire ou ramifié, saturé ou insaturé, ledit groupe alkyle étant de préférence un groupe alkyle en C1 -C22, préférentiellement en C1 -C12,
- un groupe (hétéro)aryle en C6-C12,
- un groupe cycloalkyle saturé ou instauré en C3-C8, préférentiellement en C5-C6, ou
- un groupe alkylaryle dans lequel le groupe alkyle, linéaire ou ramifié, comprend de 1 à 22 atomes de carbone;
lesdits groupes alkyles ou cycloalkyles comprenant éventuellement un ou plusieurs hétéroatomes, de préférence oxygène ou souffre.
5. Procédé de préparation d’un polyuréthane (PP2) tel que défini selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, comprenant la réaction d’au moins un composé comprenant au moins deux groupes NCO (PP1 ) et d’au moins un composé de formule (IV) telle que définie dans la revendication 4, ledit composé (PP1 ) étant choisi :
- parmi les dérivés d’allophanate d’hexaméthylène diisocyanate (HDI) de formule (MA) suivante :
dans laquelle :
- p est un nombre entier allant de 1 à 2 ;
- q est un nombre entier allant de 0 à 9 ;
- r est un nombre entier égal à 5 ou 6 ; - R représente une chaîne hydrocarbonée, saturée ou insaturée, cyclique ou acyclique, linéaire ou ramifiée, comprenant de 1 à 20 atomes de carbone ;
- R représente un groupe divalent hydrocarboné, linéaire ou ramifié, saturé, ayant de 2 à 4 atomes de carbone ;
ou
- parmi les polyuréthanes à terminaisons NCO obtenus par une réaction de polyaddition (notée E1 ) :
(i) d’au moins un polyisocyanate choisi de préférence parmi les diisocyanates, et en particulier parmi les diisocyanates suivants:
a1 ) le pentaméthylène diisocyanate (PDI),
a2) l’hexaméthylène diisocyanate (HDI),
a3) l’isophorone diisocyanate (IPDI),
a4) le 2,4-toluène diisocyanate (2,4-TDI),
a5) le 2,4’-diisocyanate de diphénylméthane (2,4’-MDI),
a6) le méta-xylylène diisocyanate (m-XDI),
a7) le 1 ,3-Bis(isocyanatomethyl)cyclohexane (m-H6XDI),
a8) le 2,4’- méthylène dicyclohexyl diisocyanate et/ou le 4,4'-méthylene dicyclohexyl diisocyanate (H12MDI) :
a9) les dérivés d’allophanate d’hexaméthylène diisocyanate (HDI) de formule (MA); a10) et leurs mélanges ;
(ii) avec au moins un polyol de préférence choisi parmi les polyéther polyols, les polyester polyols, les polydiène polyols, les polycarbonate polyols, et leurs mélanges, dans des quantités de polyisocyanate(s) et de polyol(s) conduisant à un rapport molaire NCO/OH, noté r1, strictement supérieur à 1 , de préférence allant de 1 ,6 à 1 ,9, préférentiellement allant de 1 ,65 à 1 ,85.
6. Procédé de préparation selon la revendication 5, caractérisé en ce que le composé (PP1 ) est choisi parmi :
- les dérivés d’allophanate d’hexaméthylène diisocyanate (HDI) de formule (I IA) susmentionnée ; ou
- les polyuréthanes à terminaisons NCO obtenus par une réaction de polyaddition (notée E1 ) d’au moins le 2,4-toluène diisocyanate (2,4-TDI) avec au moins un polyol.
7. Procédé de préparation selon l’une quelconque des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce qu’il ne comprend pas d’étape consistant à ajouter un ou plusieurs solvant(s) et/ou plastifiant(s).
8. Procédé de préparation selon l’une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que le polyol est choisi parmi :
- les polyéther polyols choisis parmi les polyoxyalkylène polyols, dont la partie alkylène, linéaire ou ramifiée, comprend de 1 à 4 atomes de carbone,
- les polybutadiènes comportant des groupes hydroxyles terminaux éventuellement hydrogénés ou époxydés, et
- leurs mélanges.
9. Procédé de préparation selon l’une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que le(s) polyol(s) est(sont) choisi(s) parmi ceux ayant une masse moléculaire moyenne en nombre allant de 200 à 20 000 g/mol.
10. Système multicomposant comprenant :
- comme premier composant (composant A), une composition comprenant au moins un polyuréthane (PP2) tel que défini selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, et
- comme deuxième composant (composant B), une composition comprenant au moins un composé aminé (B1 ) comprenant au moins deux groupes amine choisis parmi les groupes amine primaire, les groupes amine secondaire et leurs mélanges, de préférence comprenant au moins deux groupes amine primaire.
1 1 . Système multicomposant selon la revendication 10, caractérisé en ce que le(s)dit(s) composé(s) aminé(s) (B1 ) possède(nt) une alcalinité primaire allant de 0,4 à 34 méq/g de composé aminé.
12. Système multicomposant selon l’une quelconque des revendications 10 ou 1 1 , caractérisé en ce que le(s) composé(s) aminé(s) (B1 ) comprennent au moins deux groupes méthylène amine (-CH2-NH2).
13. Système multicomposant selon l’une quelconque des revendications 10 à 12, caractérisé en ce que les quantités de polyuréthane(s) (PP2) et de composé(s) aminé(s) (B1 ) présents dans le système multicomposant conduisent à un rapport molaire du nombre de fonctions T de formule (I) sur le nombre de groupes amine primaire et/ou secondaire noté allant de 0,5 à 1 .
14. Système multicomposant selon l’une quelconque des revendications 10 à 13, caractérisé en ce qu’il comprend au moins une charge minérale.
15. Procédé d’assemblage de matériaux mettant en oeuvre le polyuréthane (PP2) tel que défini à l’une quelconque des revendications 1 à 4, comprenant les étapes suivantes :
- le mélange d’au moins un e polyuréthane (PP2) tel que défini à l’une quelconque des revendications 1 à 4, et d’au moins un composé aminé (B1 ) comprenant au moins deux groupes amine choisis parmi les groupes amine primaire, les groupes amine secondaire et leurs mélanges, de préférence comprenant au moins deux groupes amine primaire ;
- l’enduction dudit mélange sur la surface d’un premier matériau, puis
- le contrecollage de la surface d’un second matériau sur ladite surface enduite, puis
- la réticulation dudit mélange.
16. Utilisation d’un polyuréthane comprenant au moins deux fonctions terminales T de formule (I) (PP2) tel que défini selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, pour la fabrication d’une composition adhésive.
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