FR2804440A1 - LATEX FLUORINATED IN MINIDISPERSION IN WATER WITHOUT SURFACTANT OR ORGANIC SOLVENT - Google Patents
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Abstract
L'invention décrit les dispersions aqueuses de polymères fluorés et/ou hydrocarbonés stabilisées par un tensioactif macromoléculaire à base d'un polymère hydrophile ayant une séquence fluorée. Les dispersions de l'invention ne contiennent ni tensioactif micromoléculaire ni solvant organique.L'invention décrit aussi les applications de telles dispersions dans le traitement hydrophobe et oléophobe de surfaces.The invention describes aqueous dispersions of fluorinated and / or hydrocarbon-based polymers stabilized by a macromolecular surfactant based on a hydrophilic polymer having a fluorinated block. The dispersions of the invention do not contain any micromolecular surfactant or organic solvent. The invention also describes the applications of such dispersions in the hydrophobic and oleophobic treatment of surfaces.
Description
LATEX FLUORES EN MINIDISPERSION DANS L'EAULATEX FLUORES IN MINIDISPERSION IN WATER
SANS TENSIOACTIF NI SOLVANT ORGANIQUE. WITHOUT SURFACTANT OR ORGANIC SOLVENT.
L'invention se rapporte au domaine des dispersions aqueuses de polymères fluorés et/ou hydrocarbonés. Elle concerne en particulier les dispersions de polymères fluorés et/ou hydrocarbonés stabilisées par un tensioactif macromoléculaire et ne contenant ni solvant organique, ni tensioactif micromoléculaire. Elle concerne aussi le mode de synthèse de telles dispersions ainsi que leurs utilisations dans le traitement hydrophobe et oléophobe de The invention relates to the field of aqueous dispersions of fluorinated and / or hydrocarbon polymers. It relates in particular to dispersions of fluorinated and / or hydrocarbon polymers stabilized by a macromolecular surfactant and containing neither organic solvent nor micromolecular surfactant. It also relates to the mode of synthesis of such dispersions as well as their uses in the hydrophobic and oleophobic treatment of
surfaces.surfaces.
Les polymères fluorés sont utilisés dans diverses industries, notamment pour le traitement hydrophobe et oléophobe de différents substrats tels que textiles, cuirs, papiers. Ces polymères fluorés sont généralement préparés par polymérisation dans un solvant organique ou selon la technique de polymérisation en émulsion aqueuse. Pour des raisons de contraintes en matière d'environnement, ils sont généralement préparés par polymérisation en émulsion aqueuse. La polymérisation dans l'eau de monomères fluorés ou/et hydrocarbonés peu solubles dans l'eau nécessite en général des quantités importantes de tensioactifs de différentes sortes pour stabiliser les particules fluorées au cours de la polymérisation et également lors du stockage. Or la présence des tensioactifs dans les revêtements en particulier pour le traitement oléophobe et hydrophobe des surfaces, peut présenter des inconvénients au niveau de l'application. Il est donc souhaitable de pouvoir réaliser des revêtements ne contenant que des Fluoropolymers are used in various industries, in particular for the hydrophobic and oleophobic treatment of different substrates such as textiles, leathers, papers. These fluoropolymers are generally prepared by polymerization in an organic solvent or according to the aqueous emulsion polymerization technique. For reasons of environmental constraints, they are generally prepared by polymerization in aqueous emulsion. The polymerization in water of fluorinated monomers and / or hydrocarbons poorly soluble in water generally requires large amounts of surfactants of different kinds to stabilize the fluorinated particles during the polymerization and also during storage. However, the presence of surfactants in coatings, in particular for the oleophobic and hydrophobic treatment of surfaces, can have drawbacks at the application level. It is therefore desirable to be able to produce coatings containing only
molécules de poids moléculaire élevé. high molecular weight molecules.
Par ailleurs la polymérisation de monomères fluorés et/ou hydrocarbonés très peu solubles dans l'eau nécessite généralement l'utilisation d'un cosolvant qu'il faut éliminer en fin de polymérisation par distillation pour avoir des produits Furthermore, the polymerization of fluorinated and / or hydrocarbon monomers very poorly soluble in water generally requires the use of a cosolvent which must be removed at the end of polymerization by distillation in order to have products.
exempts de composés organiques volatils et sans point éclair. free of volatile organic compounds and without flash point.
Le problème restant à résoudre est la préparation d'une dispersion de polymères fluorés ne contenant ni solvant organique ni tensioactif micromoléculaire. -2- Les tensioactifs micromoléculaires et macromoléculaires tels que les polymères linéaires sont couramment utilisés dans l'industrie comme agents de stabilisation pour la synthèse de polymères en émulsion, en suspension ou en dispersion. L'utilisation de copolymères diblocs ou triblocs s'est également s developpée ces dernières années comme décrit dans WO 9727222 et DE The remaining problem to be solved is the preparation of a dispersion of fluoropolymers containing neither organic solvent nor micromolecular surfactant. -2- Micromolecular and macromolecular surfactants such as linear polymers are commonly used in industry as stabilizers for the synthesis of polymers in emulsion, suspension or dispersion. The use of diblock or triblock copolymers has also developed in recent years as described in WO 9727222 and DE
19704714.19704714.
Par contre, I'utilisation de polymères à chaînes pendantes pour la stabilisation et la polymérisation d'émulsion huile dans l'eau est plus récente. Les exemples connus se limitent au cas o le polymère est greffé avec des chaînes hydrocarbonées et est utilisé, par exemple, pour stabiliser des émulsions de On the other hand, the use of polymers with pendant chains for the stabilization and polymerization of oil-in-water emulsion is more recent. The known examples are limited to the case where the polymer is grafted with hydrocarbon chains and is used, for example, to stabilize emulsions of
dodécane dans l'eau ou polymériser du styrène. dodecane in water or polymerize styrene.
Selon l'invention par composé hydrocarboné on entend tout composé ayant un paramètre de solubilité inférieur à 20 MPa ' La demanderesse a trouvé que les polymères hydrophiles ayant une séquence fluorée peuvent être utilisés comme tensioactif macromoléculaire dans According to the invention, the term “hydrocarbon compound” means any compound having a solubility parameter of less than 20 MPa. The Applicant has found that hydrophilic polymers having a fluorinated sequence can be used as a macromolecular surfactant in
la préparation des dispersions aqueuses de polymères fluorés et/ou hydrocarbonés. the preparation of aqueous dispersions of fluorinated and / or hydrocarbon polymers.
En effet la demanderesse a trouvé qu'il est possible de stabiliser une dispersion fine de monomères fluorés et/ou hydrocarbonés par un polymère hydrophile ayant une séquence fluorée, de polymériser lesdits monomères et de conserver stable la dispersion ainsi obtenue. Ceci permet l'obtention d'une dispersion aqueuse de polymères fluorés et/ou hydrocarbonés ne contenant ni Indeed, the Applicant has found that it is possible to stabilize a fine dispersion of fluorinated and / or hydrocarbon-based monomers with a hydrophilic polymer having a fluorinated block, to polymerize said monomers and to keep the dispersion thus obtained stable. This allows an aqueous dispersion of fluorinated and / or hydrocarbon polymers containing neither
solvant organique ni tensioactif micromoléculaire. organic solvent and micromolecular surfactant.
En effet, les polymères hydrophiles porteurs de chaînes fluorées ont tendance à former des agrégats en solution aqueuse. Le coeur hydrophobe de ces agrégats constitue un environnement favorable pour solubiliser des monomères fluorés. L'introduction ultérieure d'un amorceur dans le milieu réactionnel ainsi constitué permet d'obtenir des latex ne contenant que des polymères et donc exempts de tensioactif. Ce type de polymérisation qui s'apparente plus à une polymérisation en minidispersion qu'en émulsion classique présente les avantages suivants pour les latex fluorés -3 - réduire, voire éliminer les phénomènes de migration des tensioactifs dans les revêtements et les effets néfastes qu'ils peuvent induire sur ses propriétés; -améliorer la stabilité du latex tant lors de la polymérisation que du stockage en apportant un effet de protection stérique, augmenter de la même façon sa tolérance vis-à-vis d'agents chimiques (ex: sels) et au cisaillement; -favoriser l'adsorption du latex sur les substrats que l'on veut traiter en In fact, hydrophilic polymers carrying fluorinated chains tend to form aggregates in aqueous solution. The hydrophobic core of these aggregates constitutes a favorable environment for solubilizing fluorinated monomers. The subsequent introduction of an initiator into the reaction medium thus formed makes it possible to obtain latexes containing only polymers and therefore free of surfactant. This type of polymerization which is more akin to a polymerization in minidispersion than in conventional emulsion has the following advantages for fluorinated latexes -3 - reduce, even eliminate the phenomena of migration of surfactants in coatings and the harmful effects they can induce on its properties; -improve the stability of the latex both during polymerization and during storage by providing a steric protective effect, in the same way increasing its tolerance with respect to chemical agents (eg salts) and to shearing; favor the adsorption of the latex on the substrates which one wishes to treat in
adaptant la nature des monomères constituant le polymère hydrophile. adapting the nature of the monomers constituting the hydrophilic polymer.
o10 De plus, on s'attend à obtenir des latex stables à des concentrations en polymères hydrophiles fluorés très faibles car la concentration critique d'agrégation de tels polymères est en général faible. De ce fait, les concentrations en polymère nécessaires seront a priori très inférieures à celles actuellement o10 In addition, it is expected to obtain stable latexes at very low hydrophilic fluoropolymer concentrations because the critical aggregation concentration of such polymers is generally low. As a result, the polymer concentrations required will a priori be much lower than those currently
utilisées avec les tensioactifs.used with surfactants.
Enfin, les agrégats de polymères hydrophiles fluorés constituant un milieu favorable à la solubilisation des monomères fluorés, on espère réduire, voire éliminer, I'utilisation des cosolvants, d'o un gain de production important si on élimine l'étape finale habituelle de distillation du solvant après la polymérisation Finally, the aggregates of hydrophilic fluoropolymers constituting a medium favorable to the solubilization of fluorinated monomers, it is hoped to reduce or even eliminate the use of cosolvents, resulting in a significant gain in production if the usual final distillation step is eliminated. solvent after polymerization
et l'obtention directe de produits sans composé organique volatil. and the direct production of products without volatile organic compound.
Un des objets de l'invention est une dispersion aqueuse de polymères fluorés et/ou hydrocarbonés contenant: - de 5 à 50% en poids d'au moins un polymère (A) choisi parmi les polymères fluorés et/ou hydrocarbonés, et de 1 à 15% en poids par rapport au poids total des polymères d'au One of the objects of the invention is an aqueous dispersion of fluorinated and / or hydrocarbon polymers containing: - from 5 to 50% by weight of at least one polymer (A) chosen from fluorinated and / or hydrocarbon polymers, and 1 at 15% by weight relative to the total weight of the polymers of
moins un polymère hydrophile (B) ayant une séquence fluorée. minus one hydrophilic polymer (B) having a fluorinated block.
Le polymère B étant le seul tensioactif de la dispersion. Polymer B is the only surfactant in the dispersion.
La dispersion de l'invention contient en outre moins de 1% en poids de The dispersion of the invention also contains less than 1% by weight of
solvant organique.organic solvent.
Le polymère (A) selon l'invention est synthétisé à partir de a) 0 à 100% en poids d'un (ou plusieurs) composés (A1) possédant une liaison éthylènique polymérisable comportant un groupe perfluoroalkyle en C2 à C20 -4 - b) 0 à 100% en poids d'un monomère acrylique ou méthacrylique (A2) à chaînes latérales alkyle ou alkoxyalkyle de formule: R3-(R20)m(C(O)CH2)p-OOC-C(Rl) = CH2 (1) o R. représente un atome d'hydrogène ou un radical méthyle, R2 est un groupe alkylène de longueur C1 à C6, chaque R2 peut-être différent des autres R3 est un groupement alkyle de longueur C1 à C24 ou un groupement cycloalkyle de longueur C6à C24, m est un nombre entier compris entre 0 et 10 The polymer (A) according to the invention is synthesized from a) 0 to 100% by weight of one (or more) compounds (A1) having a polymerizable ethylene bond comprising a perfluoroalkyl group C2 to C20 -4 - b ) 0 to 100% by weight of an acrylic or methacrylic monomer (A2) with alkyl or alkoxyalkyl side chains of formula: R3- (R20) m (C (O) CH2) p-OOC-C (Rl) = CH2 ( 1) o R. represents a hydrogen atom or a methyl radical, R2 is an alkylene group of length C1 to C6, each R2 may be different from the other R3 is an alkyl group of length C1 to C24 or a cycloalkyl group of length C6 to C24, m is an integer between 0 and 10
et p est zéro ou un.and p is zero or one.
c) 0 à 20 % en poids d'au moins un monomère polaire (A3) d) 0 à 30% en poids d'un ou plusieurs monomères (A4) de structure c) 0 to 20% by weight of at least one polar monomer (A3) d) 0 to 30% by weight of one or more structural monomers (A4)
différente des précédents.different from the previous ones.
Des exemples de la structure des monomères (A1) peuvent être, de manière non limitative, les suivants R' I Examples of the structure of the monomers (A1) may be, without limitation, the following R 'I
( 1) RFSO2-N - R" - OCOCR"' = CH2(1) RFSO2-N - R "- OCOCR" '= CH2
R' IR 'I
( 2) RFR4SO2- N -R" - OCOCR"' = CH2(2) RFR4SO2- N -R "- OCOCR" '= CH2
(3) RF-(CH2)qOCOCR' = CH2 o RF représente une chaîne perfluorée droite ou ramifiée, contenant de 2 à 20 atomes de carbone, de préférence de 8 à 14 atomes de carbone, R4 représente un radical alkyle comportant de 1 à 4 carbones, R' est un atome d'hydrogène ou un groupe alkyle contenant de 1 à 10 atomes de carbone, R" est un groupe alkylène contenant de 1 à 10 atomes de carbone, R"' est un atome d'hydrogène ou un -5- groupe méthyle, q est un nombre entier compris entre 1 et 11. Les monomères du type (A1) dont la structure ne se différencie que par la longueur de la chaîne (3) RF- (CH2) qOCOCR '= CH2 o RF represents a straight or branched perfluorinated chain, containing from 2 to 20 carbon atoms, preferably from 8 to 14 carbon atoms, R4 represents an alkyl radical comprising from 1 to 4 carbons, R 'is a hydrogen atom or an alkyl group containing from 1 to 10 carbon atoms, R "is an alkylene group containing from 1 to 10 carbon atoms, R"' is a hydrogen atom or a -5- methyl group, q is an integer between 1 and 11. Monomers of type (A1) whose structure is differentiated only by the length of the chain
perfluorée RF peuvent être incorporés en mélange dans le copolymère. perfluorinated RF can be incorporated as a mixture in the copolymer.
Les monomères (Al) préférés de l'invention sont l'acrylate ou le méthacrylate de 2-(perfluorooctyl)éthyle et les mélanges d'acrylates ou de méthacrylates de 2-(perfluoroalkyl)éthyle comportant une chaîne perfluoroalkyle The preferred monomers (A1) of the invention are 2- (perfluorooctyl) ethyl acrylate or methacrylate and mixtures of 2- (perfluoroalkyl) ethyl acrylates or methacrylates comprising a perfluoroalkyl chain
en Csà C13.in Csà C13.
Dans le cas des monomères de type (A2), R3 peut être linéaire, branché In the case of monomers of type (A2), R3 can be linear, connected
ou cyclique; R2 est une chaîne linéaire ou branchée et préférentiellement est - or cyclical; R2 is a linear or branched chain and preferably is -
C2H4-; de manière préférée, m est égal à 0 ou 1 et p est égal à zéro. Des monomères représentatifs de la formule (I) sont, par exemple, le méthacrylate de butyle, le méthacrylate d'éthyl-2-hexyle, les acrylates et méthacrylates de stéaryle C2H4-; preferably, m is 0 or 1 and p is zero. Representative monomers of formula (I) are, for example, butyl methacrylate, ethyl-2-hexyl methacrylate, stearyl acrylates and methacrylates
et de béhényle, I'acrylate et le méthacrylate d'éthoxyéthyle. and behenyl, acrylate and ethoxyethyl methacrylate.
Les monomères (A2) préférés de l'invention sont l'acrylate ou le The preferred monomers (A2) of the invention are acrylate or
méthacrylate de stéaryle et l'acrylate de béhényle. stearyl methacrylate and behenyl acrylate.
Les monomères polaires du type (A3) peuvent être non ioniques ou ioniques. Comme exemples non limitatifs de monomères non ioniques, on peut citer: la N-vinyl pyrrolidone-2 et ses dérivés, I'acrylamide et le méthacrylamide et leurs dérivés, les acrylates ou méthacrylates de polyéthylèneglycol ou d'éthylèneglycol. Comme exemples de monomères ioniques ou ionisables par variation du pH, on peut citer: L'acide acrylique et l'acide méthacrylique et leurs sels de métaux alcalins ou d'ions ammonium quaternaires, les monomères sulfonés comme par exemple The polar monomers of type (A3) can be nonionic or ionic. As nonlimiting examples of nonionic monomers, mention may be made of: N-vinyl pyrrolidone-2 and its derivatives, acrylamide and methacrylamide and their derivatives, polyethylene glycol or ethylene glycol acrylates or methacrylates. As examples of ionic or ionizable monomers by variation of the pH, one can quote: Acrylic acid and methacrylic acid and their salts of alkali metals or of quaternary ammonium ions, sulfonated monomers like for example
le vinyl sulfonate de sodium, le styrène sulfonate de sodium et l'acide 2- sodium vinyl sulfonate, sodium styrene sulfonate and 2- acid
acrylamido-2-méthyl-sulfonique, les halogénures de vinylpyridinium, les acrylates et méthacrylates des aminoalcools répondant aux formules suivantes acrylamido-2-methyl-sulfonic, vinylpyridinium halides, acrylates and methacrylates of amino alcohols corresponding to the following formulas
HO-Y-NRsR6 ou HO-Y-N+RsR6R7, A-HO-Y-NRsR6 or HO-Y-N + RsR6R7, A-
Dans lesquelles les symboles Rs, R6, R7, identiques ou différents, représentent chacun un radical alkyle ou hydroxyalkyle contenant de 1 à 4 -6- carbones, Y représente un radical alkylène ou hydroxyalkylène contenant de 1 à 4 In which the symbols Rs, R6, R7, identical or different, each represent an alkyl or hydroxyalkyl radical containing from 1 to 4 -6-carbons, Y represents an alkylene or hydroxyalkylene radical containing from 1 to 4
carbones et A- est un anion monovalent quelconque. carbons and A- is any monovalent anion.
Les monomères comportant des motifs réactifs capables de conduire à des réactions chimiques entre eux-mêmes ou avec d'autres groupements chimiques présents au cours de l'application (sur le substrat traité par exemple) sont également des monomères polaires rentrant dans les monomères de type (A3). En particulier, les monomères qui peuvent être couramment utilisés comportent un groupement hydroxyle (N- méthylolacrylamide ou N-méthylolméthacrylamide), ou un groupement époxy, ou un groupement tri ou di alkoxysilane, ou un groupement isocyanate éventuellement bloqué. De tels monomères peuvent être The monomers comprising reactive units capable of leading to chemical reactions between themselves or with other chemical groups present during the application (on the treated substrate for example) are also polar monomers included in the type monomers (A3). In particular, the monomers which can be commonly used comprise a hydroxyl group (N-methylolacrylamide or N-methylolmethacrylamide), or an epoxy group, or a tri or di alkoxysilane group, or an optionally blocked isocyanate group. Such monomers can be
utilisés en combinaison.used in combination.
Comme monomères de type (A4), on peut citer, par exemple, les halogénures de vinyle ou de vinylidène tels que: chlorure de vinyle, ou vinylidène, fluorure de vinyle ou de vinylidène, les esters vinyliques tels que As monomers of type (A4), there may be mentioned, for example, vinyl or vinylidene halides such as: vinyl chloride, or vinylidene, vinyl fluoride or vinylidene, vinyl esters such as
I'acétate de vinyle, le propionate de vinyle, le méthacrylate de trifluoro 2,2,2- Vinyl acetate, vinyl propionate, trifluoro methacrylate 2,2,2-
éthyle, I'acrylate et le méthacrylate d'isobornyle, I'acrylonitrile, le styrène et ses ethyl, isobornyl acrylate and methacrylate, acrylonitrile, styrene and its
dérivés, le butadiène, le chloroprène, le fluoroprène, I'isoprène et leurs mélanges. derivatives, butadiene, chloroprene, fluoroprene, isoprene and mixtures thereof.
Le polymère hydrophile fluoré (B) utilisé comme seul tensioactif est constitué de: (a) 0 à 80 % en poids d'au moins un monomère hydrophile nonionique (B1) (b) 1 à 75 % d'au moins un monomère (B2) comprenant un radical perfluoroalkyle, linéaire ou ramifié, contenant de 2 à 20 atomes de carbone; et (c) 2 à 75 % d'un ou plusieurs monomère(s) hydrophile(s) ionique(s) ou The hydrophilic fluoropolymer (B) used as sole surfactant consists of: (a) 0 to 80% by weight of at least one nonionic hydrophilic monomer (B1) (b) 1 to 75% of at least one monomer (B2 ) comprising a perfluoroalkyl radical, linear or branched, containing from 2 to 20 carbon atoms; and (c) 2 to 75% of one or more ionic hydrophilic monomer (s) or
ionisable(s) (B3).ionizable (B3).
(d) 0 à 30% en poids d'un ou plusieurs monomères de structure différente des (d) 0 to 30% by weight of one or more monomers of structure different from
précédents (B4).previous (B4).
Il peut être obtenu par polymérisation radicalaire en milieu précipitant (tel que décrit dans la demande de brevet n 96 15097 du 09.12.96) ou par d'autres modes de synthèse plus faciles à mettre en oeuvre et moins chers que les polymérisations permettant d'obtenir des copolymères diblocs ou triblocs It can be obtained by radical polymerization in a precipitating medium (as described in patent application No. 96 15097 of 09.12.96) or by other synthetic methods which are easier to carry out and less expensive than the polymerizations making it possible to obtain diblock or triblock copolymers
(polymérisation anionique, par exemple). (anionic polymerization, for example).
-7- Les monomères (B1), (B2) et (B 3) sont décrits dans le brevet n 96 15097 incorporé en référence. Le monomère (B1) préféré est l'acrylamide, les monomères (B3) préférés sont l'acide acrylique, I'acide méthacrylique, le chlorure -7- The monomers (B1), (B2) and (B 3) are described in patent No. 96 15097 incorporated by reference. The preferred monomer (B1) is acrylamide, the preferred monomers (B3) are acrylic acid, methacrylic acid, chloride
de N-[2-(acryloyloxy)éthyl]-N,N,N-triméthylammonium et le N-[2- of N- [2- (acryloyloxy) ethyl] -N, N, N-trimethylammonium and N- [2-
(méthacryloyloxy)éthyl]-N,N,N-triméthylammonium. Les monomères du type (B4) ont une structure chimique différente des monomères (B1) à (B3). En particulier le copolymère (B) peut comporter un monomère à chaîne latérale alkyle comme le (methacryloyloxy) ethyl] -N, N, N-trimethylammonium. The monomers of type (B4) have a different chemical structure from the monomers (B1) to (B3). In particular, the copolymer (B) can comprise a monomer with an alkyl side chain such as
méthacrylate de stéaryle ou de palmitoyle. stearyl or palmitoyl methacrylate.
Des exemples de polymères hydrophiles fluorés du type B sont fournis par o0 les copolymères Pl et P2, obtenus en faisant réagir l'acrylamide, I'acide acrylique et un mélange de méthacrylate de 2-(perfluoroalkyl) éthyle dans les proportions suivantes: % molaire introduit P P2 Acrylam ide 76 75,2 Acide acrylique 20 19,8 Méthacrylate de 2 (perfluoralkyl) éthyle 3,4 4,9 Taux de fluor mesuré 10,2 14 Les copolymères Pl et P2 peuvent par exemple être synthétisés par une méthode de polymérisation en milieu précipitant comme il est décrit dans la Examples of hydrophilic fluoropolymers of type B are provided by the copolymers P1 and P2, obtained by reacting acrylamide, acrylic acid and a mixture of 2- (perfluoroalkyl) ethyl methacrylate in the following proportions: mole% introduced P P2 Acrylam ide 76 75.2 Acrylic acid 20 19.8 2 (Perfluoralkyl) ethyl methacrylate 3.4 4.9 Measured fluorine content 10.2 14 The copolymers Pl and P2 can for example be synthesized by a method of polymerization in a precipitating medium as described in the
demande de brevet n 96 15097 du 09.12.96). Patent application no 96 15097 dated 09.12.96).
Un autre objet de l'invention est un procédé de préparation de dispersions aqueuses de polymères fluorés et/ou hydrocarbonés (A) telles que celles décrites précédemment consistant en - la mise en dispersion dans l'eau du mélange de monomères à l'aide d'un disperseur " efficace " tels qu'un homogénéisateur haute pression, par exemple un homogénéisateur à clapets du type Manton Gaulin, ou une sonde à ultrasons, et en présence d'un polymère hydrophile fluoré Another subject of the invention is a process for the preparation of aqueous dispersions of fluorinated and / or hydrocarbon polymers (A) such as those described above, consisting in - the dispersion in water of the mixture of monomers using 'an "efficient" disperser such as a high-pressure homogenizer, for example a valve homogenizer of the Manton Gaulin type, or an ultrasonic probe, and in the presence of a hydrophilic fluoropolymer
(B) utilisé comme tensioactif macromoléculaire. (B) used as a macromolecular surfactant.
-8- - la polymérisation du mélange de monomères en présence d'un amorceur à une température classiquement comprise entre 40 et c. Le mélange de monomères est constitué de: a) 0 à 100% en poids d'un (ou plusieurs) composés (A1) possédant une liaison éthylènique polymérisable comportant un groupe perfluoroalkyle en C2à C20 b) 0 à 100% en poids d'un monomère acrylique ou méthacrylique (A2) à chaînes latérales alkyle ou alkoxyalkyle de formule: R3-(R20)m-(C(O)CH2)p-OOC-C(Rl) = CH2 (1) o Ri représente un atome d'hydrogène ou un radical méthyle, R2 est un groupe alkylène de longueur Cl à C6, chaque R2 peut-être différent des autres R3 est un groupement alkyle de longueur Cl à C24 ou un groupement cycloalkyle, m est un nombre entier compris entre 0 et 10 - the polymerization of the mixture of monomers in the presence of an initiator at a temperature conventionally between 40 and c. The monomer mixture consists of: a) 0 to 100% by weight of one (or more) compounds (A1) having a polymerizable ethylene bond comprising a C2 to C20 perfluoroalkyl group b) 0 to 100% by weight of a acrylic or methacrylic monomer (A2) with alkyl or alkoxyalkyl side chains of formula: R3- (R20) m- (C (O) CH2) p-OOC-C (Rl) = CH2 (1) where Ri represents an atom of hydrogen or a methyl radical, R2 is an alkylene group of length C1 to C6, each R2 may be different from the other R3 is an alkyl group of length C1 to C24 or a cycloalkyl group, m is an integer between 0 and 10
et p est zéro ou un.and p is zero or one.
c) 0 à 20 % en poids d'au moins un monomère polaire (A3) d) 0 à 30% en poids d'un ou plusieurs monomères (A4) de structure c) 0 to 20% by weight of at least one polar monomer (A3) d) 0 to 30% by weight of one or more structural monomers (A4)
différente des précédents.different from the previous ones.
Des exemples de la structure des monomères (A1I) peuvent être, de manière non limitative, les suivants: R' I Examples of the structure of the monomers (A1I) can be, without limitation, the following: R 'I
( 1) RFSO2 -N - R"- OCOCR" = C H 2(1) RFSO2 -N - R "- OCOCR" = C H 2
R'R '
( 2) RFR4SO2 -N-R"- OCOCR"' = C H2(2) RFR4SO2 -N-R "- OCOCR" '= C H2
( 3) RF-(CH2)qOCOCR'" =CH2 99- o RF représente une chaîne perfluorée droite ou ramifiée, contenant de 2 à 20 atomes de carbone, de préférence de 8 à 14 atomes de carbone, R4 représente un radical alkyle comportant de 1 à 4 carbones, R' est un atome d'hydrogène ou un groupe alkyle contenant de 1 à 10 atomes de carbone, R" est un groupe alkyle contenant de 1 à 10 atomes de carbone, R"' est un atome d'hydrogène ou un groupe méthyle, q est un nombre entier compris entre 1 et 1l 1. Les monomères du type (A1) dont la structure ne se différencie que par la longueur de la chaîne (3) RF- (CH2) qOCOCR '"= CH2 99-o RF represents a straight or branched perfluorinated chain, containing from 2 to 20 carbon atoms, preferably from 8 to 14 carbon atoms, R4 represents an alkyl radical comprising from 1 to 4 carbons, R 'is a hydrogen atom or an alkyl group containing from 1 to 10 carbon atoms, R "is an alkyl group containing from 1 to 10 carbon atoms, R"' is an atom from hydrogen or a methyl group, q is an integer between 1 and 11 1. Monomers of type (A1) whose structure is differentiated only by the length of the chain
perfluorée RF peuvent être incorporés en mélange dans le copolymère. perfluorinated RF can be incorporated as a mixture in the copolymer.
Les monomères (Al) préférés de l'invention sont l'acrylate ou le méthacrylate de The preferred monomers (A1) of the invention are acrylate or methacrylate
2-(perfluorooctyl)éthyle et les mélanges d'acrylates ou de méthacrylates de 2- 2- (perfluorooctyl) ethyl and mixtures of 2- or acrylates or methacrylates
(perfluoroalkyl)éthyle comportant une chaîne perfluoroalkyle en CQ à Cl3. (perfluoroalkyl) ethyl comprising a perfluoroalkyl chain from CQ to Cl3.
Dans le cas des monomères de type (A2), R3 peut être linéaire, branché In the case of monomers of type (A2), R3 can be linear, connected
ou cyclique; R2 est une chaîne linéaire ou branchée et préférentiellement est - or cyclical; R2 is a linear or branched chain and preferably is -
C2H4-; de manière préférée, m est égal à 0 ou 1 et p est égal à zéro. Des monomères représentatifs de la formule (I) sont, par exemple, le méthacrylate de butyle, le méthacrylate d'éthyl-2-hexyle, les acrylates et méthacrylates de stéaryle C2H4-; preferably, m is 0 or 1 and p is zero. Representative monomers of formula (I) are, for example, butyl methacrylate, ethyl-2-hexyl methacrylate, stearyl acrylates and methacrylates
et de béhényle, I'acrylate et le méthacrylate d'éthoxyéthyle. and behenyl, acrylate and ethoxyethyl methacrylate.
Les monomères (A2) préférés de l'invention sont l'acrylate ou le The preferred monomers (A2) of the invention are acrylate or
méthacrylate de stéaryle et l'acrylate de béhényle. stearyl methacrylate and behenyl acrylate.
Les monomères polaires du type (A3) peuvent être non ioniques ou ioniques. The polar monomers of type (A3) can be nonionic or ionic.
Comme exemples non limitatifs de monomères non ioniques, on peut citer: la N- As nonlimiting examples of nonionic monomers, there may be mentioned: N-
vinyl pyrrolidone-2 et ses dérivés, I'acrylamide et le méthacrylamide et leurs vinyl pyrrolidone-2 and its derivatives, acrylamide and methacrylamide and their
dérivés, les acrylates ou méthacrylates de polyéthylèneglycol ou d'éthylèneglycol. derivatives, polyethylene glycol or ethylene glycol acrylates or methacrylates.
Comme exemples de monomères ioniques ou ionisables par variation du pH, on peut citer: L'acide acrylique et l'acide méthacrylique et leurs sels de métaux alcalins ou d'ions ammonium quaternaires, les monomères sulfonés comme par exemple As examples of ionic or ionizable monomers by variation of the pH, one can quote: Acrylic acid and methacrylic acid and their salts of alkali metals or of quaternary ammonium ions, sulfonated monomers like for example
le vinyl sulfonate de sodium, le styrène sulfonate de sodium et l'acide 2- sodium vinyl sulfonate, sodium styrene sulfonate and 2- acid
- 10- acrylamido-2-méthyl-sulfonique, les halogénures de vinylpyridinium, les acrylates et méthacrylates des aminoalcools répondant aux formules suivantes: - 10- acrylamido-2-methyl-sulfonic, vinylpyridinium halides, acrylates and methacrylates of amino alcohols corresponding to the following formulas:
HO-Y-NRsR6 ou HO-Y-N+RsR6R7, A-HO-Y-NRsR6 or HO-Y-N + RsR6R7, A-
Dans lesquelles les symboles R5, R6, R7, identiques ou différents, représentent chacun un radical alkyle ou hydroxyalkyle contenant de 1 à 4 carbones, Y représente un radical alkylène ou hydroxyalkylène contenant de 1 à 4 In which the symbols R5, R6, R7, identical or different, each represent an alkyl or hydroxyalkyl radical containing from 1 to 4 carbons, Y represents an alkylene or hydroxyalkylene radical containing from 1 to 4
carbones et A- est un anion monovalent quelconque. carbons and A- is any monovalent anion.
Les monomères comportant des motifs réactifs capables de conduire à des réactions chimiques entre eux-mêmes ou avec d'autres groupements chimiques présents au cours de l'application (sur le substrat traité par exemple) sont également des monomères polaires rentrant dans les monomères de type (A3). En particulier, les monomères qui peuvent être couramment utilisés comportent un groupement hydroxyle (N- méthylolacrylamide ou N-méthylolméthacrylamide), ou un groupement époxy, ou un groupement tri ou di alkoxysilane, ou un groupement isocyanate éventuellement bloqué. De tels monomères peuvent être The monomers comprising reactive units capable of leading to chemical reactions between themselves or with other chemical groups present during the application (on the treated substrate for example) are also polar monomers included in the type monomers (A3). In particular, the monomers which can be commonly used comprise a hydroxyl group (N-methylolacrylamide or N-methylolmethacrylamide), or an epoxy group, or a tri or di alkoxysilane group, or an optionally blocked isocyanate group. Such monomers can be
utilisés en combinaison.used in combination.
Comme monomères de type (A4), on peut citer, par exemple, les halogénures de vinyle ou de vinylidène tels que: chlorure de vinyle, ou vinylidène, fluorure de vinyle ou de vinylidène, les esters vinyliques tels que As monomers of type (A4), there may be mentioned, for example, vinyl or vinylidene halides such as: vinyl chloride, or vinylidene, vinyl fluoride or vinylidene, vinyl esters such as
I'acétate de vinyle, le propionate de vinyle, le méthacrylate de trifluoro 2,2,2- Vinyl acetate, vinyl propionate, trifluoro methacrylate 2,2,2-
éthyle, I'acrylate et le méthacrylate d'isobornyle, I'acrylonitrile, le styrène et ses ethyl, isobornyl acrylate and methacrylate, acrylonitrile, styrene and its
dérivés, le butadiène, le chloroprène, le fluoroprène, I'isoprène et leurs mélanges. derivatives, butadiene, chloroprene, fluoroprene, isoprene and mixtures thereof.
Le polymère hydrophile B est celui décrit précédemment. The hydrophilic polymer B is that described above.
A titre indicatif et non limitatif est décrit ci-après un mode de réalisation By way of non-limiting example, an embodiment is described below.
du procédé de l'invention.of the process of the invention.
La préparation de la dispersion aqueuse est obtenue par mélange du polymère hydrophile fluoré, des monomères à disperser et d'eau. La dispersion The preparation of the aqueous dispersion is obtained by mixing the hydrophilic fluoropolymer, the monomers to be dispersed and water. The dispersion
des monomères est réalisée par apport d'énergie mécanique. of the monomers is produced by supplying mechanical energy.
Pour faciliter la dispersion, la procédure est réalisée en 2 temps: a) dans la première étape, le polymère hydrophile fluoré (B) utilisé comme stabilisant de la dispersion est solubilisé dans l'eau à température ambiante. Les monomères liquides à température To facilitate the dispersion, the procedure is carried out in 2 stages: a) in the first step, the hydrophilic fluoropolymer (B) used as stabilizer of the dispersion is dissolved in water at room temperature. Liquid monomers at temperature
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ambiante peuvent être versés tels que dans la phase aqueuse agitée. Dans le cas de monomères cristallisés à température ambiante, le mélange est effectué à une température supérieure à la température de fusion des ambient can be poured as in the stirred aqueous phase. In the case of monomers crystallized at room temperature, the mixing is carried out at a temperature higher than the melting temperature of
monomères et de préférence inférieure à 65 C. monomers and preferably less than 65 C.
Une pré-dispersion est préparée à l'aide d'un agitateur à cisaillement élevé du type rotor-stator (par exemple un agitateur Ultra Turax) et conduit à des particules de taille voisine du micron qui ont tendance à sédimenter. b) La 2ème étape a pour but d'obtenir des particules dispersées plus petites (= 100 nm) et qui ne sédimenteront pas rapidement. Elle consiste à homogénéiser la pré-dispersion à l'aide d'un homogénéisateur haute pression à clapets type Manton Gaulin. La dispersion ainsi obtenue contient entre 20 et 30 % en poids de monomères entre 1,5 à 2 % de A pre-dispersion is prepared using a high shear agitator of the rotor-stator type (for example an Ultra Turax agitator) and leads to particles of size close to one micron which tend to sediment. b) The aim of the 2nd stage is to obtain smaller dispersed particles (= 100 nm) which will not sediment quickly. It consists in homogenizing the pre-dispersion using a high pressure homogenizer with Manton Gaulin valves. The dispersion thus obtained contains between 20 and 30% by weight of monomers between 1.5 to 2% of
polymère hydrophile fluoré (B) et le complément à 100 % d'eau. hydrophilic fluoropolymer (B) and the complement to 100% water.
La polymérisation des monomères est effectuée en batch, sous circulation d'azote. Pour initier la réaction de polymérisation, on peut utiliser des catalyseurs ou des mélanges de catalyseurs capables de produire des radicaux libres, tels que des composés peroxygénés, comme persulfate de sodium, d'ammonium ou de potassium, perborates alcalins, eau oxygénée, peroxyde de sodium ou de baryum, hydroperoxyde de cumène, hydroperoxyde de butyle, peroxyde de benzoyle, acide peracétique, oxydes d'amines, nitrate cérique et d'ammonium, des composés azoïques comme l'azo 2, 2' bis-isobutyronitrile, I'azo-2, 2' bis (diméthyl-2, 4 méthoxy-4 valéronitrile), I'acide azo-4, 4' bis (cyano-4 pentanoïque) ou ses sels alcalins, le dichlorhydrate d'azo-2, 2' di-isobutyramidine. Les quantités à mettre en oeuvre peuvent varier entre 0,01 et 5 % par rapport au poids des monomères à copolymériser, de préférence de 0,1 à 1,5 %/. L'amorceur utilisé de The polymerization of the monomers is carried out in batch, under nitrogen circulation. To initiate the polymerization reaction, it is possible to use catalysts or mixtures of catalysts capable of producing free radicals, such as peroxygen compounds, such as sodium, ammonium or potassium persulfate, alkaline perborates, hydrogen peroxide, hydrogen peroxide. sodium or barium, cumene hydroperoxide, butyl hydroperoxide, benzoyl peroxide, peracetic acid, amine oxides, ceric and ammonium nitrate, azo compounds such as azo 2, 2 'bis-isobutyronitrile, azo -2, 2 'bis (2,4-dimethyl-4, 4-methoxy valeronitrile), azo-4, 4' bis (4-cyano-pentanoic acid) or its alkaline salts, 2'-az dihydrochloride -isobutyramidine. The amounts to be used can vary between 0.01 and 5% relative to the weight of the monomers to be copolymerized, preferably from 0.1 to 1.5% /. The initiator used from
manière préférentielle est l'azo 2, 2' bis-isobutyronitrile. preferentially is azo 2,2 'bis-isobutyronitrile.
La copolymérisation est généralement effectuée à un pH allant de 2 à 9 et à une température comprise entre 40 o et 100 C, de préférence entre 50 o et 95 C. Mais il est possible d'opérer à des températures plus élevées ou plus basses. Par exemple, I'emploi de catalyseurs rédox, comme les systèmes persulfates-sels ferreux, persulfate-hydroxy-méthanesulfinate de sodium, eau -12- oxygénée-bisulfite, eau oxygénée-butane-dione-2,3, peut être utile pour activer la réaction ou abaisser la température de copolymérisation. La réaction peut également être amorcée sous radiation, par exemple, avec une lampe au mercure The copolymerization is generally carried out at a pH ranging from 2 to 9 and at a temperature between 40 o and 100 C, preferably between 50 o and 95 C. But it is possible to operate at higher or lower temperatures. For example, the use of redox catalysts, such as the persulfate-ferrous salt, sodium persulfate-hydroxy-methanesulfinate, hydrogen peroxide-bisulfite, hydrogen peroxide-butane-2,3-dione systems, may be useful for activating the reaction or lower the copolymerization temperature. The reaction can also be initiated under radiation, for example, with a mercury lamp
ou au sodium.or sodium.
Le taux de conversion maximum est généralement atteint en 30 minutes. Les copolymères utilisés selon l'invention peuvent se présenter selon différents types de structure. Ils peuvent être homogènes ou avoir une forme segmentée ou hétérogène. Ils peuvent aussi être constitués de mélanges d'homopolymères ou de copolymères fluorés ou non-fluorés. Le terme de copolymère utilisé dans la présente invention englobe toutes ces structures, ainsi que tous les types de The maximum conversion rate is usually reached in 30 minutes. The copolymers used according to the invention can be presented according to different types of structure. They can be homogeneous or have a segmented or heterogeneous shape. They can also consist of mixtures of homopolymers or fluorinated or non-fluorinated copolymers. The term copolymer used in the present invention encompasses all these structures, as well as all types of
copolymères connus de l'homme de l'art. copolymers known to those skilled in the art.
Afin de régler le poids moléculaire des copolymères, on peut utiliser des In order to adjust the molecular weight of the copolymers, it is possible to use
agents de transfert de chaîne, tels que les alkylmercaptans comme le tertio- chain transfer agents, such as alkyl mercaptans such as tertiary
dodécyl-mercaptan, le N-dodécyl-mercaptan, le N-octyl-mercaptan, le dodecyl-mercaptan, N-dodecyl-mercaptan, N-octyl-mercaptan,
tétrachlorure de carbone, le tétrabromure de carbone, le chloroforme, le triphényl- carbon tetrachloride, carbon tetrabromide, chloroform, triphenyl-
méthane. Les quantités à mettre en oeuvre peuvent varier de 0,01 % à 3 % par methane. The quantities to be used can vary from 0.01% to 3% per
rapport au poids des monomères, et préférentiellement, entre 0,05 % et 0, 5 %. relative to the weight of the monomers, and preferably between 0.05% and 0.5%.
Nous utilisons préférentiellement le N-dodécylmercaptan. We preferentially use N-dodecylmercaptan.
La dispersion et la polymérisation de monomères fluorés ou/et hydrocarbonés sont ainsi obtenues sans utiliser de cosolvant, et sans former de préflocs, contrairement aux procédés classiques de polymérisation de ce type de molécules. On évite alors l'étape finale habituelle de distillation du solvant et on The dispersion and polymerization of fluorinated or / and hydrocarbon monomers are thus obtained without using a cosolvent, and without forming preflocs, unlike conventional methods of polymerization of this type of molecules. The usual final distillation step of the solvent is then avoided and
obtient directement un produit exempt de composé organique volatil (C.O.V. ). directly obtains a product free of volatile organic compound (C.O.V.).
La présente invention concerne également l'utilisation des dispersions de polymères fluorés et/ou hydrocarbonés selon l'invention pour le traitement hydrophobe et oléophobe d'une grande variété de supports, tels que tapis, moquettes, revêtements muraux, cuirs, papiers, matériaux de construction tels que briques, tuiles, pierres naturelles ou reconstituées, céramiques, plâtres, bétons, ciments, mortiers, bois, verre, métaux et matières plastiques. On peut mentionner également d'autres supports très divers tels que, par exemple, des articles tissés ou non tissés à base de cellulose ou de cellulose régénérée, de fibres naturelles, artificielles ou synthétiques comme le coton, I'acétate de cellulose, la laine, la -13 soie, les fibres de polyamide, polyester, polyoléfine, polyuréthanne ou The present invention also relates to the use of the dispersions of fluorinated and / or hydrocarbon polymers according to the invention for the hydrophobic and oleophobic treatment of a wide variety of supports, such as carpets, rugs, wall coverings, leathers, papers, materials for construction such as bricks, tiles, natural or reconstituted stones, ceramics, plasters, concretes, cements, mortars, wood, glass, metals and plastics. Mention may also be made of other very diverse supports such as, for example, woven or non-woven articles based on cellulose or regenerated cellulose, natural, artificial or synthetic fibers such as cotton, cellulose acetate, wool. , -13 silk, polyamide, polyester, polyolefin, polyurethane fibers or
polyacrylon itri le.polyacrylon itri le.
L'application des dispersions selon l'invention peut être réalisée, après dilution à l'eau, en utilisant des techniques connues de l'homme de l'art, par exemple, par enduction à la racle, à la brosse ou au rouleau, imprégnation, immersion, pulvérisation, foulardage ou couchage. La quantité de dispersion à mettre en oeuvre varie dans de larges limites en fonction de la nature du support et de la teneur en fluor de la dispersion. Selon leur nature, les substrats traités peuvent être séchés à température ambiante ou à des températures pouvant aller The dispersions according to the invention can be applied, after dilution with water, using techniques known to those skilled in the art, for example, by coating with a doctor blade, a brush or a roller, impregnation, immersion, spraying, padding or coating. The amount of dispersion to be used varies within wide limits depending on the nature of the support and the fluorine content of the dispersion. Depending on their nature, the treated substrates can be dried at room temperature or at temperatures which can range from
jusqu'à 200 C.up to 200 C.
Pour obtenir un effet particulier ou une meilleure fixation, il peut être avantageux sur certains supports d'associer les dispersions selon l'invention à certains additifs tels que résines de fixation, catalyseurs, anti UV, fongicides, To obtain a particular effect or better fixation, it may be advantageous on certain supports to combine the dispersions according to the invention with certain additives such as fixing resins, catalysts, anti UV, fungicides,
agents antistatiques, agents anti-mousse etc... anti-static agents, anti-foaming agents etc ...
Pour le traitement des cuirs, l'application des dispersions diluées peutêtre réalisée selon différentes techniques, par exemple par pulvérisation. On peut aussi opérer en plein bain dans un foulon ou une coudreuse lors de la dernière étape du processus humide. La quantité de copolymère fluoré (A) appliquée est généralement comprise entre 1 et 10 g de copolymère sec/m2. Les cuirs sont préférentiellement séchés à température ambiante ou à une température modérée For the treatment of leathers, the application of the diluted dispersions can be carried out according to different techniques, for example by spraying. You can also operate in full bath in a fuller or a sewing machine during the last stage of the wet process. The amount of fluorinated copolymer (A) applied is generally between 1 and 10 g of dry copolymer / m2. The leathers are preferably dried at room temperature or at a moderate temperature
allant jusqu'à environ 100 C.up to around 100 C.
Les articles textiles sont, par exemple, couramment traités dans des bains de foulardage contenant une composition selon l'invention diluée dans l'eau à une concentration en copolymère (A) classiquement comprise entre 4 et 20 g/I. Les tissus subissent ensuite un séchage et éventuellement un traitement thermique à une température comprise, par exemple, entre 120 et 200 C. Dans le but de conférer aux substrats textiles des caractéristiques supplémentaires, on peut ajouter aux compositions selon l'invention divers ingrédients tels que: catalyseurs susceptibles de favoriser la réticulation des copolymères avec le substrat, produits thermocondensables, extendeurs réactifs comportant par exemple des groupes isocyanates bloqués, hydrofugeants, ignifugeants, fongicides, antistatiques, adoucissants, agents tampon, agents séquestrants, gonflants, agents de - 14- blanchiment optique, latex vinyliques ou acryliques, polyalkylènes, polyglycols, Textile articles are, for example, commonly treated in padding baths containing a composition according to the invention diluted in water to a concentration of copolymer (A) conventionally between 4 and 20 g / l. The fabrics are then subjected to drying and optionally a heat treatment at a temperature of, for example, between 120 and 200 C. In order to give the textile substrates additional characteristics, various ingredients such as : catalysts capable of promoting the crosslinking of the copolymers with the substrate, thermally condensable products, reactive extenders comprising, for example, blocked isocyanate groups, water-repellent, flame-retardant, fungicides, antistatic, softeners, buffering agents, sequestering agents, bulking agents, bleaching agents optics, vinyl or acrylic latexes, polyalkylenes, polyglycols,
col lodes.collar lodes.
Dans le cas des papiers et cartons, les compositions selon l'invention peuvent être appliquées soit dans la masse, c'est à dire ajoutées dans la pâte à papier, soit superficiellement sur le support déjà terminé, à l'aide d'une presse encolleuse, par exemple. Pour obtenir les caractéristiques d'hydrophobie et d'oléophobie souhaitées, les dispersions selon l'invention sont appliquées, diluées dans l'eau, à une concentration en copolymère classiquement de l'ordre de 0.2 à 2 % par rapport au poids de fibres de cellulose. Dans le cas de l'application en 1o masse, un agent de rétention du type polymère cationique (par exemple une polyamidoamine) peut être ajouté dans la pâte à papier avant l'addition du copolymère fluoré, de manière à limiter la perte du copolymère fluoré dans les eaux blanches, au moment de la formation de la feuille de papier. Une rétention tout à fait satisfaisante du copolymère fluoré (de l'ordre de 80 % et plus) est généralement atteinte pour une quantité d'agent de rétention comprise entre 0.1 et 2 % par rapport au poids de fibres. Pour obtenir une bonne fixation des copolymères selon l'invention sur les papiers et/ou les cartons sur lesquels ils sont appliqués et pour conférer en plus un effetparticulier, il peut être également avantageux de les associer avec d'autres adjuvants, polymères, produits thermocondensables et catalyseurs susceptibles de favoriser leur réticulation avec le support. Comme tels, on peut citer les amidons, les alcools polyvinyliques, les condensats et précondensats d'urée formol ou de mélamine formol, les dérivés époxy, les résines polyamine- épichlorhydrine, le glyoxal et ses dérivés. Les papiers traités sont séchés dans des conditions employées classiquement retenues en papeterie soit à une température de l'ordre de 90 à 130 C. Ces dispersions fluorées, sont applicables sur papier selon différentes techniques (en size-press ou dans la masse) et lui confèrent, d'excellentes propriétés hydrophobes et oléophobes, en particulier une résistance spectaculaire aux liquides d'origine In the case of paper and cardboard, the compositions according to the invention can be applied either in the mass, ie added to the paper pulp, or superficially on the support already finished, using a press gluing machine, for example. To obtain the desired hydrophobicity and oleophobicity characteristics, the dispersions according to the invention are applied, diluted in water, to a concentration of copolymer conventionally of the order of 0.2 to 2% relative to the weight of fibers of cellulose. In the case of bulk application, a cationic polymer type retention agent (for example a polyamidoamine) can be added to the paper pulp before the addition of the fluorinated copolymer, so as to limit the loss of the fluorinated copolymer in white waters, when the sheet of paper is formed. A completely satisfactory retention of the fluorinated copolymer (of the order of 80% and more) is generally achieved for an amount of retention agent of between 0.1 and 2% relative to the weight of fibers. To obtain good fixation of the copolymers according to the invention on the papers and / or cartons to which they are applied and to additionally give a particular effect, it may also be advantageous to combine them with other adjuvants, polymers, thermally condensable products. and catalysts capable of promoting their crosslinking with the support. As such, there may be mentioned starches, polyvinyl alcohols, condensates and precondensates of urea formaldehyde or melamine formaldehyde, epoxy derivatives, polyamine-epichlorohydrin resins, glyoxal and its derivatives. The treated papers are dried under the conditions conventionally used in stationery, ie at a temperature of the order of 90 to 130 C. These fluorinated dispersions are applicable on paper according to different techniques (in size-press or in bulk) and confer excellent hydrophobic and oleophobic properties, in particular a spectacular resistance to original liquids
aqueuse, aux corps gras ainsi qu'aux solvants de basse tension superficielle. aqueous, fatty substances and solvents of low surface tension.
De tels papiers sont utilisés, par exemple, pour l'étiquetage de bouteilles d'huile ou dans le domaine de l'emballage des produits alimentaires humides et/ou gras dans des marchés aussi variés que le secteur de la - biscuiterie/viennoiserie, la restauration rapide, le marché de la margarine et du beurre, le marché des viandes et des volailles, le domaine du chocolat, les Such papers are used, for example, for the labeling of oil bottles or in the field of packaging of wet and / or fatty food products in markets as varied as the sector of - biscuit / pastry, fast food, the margarine and butter market, the meat and poultry market, the chocolate area,
produits surgelés, le marché des aliments secs pour chiens et chats (pet food). frozen products, the dry food market for dogs and cats (pet food).
Les performances hydrophobes et oléophobes des substrats traités selon I'invention sont mesurées au moyen de tests d'oléophobie et d'hydrophobie The hydrophobic and oleophobic performances of the substrates treated according to the invention are measured by means of oleophobia and hydrophobia tests.
classiques pour l'homme du métier.conventional for those skilled in the art.
Les exemples suivants illustrent l'invention sans la limiter. The following examples illustrate the invention without limiting it.
ExemplesExamples
Exemple 1Example 1
a) préparation de la dispersion aqueuse a) preparation of the aqueous dispersion
7 g de polymère hydrophile fluoré P1 sont solubilisés dans 238 g d'eau. 7 g of hydrophilic fluoropolymer P1 are dissolved in 238 g of water.
La solution est portée à 40 C. 105 g d'un mélange d'acrylates de 2- The solution is brought to 40 C. 105 g of a mixture of 2- acrylates
(perfluoroalkyl)éthyle CH2=CH-COO-C2H4-(CF2)nCF3 avec n compris entre 5 et 13 (monomères de type A1) (0,185 mole) préchauffés à 40 C sont versés dans cette (perfluoroalkyl) ethyl CH2 = CH-COO-C2H4- (CF2) nCF3 with n between 5 and 13 (monomers of type A1) (0.185 mol) preheated to 40 C are poured into this
solution sous agitation mécanique.solution with mechanical stirring.
La pré-dispersion est réalisée à l'aide de l'Ultra Turax durant 3 minutes entre 10 et 20 000 tours/mn selon le niveau de moussage. Le système obtenu est The pre-dispersion is carried out using Ultra Turax for 3 minutes between 10 and 20,000 rpm depending on the foaming level. The system obtained is
opalescent et légèrement louche.opalescent and slightly fishy.
Cette dispersion est ensuite homogénéisée en effectuant 10 passages au Manton Gaulin à la pression de 1.000 bars. La dispersion finale obtenue est This dispersion is then homogenized by making 10 passages with Manton Gaulin at a pressure of 1,000 bars. The final dispersion obtained is
parfaitement limpide, aucun moussage n'est observé. perfectly clear, no foaming is observed.
a) polymérisation de la dispersion de monomère fluoré Dans un réacteur de 0,25 litre, équipé d'un thermomètre, d'un réfrigérant à reflux, d'une arrivée d'azote anhydre, d'une ampoule de coulée, d'un agitateur mécanique, on introduit 221,5 g de la dispersion. L'agitation est mise en route, le milieu réactionnel est porté à la température de 62 C, sous circulation d'azote. Le milieu réactionnel est maintenu à cette température sous azote pendant 30 minutes. On introduit ensuite dans le réacteur à l'aide de l'ampoule une solution de 0,136 g (0,0008 mole) d'azobis-isobutyronitrile dans 2,67 ml de N-méthyl pyrrolidone, soit une concentration en initiateur de 0,68 % molaire par rapport au - 16monomère, l'amorçage de la polymérisation se fait pratiquement dès a) polymerization of the fluorinated monomer dispersion In a 0.25 liter reactor, equipped with a thermometer, a reflux condenser, an anhydrous nitrogen supply, a dropping funnel, a mechanical stirrer, 221.5 g of the dispersion are introduced. Stirring is started, the reaction medium is brought to the temperature of 62 C, under nitrogen circulation. The reaction medium is maintained at this temperature under nitrogen for 30 minutes. A solution of 0.136 g (0.0008 mole) of azobis-isobutyronitrile in 2.67 ml of N-methyl pyrrolidone is then introduced into the reactor using the funnel, ie an initiator concentration of 0.68 % molar with respect to - 16 monomer, the initiation of the polymerization is practically carried out
l'introduction de l'initiateur.the introduction of the initiator.
Un extrait sec de 30,8 % est obtenu dans les 30 premières minutes de polymérisation. b) caractéristiques de la dispersion La dispersion est stable stockée à température ambiante et à 60 C pendant au moins 2 mois. La taille moyenne des particules mesurée par diffusion de A dry extract of 30.8% is obtained in the first 30 minutes of polymerization. b) characteristics of the dispersion The dispersion is stable stored at room temperature and at 60 ° C. for at least 2 months. The average particle size measured by diffusion of
lumière est comprise entre 160 et 200 nm. light is between 160 and 200 nm.
Exemple 2: cinétique a) préparation de la dispersion aqueuse Example 2: kinetics a) preparation of the aqueous dispersion
7 g du polymère fluoré hydrophile P1 sont solubilisés dans 238 g d'eau. 7 g of the hydrophilic fluoropolymer P1 are dissolved in 238 g of water.
g d'acrylate de 2-(perfluorooctyl)éthyle CH2 = CH-COO-C2H4-(CF2)7-CF3 (monomère de type A1) (0,203 mole) sont versés dans la phase aqueuse agitée mécaniquement. La dispersion est préparée comme à l'exemple 1 en effectuant 10 passages au Manton Gaulin à la pression de 700 bars. La dispersion obtenue est limpide. b) polymérisation de la dispersion de monomère fluoré Dans un réacteur de 0,25 litre, équipé d'un thermomètre, d'un réfrigérant à reflux, d'une arrivée d'azote anhydre, d'une ampoule de coulée, d'un agitateur mécanique, on introduit 223 g de la dispersion. L'agitation est mise en route, le milieu réactionnel est porté à la température de 60 C, sous circulation d'azote et g of 2- (perfluorooctyl) ethyl acrylate CH2 = CH-COO-C2H4- (CF2) 7-CF3 (monomer of type A1) (0.203 mol) are poured into the mechanically stirred aqueous phase. The dispersion is prepared as in Example 1 by carrying out 10 passages with Manton Gaulin at a pressure of 700 bars. The dispersion obtained is clear. b) polymerization of the fluorinated monomer dispersion In a 0.25 liter reactor, equipped with a thermometer, a reflux condenser, an anhydrous nitrogen supply, a dropping funnel, a mechanical stirrer, 223 g of the dispersion are introduced. Stirring is started, the reaction medium is brought to the temperature of 60 ° C., under nitrogen circulation and
maintenu à cette température sous azote pendant 30 minutes. maintained at this temperature under nitrogen for 30 minutes.
On introduit dans le réacteur à l'aide de l'ampoule une solution de 0,138 g (0,0008 mole) d'azobis isobutyronitrile dans 2,68 g de N-méthyl pyrrolidone, soit une concentration en initiateur de 0,63 % molaire par rapport au monomère. c) caractérisation de la dispersion Au cours de la polymérisation, on détermine l'extrait sec (E.S., % en poids) et la taille des particules formées, par diffusion de lumière, (diamètre -17hydrodynamique moyen, nm). Les valeurs obtenues avant l'amorçage et au cours du temps après l'amorçage sont indiquées dans le tableau ci-dessous Temps après E. S. Diamètre amorçage hydrodynamique (% en poids) (mn) (nm) o0 A solution of 0.138 g (0.0008 mole) of azobis isobutyronitrile in 2.68 g of N-methyl pyrrolidone is introduced into the reactor using the funnel, ie an initiator concentration of 0.63 mol% relative to the monomer. c) characterization of the dispersion During the polymerization, the dry extract (E.S.,% by weight) and the size of the particles formed are determined by light scattering (mean hydrodynamic diameter, nm). The values obtained before priming and over time after priming are indicated in the table below Time after E. S. Hydrodynamic priming diameter (% by weight) (min) (nm) o0
3.1 1763.1 176
(avant amorçage)(before priming)
24.3 20324.3 203
29.9 20429.9 204
30.7 19930.7 199
31.0 20031.0 200
31.2 20331.2 203
240 31.6 201240 31.6 201
Un extrait sec supérieur à 30% est obtenu dès les 30 premières minutes après l'introduction de l'amorceur, I'azobis isobutyronitrile. Un extrait sec de 31,6 % est obtenu en fin de polymérisation. La taille moyenne des particules est voisine de 200 nm tout au long de la polymérisation, I'indice de polydispersité étant inférieur à 0,15. La polymérisation se déroule donc à l'intérieur des particules A dry extract greater than 30% is obtained from the first 30 minutes after the introduction of the initiator, azobis isobutyronitrile. A dry extract of 31.6% is obtained at the end of polymerization. The average particle size is close to 200 nm throughout the polymerization, the polydispersity index being less than 0.15. The polymerization therefore takes place inside the particles.
formées lors de la préparation de la dispersion. formed during the preparation of the dispersion.
La dispersion finale est stable stockée à température ambiante pendant au The final dispersion is stable stored at room temperature for at
moins 4 mois et à 60 C pendant au moins 15 jours. minus 4 months and at 60 C for at least 15 days.
Exemple 3Example 3
a) préparation de la dispersion aqueuse -18 - a) preparation of the aqueous dispersion -18 -
7 g de polymère fluoré hydrophile P2 sont solubilisés dans 238 g d'eau. 7 g of hydrophilic fluoropolymer P2 are dissolved in 238 g of water.
La solution est portée à 40 C.The solution is brought to 40 C.
g d'un mélange 50 /% molaire d'un mélange d'acrylates de 2- g of a mixture 50 / mol% of a mixture of 2- acrylates
(perfluoroalkyl)éthyle CH2=CH-COO-C2H4-(CF2),CF3 avec n compris entre 5 et 13 (monomères de type A1) (0,116 mole) et de méthacrylate de stéaryle (monomère de type A2) (0,116 mole), préchauffé à 40 C, sont versés dans cette solution sous (perfluoroalkyl) ethyl CH2 = CH-COO-C2H4- (CF2), CF3 with n between 5 and 13 (type A1 monomers (0.116 mole) and stearyl methacrylate (type A2 monomer) (0.116 mole), preheated to 40 C, are poured into this solution under
agitation mécanique.mechanical agitation.
La dispersion est préparée comme à l'exemple 1. La dispersion obtenue The dispersion is prepared as in Example 1. The dispersion obtained
est blanche.is white.
b) polymérisation de la dispersion du mélange de monomère Dans un réacteur de 0,25 litre équipé comme à l'exemple 1, on introduit 234,2 g de dispersion. Le milieu réactionnel est porté à 60 C sous agitation et circulation d'azote et y est maintenu 30 minutes. On introduit dans le réacteur une b) polymerization of the dispersion of the monomer mixture 234.2 g of dispersion are introduced into a 0.25 liter reactor equipped as in Example 1. The reaction medium is brought to 60 ° C. with stirring and circulation of nitrogen and is kept there for 30 minutes. A reactor is introduced into the reactor.
solution de 0,144 g (0,0009 mole) d'azobis isobutyronitrile dans 2,8 ml de N- solution of 0.144 g (0.0009 mole) of azobis isobutyronitrile in 2.8 ml of N-
méthyl pyrrolidone soit une concentration en initiateur de 0,39 % molaire par methyl pyrrolidone, i.e. an initiator concentration of 0.39 mol% per
rapport aux monomères. Un extrait sec de 31,5 % est obtenu en fin d'essai. compared to the monomers. A dry extract of 31.5% is obtained at the end of the test.
c) caractérisation de la dispersion La dispersion est stable stockée à température ambiante pendant au moins c) characterization of the dispersion The dispersion is stable stored at room temperature for at least
2 mois. La taille moyenne des particules est de 164 nm. 2 months. The average particle size is 164 nm.
Exemples 4: tests Tests d'oléophobie: L'oléophobie est mesurée suivant le test décrit dans "AATCC Technical Manual", test méthod 118 (1992), qui évalue la non-mouillabilité du substrat par une série de liquides huileux dont les tensions superficielles sont de plus en plus faibles. La cotation du substrat traité est définie comme la valeur maximale du liquide test qui ne mouille pas le support. Les liquides tests employés dans l'évaluation sont répertoriés dans le tableau suivant: -19- Cotation Liquides-tests pour mesurer Tension superficielle à I'oléophobie 25 C (mN/m) 1 N ujol 31,5 2 Nujol / n-hexadécane 29,6 (65/35 en volume) 3 nhexadécane 27,3 4 n-tétradécane 26,4 n-dodécane 24,7 6 n-décane 23,5 7 noctane 21,4 8 n-heptane 19,8 Tests d'hydrophobie L'effet hydrophobe est mesuré à l'aide de solutions-test numérotées de 1 à 10 et constituées par des mélanges eau/isopropanol (IPA) dans les proportions pondérales suivantes: Solutions-test Eau Isopropanol Examples 4: tests Oleophobia tests: The oleophobia is measured according to the test described in "AATCC Technical Manual", test method 118 (1992), which evaluates the non-wettability of the substrate by a series of oily liquids including surface tensions are becoming weaker. The rating of the treated substrate is defined as the maximum value of the test liquid which does not wet the support. The test liquids used in the evaluation are listed in the following table: -19- Rating Test liquids to measure Surface tension at oleophobia 25 C (mN / m) 1 N ujol 31.5 2 Nujol / n-hexadecane 29 , 6 (65/35 by volume) 3 nhexadecane 27.3 4 n-tetradecane 26.4 n-dodecane 24.7 6 n-decane 23.5 7 noctane 21.4 8 n-heptane 19.8 Hydrophobicity tests The hydrophobic effect is measured using test solutions numbered from 1 to 10 and constituted by water / isopropanol (IPA) mixtures in the following weight proportions: Test solution Isopropanol Water
1 90 101 90 10
2 80 202 80 20
3 70 303 70 30
4 60 404 60 40
50 5050 50
6 40 606 40 60
7 30 707 30 70
8 20 808 20 80
9 10 909 10 90
0 1000 100
Le test consiste à déposer sur les substrats traités des gouttes de ces mélanges, puis à observer l'effet produit. On cote, en donnant pour valeur, le numéro correspondant à la solution qui contient le plus fort pourcentage d'isopropanol et qui n'a pas pénétré ou mouillé le substrat après 30 secondes de contact. Application sur cuir: La dispersion synthétisée à l'exemple 3 est diluée à température ambiante avec de l'eau distillée jusqu'à une concentration de 1 % de matières actives et la solution (S1) ainsi obtenue est déposée sur la surface d'échantillons de cuir sur The test consists in depositing drops of these mixtures on the treated substrates, then observing the effect produced. The number corresponding to the solution which contains the highest percentage of isopropanol and which has not penetrated or wetted the substrate after 30 seconds of contact is noted, giving as a value. Application on leather: The dispersion synthesized in Example 3 is diluted at room temperature with distilled water to a concentration of 1% of active materials and the solution (S1) thus obtained is deposited on the surface of samples of leather on
- 20 -- 20 -
stain par pulvérisation en croix à l'aide d'un pulvérisateur Volumair T21. La stain by cross spraying using a Volumair T21 sprayer. The
quantité moyenne de solution (S1) déposée par unité de surface est de 160 g/m2. average amount of solution (S1) deposited per unit area is 160 g / m2.
Le même latex est dilué également à 2 % de matière active pour obtenir la solution (S2) qui est appliquée dans des conditions identiques sur le même support avec une quantitée déposée de 130 g/m2. Après séchage à température ambiante pendant 18 heures et une heure à l'étuve à 80 C, on évalue la résistance hydrophobe et oléophobe des cuirs traités, comparativement à celle de cuirs non traités. Les résultats rassemblés dans le The same latex is also diluted with 2% of active material to obtain the solution (S2) which is applied under identical conditions on the same support with a deposited quantity of 130 g / m2. After drying at room temperature for 18 hours and one hour in an oven at 80 ° C., the hydrophobic and oleophobic resistance of the treated leathers is evaluated, compared with that of untreated leathers. The results gathered in the
tableau suivant démontrent l'efficacité de la dispersion 3 selon l'invention. following table demonstrate the effectiveness of dispersion 3 according to the invention.
Test Test Qualité de cuir oléophobie hydrophobie non traité 0 0 Traité avec (S1) 5 9 Traité avec (S2) 6 10 La dispersion synthétisée à l'exemple 2 est diluée à température ambiante avec de l'eau distillée jusqu'à une concentration de 1 % de matières actives et la solution (S3) ainsi obtenue est déposée sur la surface d'échantillons de cuir sur stain par pulvérisation en croix à l'aide d'un pulvérisateur Volumair T21. Au cours du première essai d'application, la quantité moyenne de solution (S3) déposée par Test Test Quality of untreated hydrophobic oil repellency 0 0 Treated with (S1) 5 9 Treated with (S2) 6 10 The dispersion synthesized in Example 2 is diluted at room temperature with distilled water to a concentration of 1% of active ingredients and the solution (S3) thus obtained is deposited on the surface of leather samples on stain by cross-spraying using a Volumair T21 sprayer. During the first application test, the average amount of solution (S3) deposited by
unité de surface est de 131 g/m2.surface unit is 131 g / m2.
Au cours d'un second essai, la quantité déposée est de 254 g/m2. During a second test, the quantity deposited is 254 g / m2.
Après séchage à température ambiante pendant 18 heures et une heure à l'étuve à 80 C, on évalue la résistance hydrophobe et oléophobe des cuirs traités, comparativement à celle de cuirs non traités. Les résultats rassemblés dans le After drying at room temperature for 18 hours and one hour in an oven at 80 ° C., the hydrophobic and oleophobic resistance of the treated leathers is evaluated, compared with that of untreated leathers. The results gathered in the
tableau suivant démontrent l'efficacité de la dispersion 2 selon l'invention. following table demonstrate the effectiveness of dispersion 2 according to the invention.
Test Test Qualité de cuir oléophobie hydrophobie Non traité 0 0 1er essai 7 9 2nd essai 8 10 -21 - Test Test Quality of oleophobia hydrophobia leather Untreated 0 0 1st test 7 9 2nd test 8 10 -21 -
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