FR2925512A1 - Composition organopolysiloxanique vulcanisable a temperature ambiante en elastomere et nouveaux catalyseurs de polycondensation d'organopolysiloxanes. - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne une composition organopolysiloxanique vulcanisable dès la température ambiante en élastomère réticulant par polycondensation et ne contenant pas de catalyseurs à base d'alkylétain ainsi que de nouveaux catalyseurs de polycondensation d'organopolysiloxanes.
Description
COMPOSITION ORGANOPOLYSILOXANIQUE VULCANISABLE A TEMPERATURE AMBIANTE EN ELASTOMERE ET NOUVEAUX CATALYSEURS DE POLYCONDENSATION D' ORGANOPOLY SILOXANES La présente invention concerne une composition organopolysiloxanique vulcanisable dès la température ambiante en élastomère réticulant par polycondensation et ne contenant pas de catalyseurs à base d'alkylétain qui présentent des problèmes de toxicité. L'invention concerne aussi de nouveaux catalyseurs de polycondensation dans la chimie des silicones et leurs utilisations comme catalyseurs de la réaction de polycondensation d'organopolysiloxanes. Plus particulièrement, la présente invention vise des compositions présentées avant emploi sous forme de 2 composantes (RTV-2).
Les formulations des élastomères réticulant par polycondensation font généralement intervenir une huile silicone, généralement un polydiméthylsiloxane, à terminaisons hydroxylées, éventuellement pré-fonctionnalisées par un silane de façon à présenter des extrémités alcoxy, un réticulant, un catalyseur de polycondensation, classiquement un sel d'étain ou un titanate d'alkyle, une charge de renfort et d'éventuels autres additifs comme des charges de bourrage, des promoteurs d'adhérence, des colorants, des agents biocides, etc. Ces compositions organopolysiloxaniques vulcanisables dès la température ambiante sont bien connues et sont classées en 2 groupes distincts: les compositions monocomposantes (RTV-l) et les compositions bicomposantes (RTV-2). Lors de la réticulation, l'eau (soit apportée par une humidité atmosphérique dans le cas des RTV-1, soit introduite dans une partie de la composition dans le cas des RTV-2) permet la réaction de polycondensation, qui conduit à la formation du réseau élastomérique. 30 Généralement, les compositions monocomposantes (RTV-1) réticulent quand elles sont exposées à l'humidité de l'air, c'est-à-dire qu'elles ne peuvent réticuler dans un milieu en confiné. Par exemple, les compositions silicones monocomposantes utilisées comme mastics ou adhésifs réticulent à froid suivant un mécanisme d'hydrolyse de fonctions réactives du type acétoxysilane, cétiminoxysilane, alcoxysilane..., suivi par des réactions de condensation entre des groupements silanols formés et d'autres fonctions réactives 30 résiduelles. L'hydrolyse est généralement effectuée grâce à la vapeur d'eau qui diffuse dans le matériau à partir de la surface exposée à l'atmosphère. Généralement, la cinétique des réactions de polycondensation est extrêmement lente; ces réactions sont donc catalysées par un catalyseur approprié. Comme catalyseurs qui sont utilisés, on fait appel le plus souvent à des catalyseurs à base d'étain, de titane, d'une amine ou des compositions de ces catalyseurs. Les catalyseurs à base d'étain (cf. notamment FR-A-2 557 582) et de titane (cf. notamment FR-A-2 786 497) sont des catalyseurs ayant une bonne efficacité. Quand aux compositions bicomposantes, elles sont commercialisées et stockées sous la forme de deux composantes, une première composante contenant les matériaux polymériques de base et la deuxième composante contenant le catalyseur. Les deux composantes sont mélangées lors de l'emploi et le mélange réticule sous la forme d'un élastomère relativement dur. Ces compositions à deux composantes sont bien connues et sont notamment décrites dans l'ouvrage de Walter Noll "Chemistry and Technology of Silicones" 1968, 2ème édition aux pages 395 à 398. Ces compositions comportent essentiellement 4 ingrédients différents: - un polymère réactif a,o -dihydroxydiorganopolysiloxane, - un agent de réticulation, généralement un silicate ou un polysilicate, - un catalyseur à l'étain, et - de l'eau.
Le plus souvent, le catalyseur de condensation est à base d'un composé organique d'étain. En effet, de nombreux catalyseurs à base d'étain ont déjà été proposés comme catalyseur de réticulation de ces RTV-2. Les composés les plus utilisés sont les carboxylates d'alkylétain tels que le monooléate de tributyltain ou les dicarboxylates de dialkylétain tels que le dilaurate de dibutylétain, le diacétate de dibutylétain ou le dilaurate de diméthylétain (voir l'ouvrage de Noll "Chemistry and Technology of silicones" page 337, Academic Press, 1968 - 2ème édition ou les brevets EP 147 323 ou EP 235 049). Cependant, les catalyseurs à base d'alkylétain, bien que très efficaces, le plus souvent incolores, liquides et solubles dans les huiles silicones présentent l'inconvénient d'être toxiques (CMR2 toxiques pour la reproduction). Les catalyseurs à base de titane, également très employés dans les RTV-1, présentent cependant un inconvénient majeur: ils ont une cinétique plus lente que les catalyseurs à base d'étain. De plus, ces catalyseurs ne sont pas utilisables dans les RTV-2 du fait de problèmes de gélification. 35 D'autres catalyseurs sont parfois mentionnés comme les catalyseurs à base de zinc, de zirconium ou d'aluminium, mais ils n'ont connus qu'un faible développement industriel en raison de leur médiocre efficacité. Pour un développement durable, il apparaît donc nécessaire de développer des catalyseurs non toxiques pour la réaction de polycondensation des organopolysiloxanes. Un autre aspect important pour un catalyseur de la réaction de polycondensation des organopolysiloxanes est le temps de mise en oeuvre ( pot-life ou temps de travail ), c'est-à-dire le temps pendant lequel la composition peut être utilisée après mélange sans durcir. Ce temps doit être suffisamment long, pour permettre son utilisation mais suffisamment court pour obtenir un objet moulé manipulable au plus tard quelques minutes ou quelques heures après sa fabrication. Le catalyseur doit donc permettre d'obtenir un bon compromis entre le temps d'utilisation du mélange catalysé et le temps au bout duquel l'objet moulé est manipulable (ces temps dépendent de l'application visée comme par exemple le moulage ou la fabrication de joints). En outre le catalyseur doit conférer au mélange catalysé un temps d'étalement qui ne varie pas en fonction de la durée au stockage. L'objectif essentiel de la présente invention est donc de trouver un système catalytique utilisable à la fois dans la réticulation des compositions élastomères mono- et bi-composantes.
Un autre objectif essentiel de la présente invention est de proposer un système catalytique qui continue à répondre à la fois aux contraintes de conservation, de mise en oeuvre et de réticulation des deux types de compositions élastomères mono- et bi-composantes. Il a maintenant été trouvé, et c'est ce qui constitue l'objet de la présente invention une composition organopolysiloxanique, caractérisée en ce qu'elle comprend d'une part une base silicone B apte à durcir par réaction de polycondensation en un élastomère silicone et d'autre part, une quantité catalytiquement efficace d'au moins un système catalytique X caractérisée en ce que a) le système catalytique X comprend au moins un complexe ou sel métallique A de formule (1), (2) ou (3) suivante: [M (L')ri (L2)x2 (Y)X] (1) dans laquelle: - rl21,r2>0etx?0; - le symbole M représente un métal sélectionné parmi le groupe constitué par: le cuivre, l'argent, le fer, le bore, le scandium, le cérium, l'ytterbium, le bismuth, le molybdène, le germanium et le manganèse; - le symbole L' représente un ligand qui est un anion (3-dicarbonylato ou l'anion énolate d'un composé f3-dicarbonylé et lorsque rl > 2, les symboles L' sont identiques ou différents, - le symbole L2 représente un ligand anionique qui est différent de L' et lorsque r2 > 2, les symboles L2 sont identiques ou différents, et - le symbole Y représente un ligand neutre et lorsque x > 2, les symboles Y sont identiques ou différents, et b) le système catalytique X est préparé selon le procédé suivant: - étape 1) le complexe ou sel métallique A est dispersé dans au moins un polymère huileux organopolysiloxanique K dont la viscosité est d'au moins 100 mPa.s de préférence d'au moins 5000 mPa.s et encore plus préférentiellement d'au moins 10 000 mPa.s, et - étape 2: le mélange est broyé éventuellement après un malaxage jusqu'à obtenir un mélange homogène qui est le système catalytique X.
Il est entendu que par "complexe ou sel métallique A", cette définition inclut toute forme oligomérique ou analogue dudit complexe ou sel métallique A.
Pour atteindre cet objectif, la Demanderesse a eu le mérite de mettre en évidence, de manière tout à fait surprenante et inattendue, que l'utilisation d'un système catalytique X qui est à base d'un complexe ou sel métallique A et est préparé suivant un procédé original permet d'utiliser ce complexe ou sel métallique A de formule (1) décrite ci-dessus comme catalyseur de la réaction de polycondensation.
Il est aussi du mérite des inventeurs d'avoir vaincu le préjugé technique qui voulait que, jusqu'alors les complexes ou sels métalliques A selon l'invention qui se présentent sous une forme solide n'ont qu'une médiocre activité dans la réaction de polycondensation d'organopolysiloxanes et une très faible solubilité dans un milieu silicone rendant ainsi leurs utilisations problématique. Il est à noter que la définition des ligands est tirée de l'ouvrage Chimie Organométallique de Didier Astruc, publié en 2000 par EDP Sciences, Cf. notamment Chapitre 1, Les complexes monométalliques , pages 31 et suivantes. La nature du ligand neutre Y importe peu et l'homme du métier utilisera tout type de ligand neutre adapté au métal concerné. Pour détailler un peu plus la nature des éléments constitutifs de l'invention, il importe de préciser que 35 tout appareil classique de malaxage peut être mis en oeuvre, notamment les appareils à agitation lente. Ainsi, l'opération de malaxage peut être réalisée dans un malaxeur muni d'un agitateur. A titre d'exemple, on peut30 citer les extrudeuses à vis simple ou multiple(s), les malaxeurs planétaires, les malaxeurs à crochet, les disperseurs lents, les malaxeurs statiques, les malaxeurs à pale, à hélice, à bras ou à ancre. Tout polymère huileux organopolysiloxanique K dont la viscosité est d'au moins d'au moins 100 mPa.s de préférence d'au moins 5000 mPa.s et encore plus préférentiellement d'au moins 10 000 mPa. s convient à la mise en oeuvre de l'invention. Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, le broyage est effectué au moyen d'un mélangeur à 3 cylindres dont les pressions de serrage entre les cylindres sont ajustées de façon à conduire à un mélange homogène.
Selon un mode de réalisation préféré, le système catalytique X comprend au moins un complexe ou sel métallique A de formule (2) suivante: [M (L')ri (L2)r2] (2) dans laquelle: -rl>letr2>0; - le symbole M représente un métal sélectionné parmi le groupe constitué par: le cuivre, l'argent, le fer, le bore, le scandium, le cérium, l'ytterbium, le bismuth, le molybdène, le germanium et le manganèse; - le symbole L' représente un ligand qui est un anion (3-dicarbonylato ou l'anion énolate d'un composé [3-dicarbonylé et lorsque rl > 2, les symboles L' sont identiques ou différents, - le symbole L2 représente un ligand anionique différent de L' et lorsque r2 > 2, les symboles L2 sont identiques ou différents.
Il est à noter qu'au moins une partie du caractère inventif de l'invention, tient à la sélection judicieuse et avantageuse des associations délimitées de composés métalliques A utilisées à titre de catalyseur de polycondensation.
Selon une disposition préférée de réalisation de l'invention, le système catalytique X comprend au moins un complexe ou sel métallique A choisi parmi le groupe constitué par les complexes ou sels métalliques de formules (3) à (7) suivantes: (3): [Ce (L') r3 (L2) r41 ; avec r3 > 1 et r4 > 0 et r3+r4=3, (4): [Mo (L') r5 (L2) r6] ; avec r5 > 1 et r6? 0 et r5+r6=6, (5): [Bi (L')r7(L2)rg] ; avec r7? 1 et r8? 0 et r7+r8=3, (6): [Mn (L'),, (L2)r,p] ; avec r9 > 1 et rl0? 0 et r9+r10=3, (7): [Fe (L')r, i (L2)r,2] ; avec rl 1 ? 1 et r12? 0 et rl 1+r12=3, dans lesquelles: - le symbole L' représente un ligand qui est un anion (3-dicarbonylato ou l'anion énolate d'un composé 13-dicarbonylé et lorsque le nombre de ligand L' > 2, les symboles L' sont identiques ou différents, et - le symbole Lz représente un ligand anionique différent de L' et lorsque le nombre de ligand L2> 2, les symboles L2 sont identiques ou différents.
Selon une autre disposition préférée de réalisation de l'invention, le système catalytique X comprend au moins un complexe ou sel métallique A choisi parmi le groupe constitué par les complexes ou sels métalliques de formules (8) à (33) suivantes (8): [Ce (t-Bu-acac)3] avec (t-Bu-acac) = l'anion 2,2,6,6-tétraméthyl-3,5-heptanedionato ou l'anion énolate de la 2,2,6,6-tétraméthyl-3,5-heptanedione, (9): [Ce (acac)3] avec acac = l'anion 2,4-pentanedionato ou l'anion énolate de la 2,4-pentanedione, (10): [Ce (EAA)31 avec EAA = l'anion éthyle acétoacétato ou l'anion énolate de l'éthyle acétoacétate, (11): [Mo (02) (t-Bu-acac)21 avec (t-Bu-acac) = l'anion 2,2,6,6-tétraméthyl-3,5-heptanedionato ou l'anion énolate de la 2,2,6,6-tétraméthyl-3,5-heptanedione, (12): [Mo (02) (Cy-acac)2] avec Cy-acac = l'anion 2-acétylcyclohexanonato ou l'anion énolate de la 2-acétylcyclohexanone, (13): [Mo (02) (acac)2] avec acac = l'anion 2,4-pentanedionato ou l'anion énolate de la 2,4-pentanedione, (14): [Mo (02) (Cp-acac)2] avec Cp-acac = l'anion 2- acétylcyclopentanonato ou l'anion énolate de la 2-acétylcyclopentanone, (15): [Mn (acac)3] avec acac = l'anion 2,4-pentanedionato ou l'anion énolate de la 2,4-pentanedione, (16): [Fe (t-Bu-acac)3] avec (t-Bu-acac) = l'anion 2,2,6,6-tétraméthyl-3,5-heptanedionato ou l'anion énolate de la 2,2,6,6-tétraméthyl-3,5-heptanedione, (17): [Fe (EAA)3] avec EAA = l'anion éthyle acétoacétato ou l'anion énolate de l'éthyle acétoacétate, (18): [Fe (EAA)2 (2-éthylhexanoato)] avec EAA = l'anion éthyle acétoacétato ou l'anion énolate de l'éthyle acétoacétate, (19): [Fe (EAA) (2-éthylhexanoato)2] avec EAA = l'anion éthyle acétoacétato ou l'anion énolate de l'éthyle acétoacétate, (20): [Fe (acac)3] avec acac = l'anion 2,4-pentanedionato ou l'anion énolate de la 2,4-pentanedione, (21): [Fe (trifluoro-acac)31 avec trifluoro-acac = l'anion trifluoroacétylacétonato, (22): [Fe (iPr-AA)3] avec iPr-AA = l'anion isopropyle acétoacétato ou l'anion énolate de l'isopropyle acétoacétate, (23): [Fe (iBu-AA)3] avec iPr-AA = l'anion isobutyle acétoacétato ou l'anion énolate de l'isobutyle acétoacétate, (24): [Fe (tBu-AA)3] avec tPr-AA = l'anion tertiobutyle acétoacétato ou l'anion énolate du tertiobutyle acétoacétate, (27): [Bi (hfacac)3] avec hfacac = l'anion 1,1,1,5,5,5-hexafluoropentanedionato (32): [Fe (isopropyle acétoacétato)2 (2,2-diméthylbutyrato)], et (33): [Fe (isopropyle acétoacétato) (2,2-diméthylbutyrato)2].
Selon une autre disposition préférée de réalisation de l'invention, le ligand (3-dicarbonylato L' est un anion (3-dicétonato dérivé d'une (3-dicétone ou un anion (3-cétoestérato dérivé d'un G3-cétoester de formule 5 suivante: R'COCHR2COR3 (34) dans laquelle : - R' représente un radical hydrocarboné linéaire ou ramifié, substitué ou non, en C1-C30 ou un aromatique substitué ou non, 10 - R2 est un hydrogène ou un radical hydrocarboné, en général alkyle, présentant avantageusement au plus 4 atomes de carbone ; - R3 représente un radical hydrocarboné en C1-C3o linéaire, cyclique ou ramifié, substitué ou non, un aromatique substitué ou non, ou un radical ûOR4 avec R4 qui représente un radical hydrocarboné en C1-C30 linéaire, cyclique ou ramifié, substitué ou non, avec 15 - R' et R2 peuvent être reliés pour former un cycle, et - R2 et R4 peuvent être reliés pour former un cycle.
Parmi les [3-dicétones de formule (34) particulièrement intéressantes pour la composition selon l'invention, on citera celles choisies parmi le groupe constitué par les f3-dicétones: 2,4-pentanedione (acac); 20 l'hexanedione-2,4; heptanedione-2,4; heptanedione-3,5; I'éthyl-3 pentanedione-2,4; méthyl-5 hexanedione-2,4; octanedione-2,4; octanedione-3,5; diméthyl-5,5 hexanedione-2,4; méthyl-6 heptanedione-2,4; diméthyl-2, 2 nonanedione-3,5; diméthyl-2,6 heptanedione-3,5; 2-acétylcyclohexanone (Cy-acac); 2,2,6,6-tétraméthyl-3,5-heptanedione (t-Bu-acac); 1,1,1,5,5,5-hexafluoro-2,4-pentanedione (F-acac)]; benzoylacétone; dibenzoyl-méthane; 3-méthyl-2,4-pentadione; 3-acétyl-pentane-2-one; 3-acétyl-2- 25 hexanone; 3-acétyl-2-heptanone; 3-acétyl-5-méthyl-2-hexanone; stéaroylbenzoylméthane; octanoylbenzoylméthane; 4-t-butyl-4'-méthoxy-dibenzoylméthane; 4,4'-diméthoxy-dibenzoylméthane et 4,4' -di-tert-b utyl-dibenzoyl méthane.
Selon une autre disposition préférée de réalisation de l'invention, le ligand (3-dicarbonylato L' est un 30 anion (3-cétoestérato choisi parmi le groupe constitué par les anions dérivés des composés suivants: les esters méthylique, éthylique, n-propylique, isopropylique, n-butylique, sec-butylique, isobutylique, tertiobutylique, isopentylique, n-hexylique, n-octylique, méthyl-1 heptylique, n-nonylique, n-décylique et n-dodécylique de l'acide acétylacétique ou ceux décrit dans la demande de brevet FR-A-1435882.
35 Pour détailler un peu plus la nature des éléments constitutifs du complexe métallique A selon l'invention, il importe de préciser que L2 est un ligand anionique sélectionné dans le groupe constitué par les anions: fluoro (F-), chloro (Cr), triiodo(r) (I3)-, difluorochlorato(1-) [CIF2]-, hexafluoroiodato(1-) [IFS]-, oxochlorato(r) (CIO)-, dioxochlorato( r) (CIO2)-, trioxochlorato(1-) (CIO3)-, tétraoxochlorato( r) (CIO4)-, hydroxo (OH)-, mercapto (SH)-, sélanuro (SeH)-, hyperoxo (02)-, ozonido (03)-, hydroxo (OH-), hydrodisulfuro (HS2)-, méthoxo (CH3O)-, éthoxo (C2H5O) propoxydo (C3H7O)-, méthylthio (CH3S)-, éthanethiolato (C2H5S)- , 2-chloroéthanolato (C2H4CIO)-, phénoxydo (C6H5O)-, phénylthio (C6H5S)-, 4-nitrophénolato [C6H4(NO2)O]-, formato (HCO2)- , acétato (CH3CO2)-, propionato (CH3CH2CO2)- , azoturo (N3)-, cyano (CN)-, cyanato (NCO)-, thiocyanato (NCS)-, sélénocyanato (NCSe)-, amido (NH2)-, phosphine (PH2)-, chloroazanuro (CIHN)", dichloroazanuro (C12N)-, [méthanaminato(1-)] (CH3NH)-, diazénuro (HN=N)-, diazanuro (H2N-NH)-, diphosphénuro (HP=P)-, phosphonito (H2PO)-, phosphinato (H2PO2)- , carboxylato, énolato, les amidures, alkylato et arylato.
Selon un mode de réalisation particulièrement préféré, L2 est un ligand anionique sélectionné dans le groupe constitué par les anions: acétate, oxalate, propionate, butyrate, isobutyrate, diéthylacétate, benzoate, 2-éthylhexanoate, stéarate, méthoxyde, éthoxyde, isopropoxyde, tert-butoxyde, tert-pentoxyde, 8-hydroxyquinolinate, naphténate, tropolonate et l'anion oxo O2-.
La nature du ligand neutre Y importe peu et l'homme du métier utilisera tout type de ligand neutre adapté au métal concerné.
L'invention concerne aussi un système catalytique X caractérisé en ce qu'il: a) comprend au moins un complexe ou sel métallique A de formule (1) suivante: [M (L')n (L2),2 (Y)X] (1) dans laquelle: - rl>1,r2?Oetx>0; - le symbole M représente un métal sélectionné parmi le groupe constitué par: le cuivre, l'argent, le fer, le bore, le scandium, le cérium, l'ytterbium, le bismuth, le molybdène, le germanium et le manganèse; - le symbole L' représente un ligand qui est un anion (3-dicarbonylato ou l'anion énolate d'un composé [3-dicarbonylé et lorsque r1 > 2, les symboles L' sont identiques ou différents, - le symbole L2 représente un ligand anionique qui est différent de L' et lorsque r2 > 2, les symboles L2 sont identiques ou différents, et - le symbole Y représente un ligand neutre et lorsque x > 2, les symboles Y sont identiques ou différents, 30 et b) le système catalytique X est préparé selon le procédé suivant: - étape 1) le complexe ou sel métallique A est dispersé dans au moins un polymère huileux organopolysiloxanique K dont la viscosité est d'au moins 100 mPa.s de préférence d'au moins 5000 mPa.s et encore plus préférentiellement d'au moins 10 000 mPa.s, et 35 - étape 2: le mélange est broyé éventuellement après un malaxage jusqu'à obtenir un mélange homogène qui est le système catalytique X.
La quantité du système catalytique X selon l'invention est ajustée par l'homme du métier de manière à ce que complexe ou sel métallique A soit en quantité suffisante pour répondre aux besoins de l'application. De manière générale le complexe ou sel métallique A sera présent dans la composition dans des quantités comprises entre 0,01 et 15 %, et de préférence entre 0,05 et 10 % en poids de la masse totale de la composition.
Un autre objet de l'invention consiste en l'utilisation d'un système catalytique X selon l'invention et tel que défini ci-dessus comme catalyseur de la réaction de polycondensation d'organopolysiloxanes.
Description de la base silicone B : Les bases silicone utilisées dans la présente invention réticulant et durcissant par des réactions de polycondensation sont bien connues. Ces bases sont décrites en détail en particulier dans de nombreux brevets et elles sont disponibles dans le commerce.
Ces bases silicones peuvent être mono-composantes, c'est-à-dire conditionnées en un seul emballage, et stables au stockage en l'absence d'humidité, durcissables en présence d'humidité, en particulier d'humidité apportée par l'air ambiant ou par de l'eau générée au sein de la base lors de son emploi.
En dehors des bases mono-composantes peuvent être utilisées des bases bi-composantes, c'est-à-dire conditionnées en deux emballages, qui durcissent dès l'incorporation du système catalytique X selon l'invention. Elles sont conditionnées après incorporation du catalyseur en deux fractions séparées, l'une des fractions pouvant ne renfermer par exemple que le catalyseur selon l'invention ou un mélange avec l'agent réticulant.
La base silicone B utilisée pour réaliser la composition selon l'invention peut comprendre: - au moins une huile polyorganosiloxane C susceptible de réticuler par polycondensation en un élastomère; - éventuellement au moins un agent de réticulation D; - éventuellement au moins un promoteur d'adhérence E; et - éventuellement au moins une charge minérale siliceuse, organique et/ou non siliceuse F.
L'huile polyorganosiloxane C est de préférence un polymère a,w-dihydroxypolydiorganosiloxane, de viscosité comprise entre 50 et 5 000 000 mPa.s à 25°C et agent de réticulation D est de préférence un composé organosilicié portant plus de deux groupes hydrolysables liés aux atomes de silicium par molécule.
L'huile polyorganosiloxane C peut également être fonctionnalisée au niveau de ses extrémités par des radicaux hydrolysables obtenu par condensation d'un précurseur porteur de fonctions hydroxyles avec un silane réticulant porteur de radicaux hydrolysables.
Comme agent de réticulation (D) on peut citer : - les silanes de formule générale suivante : R'k Si(OR2)(4_k) dans laquelle les symboles R2, identiques ou différents, représentent des radicaux alkyles ayant de 1 à 8 atomes de carbone, tels que les radicaux méthyle, éthyle, propyle, butyle, pentyle, éthyl-2 hexyle, des radicaux oxyalkylènes en C3-C6, le symbole R' représente un groupe hydrocarboné aliphatique saturé ou insaturé, linéaire ou ramifié, un groupe carbocyclique, saturé ou insaturé et/ou aromatique, monocyclique ou polycyclique et k est égal à 0, 1 ou 2 ; et - les produits d'hydrolyse partielle de ce silane.
Comme exemple de radicaux alcoxyalkylène en C3-C6 on peut citer les radicaux suivants : CH3OCH2CH2- CH3OCH2CH(CH3)- CH3OCH(CH3)CH2-C2H5OCH2CH2CH2-
Le symbole R' représente un radical hydrocarboné en C,-C,p englobant: -les radicaux alkyles en C,-C,0 tels que les radicaux méthyle, éthyle, propyle, butyle, pentyle, éthyl-2 hexyle, octyle, décyle, - les radicaux vinyle, allyle, et - les radicaux cycloalkyles ce C5-C8 tels que les radicaux phényle, tolyle et xylyle.
Les agents de réticulation D sont des produits accessibles sur le marché des silicones ; de plus leur emploi dans les compositions durcissant dès la température ambiante est connu ; il figure notamment dans les brevets français FR-A-1 126 411, FR-A-1 179 969, FR-A-1 189 216, FR-A-1 198 749, FR-A-1 248 826, FR-A-1 314 649, FR-A-1 423 477, FR-A-1 432 799 et FR-A-2 067 636.
Parmi les agents de réticulation D, on préfère plus particulièrement les alkyltrialcoxysilanes, les silicates d'alkyle et les polysilicates d'alkyle, dans lesquels les radicaux organiques sont des radicaux alkylés 30 ayant de 1 à 4 atomes de carbone.
Comme autres exemples d'agents de réticulation D qui peuvent être utilisés, on cite plus particulièrement les silanes suivants : CH3Si(OCH3) 3 ; C2H5Si(OC2H5) 3 ; C2H5Si(OCH3) 3 35 CH2=CHSi(OCH3)3; CH2=CHSi(OCH2CH2OCH3) 3 C6H5Si(OCH3) 3 ; [CH3][OCH(CH3)CH2OCH3]Si[OCH3] 2 Si(OCH3) 4 ; Si(OC2H5)4; Si(OCH2CH2CH3) 4; Si(OCH2CH2CH2CH3) 4 Si(OC2H4OCH3) 4 ; CH3Si(OC2H4OCH3) 3 ; CICH2Si(OC2H5) 3 ; Comme autres exemples d'agent de réticulation D, on peut citer le polysilicate d'éthyle, ou le polysilicate de n-propyle.
On utilise généralement de 0,1 à 60 parties en poids d'agent de réticulation D pour 100 parties en poids de polyorganosiloxane C susceptible de réticuler par polycondensation en un élastomère.
Ainsi la composition selon l'invention peut comprendre au moins un promoteur d'adhérence E, en particulier non nucleophile et non aminé, ou alors il s'agit d'une amine tertiaire, de préférence choisi parmi les composés organosiliciques portant à la fois : (1) un ou des groupes hydrolysables liés à l'atome de silicium, et
(2) un ou des groupes organiques substitués par des radicaux comprenant un atome d'azote ou choisis dans le groupe des radicaux (méth)acrylate, époxy, et alcényle, et plus préférentiellement encore dans le groupe constitué par les composés suivants pris seul ou en mélange: vinyltriméthoxysilane (VTMO),
3-glycidoxypropyl-triméthoxysilane (GLYMO),
méthacryloxypropyltriméthoxysilane (MEMO),
[H2N(CH2)3]Si(OCH2CH2CH3)3,
[H2N(CH2)3]Si(OCH3)3 [H2N(CH2)3]Si(OC2H5)3
[H2N(CH2)4]Si(OCH3)3
[H2NCH2CH(CH3)CH2CH2]SiCH3(OCH3) 2
[H2NCH2]Si(OCH3)3
[n-C4H9-HN-CH2]Si(OCH3)3 [H2N(CH2)2NH(CH2)3]Si(OCH3)3
[H2N(CH2)2NH(CH2)3]Si(OCH2CH2OCH3)3
[CH3NH(CH2)2NH(CH2)3]Si(OCH3)3
[H(NHCH2CH2)2NH(CH2)3]Si(OCH3)3
H2(CH2)NH(CH2)3Si(OCH3)2 OCH(CH2)CHOCH3
H2( CH2)NH (CH2)3Si-CH =CH2 1 (OCH3)2 ou des oligomères polyorganosiloxaniques contenant de tels groupes organiques à une teneur supérieure à 20%. Pour les bases mono- et bi-composantes, on utilise comme charges minérales F des produits très 35 finement divisés dont le diamètre particulaire moyen est inférieur à 0,1 m. Parmi ces charges figurent les silices de combustion et Ies silices de précipitation; leur surface spécifique BET est généralement supérieure à 40 m2/g. Ces charges peuvent également se présenter sous la forme de produits plus grossièrement divisés, de diamètre particulaire moyen supérieur à 0,1 pm. Comme exemples de telles charges, on peut citer le quartz broyé, les silices de diatomées, le carbonate de calcium, l'argile calcinée, l'oxyde de titane du type rutile, les oxydes de fer, de zinc, de chrome, de zirconium, de magnésium, les différentes formes d'alumine (hydratée ou non), le nitrure de bore, le lithopone, le métaborate de baryum, le sulfate de baryum, les microbilles de verre; leur surface spécifique est généralement inférieure à 30 m2/g.
Ces charges peuvent avoir été modifiées en surface par traitement avec les divers composés organosiliciques habituellement employés pour cet usage. Ainsi ces composés organosiliciques peuvent être des organochlorosilanes, des diorganocyclopolysiloxanes, des hexaorganodisiloxanes, des hexaorganodisilazanes ou des diorganocyclopolysilazanes (brevets français FR-A-1 126 884, FR-A-1 136 885, FR-A-1 236 505, brevet anglais GB-A-1 024 234). Les charges traitées renferment, dans la plupart des cas, de 3 à 30 % de leur poids de composés organosiliciques. Les charges peuvent être constituées d'un mélange de plusieurs types de charges de granulométrie différente; ainsi par exemple, elles peuvent être constituées de 30 à 70 % de silices finement divisées de surface spécifique BET supérieure à 40 m2 /g et de 70 à 30 % de silices plus grossièrement divisées de surface spécifique inférieure à 30 m2/g.
L'introduction des charges a pour but de conférer de bonnes caractéristiques mécaniques et rhéologiques aux élastomères découlant du durcissement des compositions conformes à l'invention. 20 En combinaison avec ces charges peuvent être utilisés des pigments minéraux et/ou organiques ainsi que des agents améliorant la résistance thermique (sels et oxydes de terres rares tels que les oxydes et hydroxydes cériques) et/ou la résistance à la flamme des élastomères. Par exemple on peut utiliser les coktails d'oxyde décrits dans la demande internationale WO 98/29488. Parmi les agents améliorant la 25 résistance à la flamme peuvent être cités les dérivés organiques halogénés, les dérivés organiques du phosphore, les dérivés du platine tels que l'acide chloroplatinique (ses produits de réaction avec des alcanols, des éthers-oxydes), les complexes chlorure platineux-oléfines. Ces pigments et agents représentent ensemble au plus 20 % du poids des charges.
30 D'autres agents auxiliaires et additifs usuels peuvent être incorporés à la composition selon l'invention; ceux-ci sont choisis en fonction des applications dans lesquelles sont utilisées lesdites compositions.
La base silicone utilisée pour réaliser la composition selon l'invention peut comprendre: 35 - 100 parties d'huile polyorganosiloxane C susceptible de réticuler par polycondensation en un élastomère ; - 0 à 20 parties d'un agent de réticulation D; - 0 à 20 parties d'un promoteur d'adhérence E; et - 0 à 50 parties de charge F.
Outre les constituants principaux, des polymères polyorganosiloxanes linéaires non réactif G peuvent être introduits dans le dessein d'agir sur les caractéristiques physiques des compositions conformes à 5 l'invention et/ou sur les propriétés mécaniques des élastomères issus du durcissement de ces compositions.
Ces polymères polyorganosiloxanes linéaires non réactif G sont bien connus; ils comprennent plus spécialement: des polymères am-bis(triorganosiloxy)diorganopolysiloxanes de viscosités d'au moins 10 mPa.s à 25°C, formés essentiellement de motifs diorganosiloxy et d'au plus 1 % de motifs 10 monoorganosiloxy et/ou siloxy, les radicaux organiques liés aux atomes de silicium étant choisis parmi les radicaux méthyle, vinyle et phényle, 60 % au moins de ces radicaux organiques étant des radicaux méthyle et 10 % au plus étant des radicaux vinyle. La viscosité de ces polymères peut atteindre plusieurs dizaines de millions de mPa.s à 25°C; ils comprennent donc des huiles d'aspect fluide à visqueux et des gommes molles à dures. Ils sont préparés selon les techniques usuelles décrites plus précisément dans les brevets français 15 FR-A-978 058, FR-A-1 025 150, FR-A-1 108 764, FR-A-1 370 884. On utilise de préférence les huiles a,(Ù-bis(triméthylsiloxy) diméthylpolysiloxanes de viscosité allant de 10 mPa.s à 1 000 mPa.s à 25°C. Ces polymères qui jouent le rôle de plastifiants peuvent être introduits à raison d'au plus 70 parties, de préférence de 5 à 20 parties, pour 100 parties de d'huile polyorganosiloxane C susceptible de réticuler par polycondensation. 20 Les compositions selon l'invention peuvent en outre avantageusement comprendre au moins une résine silicone H. Ces résines silicones sont des polymères organopolysiloxanes ramifiés bien connus et disponibles dans le commerce. Elles présentent, par molécule, au moins deux motifs différents choisis parmi ceux de formule R"'3SiOii2 (motif M), R"'2SiO2i2 (motif D), R"'SiO312 (motif T) et SiO4i2 (motif Q). Les 25 radicaux R"' sont identiques ou différents et sont choisis parmi les radicaux alkyles linéaires ou ramifiés, les radicaux vinyle, phényle, trifluoro-3,3,3 propyle. De préférence, les radicaux alkyles présentent de I à 6 atomes de carbone inclus. Plus particulièrement, on peut citer comme radicaux R alkyle, les radicaux méthyle, éthyle, isopropyle, tertiobutyle et n-hexyle. Ces résines sont de préférence hydroxylées et ont dans ce cas une teneur pondérale en groupe hydroxyle comprise entre 5 et 500 meq/100 g. 30 Comme exemple de résines, on peut citer les résines MQ, les résines MDQ, les résines TD et les résines MDT. Pour fabriquer les compositions conformes à l'invention, il est nécessaire dans le cas des compositions 35 mono-composantes d'utiliser un appareillage qui permette de mélanger intimement à l'abri de l'humidité, avec et sans apport de chaleur, les divers constituants fondamentaux auxquels sont éventuellement ajoutés les adjuvants et additifs précités. Tous ces ingrédients peuvent être chargés dans l'appareillage selon un 13 ordre quelconque d'introduction. Ainsi il est possible de mélanger tout d'abord les huiles organopolysiloxanes C et les charges F et d'ajouter ensuite à l'empâtage obtenu les réticulants D, les composés E et le catalyseur selon l'invention. Il est également possible de mélanger les huiles C, les réticulants D, les composés E et les charges F et d'ajouter ultérieurement le catalyseur selon l'invention. Au cours de ces opérations, les mélanges peuvent être chauffés à une température comprise dans l'intervalle 50-180°C sous la pression atmosphérique ou sous une pression réduite afin de favoriser le départ de matières volatiles.
Les compositions mono-composantes, conformes à l'invention, utilisées telles quelles, c'est-à-dire non diluées, ou sous forme de dispersions dans des diluants, sont stables au stockage en l'absence d'eau et durcissent dès les basses températures (après départ des solvants dans le cas des dispersions) en présence d'eau pour former des élastomères.
Après le dépôt des compositions telles quelles, sur des substrats solides, en atmosphère humide, on constate qu'un processus de durcissement en élastomères se met en oeuvre, il s'effectue de l'extérieur à l'intérieur de la masse déposée. Une peau se forme d'abord en surface puis la réticulation se poursuit en profondeur. La formation complète de la peau, qui se traduit par un toucher non collant de la surface, demande une période de temps de quelques minutes; cette période dépendant du taux d'humidité relative de l'atmosphère entourant les compositions et de la faculté de réticulation de celles-ci.
Par ailleurs le durcissement en profondeur des couches déposées, qui doit être suffisant pour permettre le démoulage et la manipulation des élastomères formés, nécessite une période de temps plus longue. En effet, cette période dépend non seulement des facteurs cités ci-dessus pour la formation du toucher non collant mais aussi de l'épaisseur des couches déposées, laquelle épaisseur s'échelonne généralement entre 0,5 mm et plusieurs centimètres. Les compositions mono-composantes peuvent être employées pour de multiples applications comme le jointoiement dans l'industrie du bâtiment, l'assemblage des matériaux les plus divers (métaux, matières plastiques, caoutchoucs naturels et synthétiques, bois, carton, faïence, brique, céramique, verre, pierre, béton, éléments de maçonnerie), l'isolation de conducteurs électriques, l'enrobage de circuits électroniques, la préparation de moules servant à la fabrication d'objets en résines ou mousses synthétiques.
La fabrication des compositions bi-composantes conformes à l'invention s'effectue également par mélange des divers constituants dans des appareils appropriés. Pour obtenir des compositions homogènes, il est préférable de mélanger tout d'abord les polymères A avec les charges C ; l'ensemble peut être chauffé au moins 30 minutes à une température supérieure à 80°C, de manière à parfaire le mouillage des charges par les huiles. Au mélange obtenu, porté de préférence à une température inférieure à 80°C, par exemple de l'ordre de la température ambiante, peuvent être ajoutés les autres constituants, c'est-à-dire les agents réticulants, le catalyseur et éventuellement des additifs et adjuvants divers et même de l'eau.
Les compositions conformes à l'invention peuvent être employées pour de multiples applications comme le jointoiement et/ou le collage dans l'industrie du bâtiment, l'industrie du transport (exemples : automobile, aérospatiale, ferroviaire, maritime et aéronautique), l'assemblage des matériaux les plus divers (métaux, matières plastiques, caoutchoucs naturels et synthétiques, bois, cartons, polycarbonate, faïence, brique, céramique, verre, pierre, béton et éléments de maçonnerie), l'isolation de conducteurs électriques, l'enrobage de circuits électroniques et la préparation de moules servant à la fabrication d'objets en résines ou mousses synthétiques.
Ainsi, un autre objet de l'invention consiste en un système bicomposant précurseur de la composition organopolysiloxanique selon l'invention et telle que définie ci-dessus et vulcanisable en élastomère silicone par des réactions de polycondensation et caractérisé en ce qu'il se présente en deux parties Pl et P2 distinctes destinées à être mélangées pour former ladite composition, et en ce que l'une de ces parties comprend le système catalytique X tel que défini ci-dessus comme catalyseur de la réaction de polycondensation d'organopolysiloxanes et l'agent de réticulation D alors que l'autre partie est exempte des espèces précitées et comprend: - pour 100 parties en poids de l'huile (ou des huiles) polyorganosiloxane(s) C susceptible(s) de réticuler par polycondensation en un élastomère, - de 0.001 à 10 partie(s) en poids d'eau.
Un autre objet de l'invention consiste aussi en une composition polyorganosiloxanique monocomposant stable au stockage en l'absence d'humidité et réticulant, en présence d'eau, en élastomère, caractérisée en ce qu'elle comprend: - au moins un polyorganopolysiloxane linéaire réticulable présentant des extrémités fonctionnalisées de type alcoxy, oxime, acyle et /ou énoxy, de préférence alcoxy, - une charge, et - le système catalytique X selon l'invention et tel que défini ci-dessus.
Une composition organopolysiloxanique selon l'invention particulièrement avantageuse, et vulcanisable en élastomère silicone par des réactions de polycondensation comprend : (a) une base silicone B comprenant : - pour 100 parties en poids d'au moins une huile polyorganosiloxane C susceptible de réticuler par polycondensation qui est un polymère réactif am-dihydroxydiorganopolysiloxane dont les radicaux organiques sont des radicaux hydrocarbonés de préférence choisi parmi le groupe constitué par: les alkyles ayant de 1 à 20 atomes de carbone ; les cycloalkyles ayant de 3 à 8 atomes de carbone ; les alcényles ayant de 2 à 8 atomes de carbone et les cycloalcényles ayant de 5 à 8 atomes de carbone ; - de 0,1 à 60 parties en poids d'au moins un agent de réticulation D choisi parmi le groupe constitué par: les polyacoxysilanes, les produits provenant de l'hydrolyse partielle d'un polyalcoxysilane et les polyalcoxysiloxanes; -de 0 à 60 parties en poids d'un promoteur d'adhérence E tel que décrit ci-dessus; - de 0 à 250 parties en poids, de préférence de 5 à 200 parties en poids, d'au moins une charge minérale siliceuse, organique edou non siliceuse F; - de 0,001 à 10 parties en poids d'eau, - de 0 à 100 parties en poids d'au moins un polymère polyorganosiloxane linéaire non réactif G consistant dans un homopolymère ou copolymère linéaire dont, par molécule, les substituants organiques monovalents, identiques ou différents entre eux, liés aux atomes de silicium sont choisis parmi les radicaux alkyles, cycoalkyles, alcényles, aryles, alkylarylènes et arylalkylènes, - de 0 à 70 parties en poids de résines polyorganosiloxanes H, - de 0 à 20 parties en poids d'une base colorante ou d'un agent de coloration I, et - de 0 à 20 parties d'additifs auxiliaires J connus de l'homme de métier, tels que des agents plastifiant ; des ralentisseurs de réticulation, des huiles minérales, des agents antimicrobien, des additifs de tenue thermique tels que les oxydes de titane, de fer ou de cérium, et (b) de 0,1 à 50 parties en poids du système catalytique X selon l'invention et tel que défini ci-dessus.
Les compositions bi-composantes selon l'invention peuvent être mises en forme, extrudées ou en particulier moulées suivant des formes variées, puis être durcies à la température ambiante en un élastomère.
En outre, elles conviennent pour la formation de joints "in-situ" utilisés dans l'industrie automobile. Ces joints "in-situ" englobent plusieurs types, à savoir les joints "écrasés" (dits flués ), les joints "en forme" (dits profilés sur pièce ) et les joints "injectés".
Les joints "écrasés" sont formés à la suite de l'application d'un cordon pâteux des compositions sur la zone de contact entre 2 éléments métalliques ou plastiques à assembler. Le cordon pâteux est d'abord déposé sur l'un des éléments puis l'autre élément est aussitôt appliqué sur le premier; il en résulte un écrasement du cordon avant qu'il ne se transforme en élastomère. Ce type de joints s'adresse à des assemblages ne devant pas être couramment démontés (joints de carter d'huile, joints de carter de distribution...).
Les joints "en forme" sont également obtenus à la suite de l'application d'un cordon pâteux des compositions sur la zone de contact entre 2 éléments à assembler. Toutefois, après la dépose du cordon pâteux sur l'un des éléments on attend le durcissement complet du cordon en élastomère et à ce moment-là seulement applique le deuxième élément sur le premier.
Par ailleurs les joints, par leurs caractères caoutchouteux ou fluides, épousent toutes les irrégularités des surfaces à jointoyer de ce fait, il est inutile : (1) d'usiner soigneusement les surfaces métalliques devant être mises en contact les unes avec les autres, et (2) de serrer avec force les assemblages obtenus; ces particularités permettent de supprimer dans une certaine mesure, des joints de fixation, des entretoises, des nervures destinés habituellement à raidir et renforcer les éléments des assemblages.
Comme les compositions conformes à l'invention durcissent rapidement à température ambiante et même en milieu confiné, il en résulte que les joints "en forme" (et aussi les autres joints "in-situ") découlant du durcissement de ces compositions sont auto-adhérents et peuvent être fabriqués dans des conditions de fabrication industrielle très contraignantes. Ils peuvent, par exemple, être fabriqués sur les chaînes de montage usuelles de l'industrie automobile munies d'un appareil automatique de dépose des compositions. Cet appareil automatique possède bien souvent une tête mélangeuse et d'une buse de dépose, celle-ci se déplaçant selon le profil des joints à fabriquer.
Les compositions, fabriquées et distribuées au moyen de cet appareil doivent avoir une durée de durcissement bien ajustée pour d'une part éviter des prises en masse dans la tête mélangeuse et d'autre part obtenir une réticulation complète après la fin de la dépose du cordon pâteux sur les pièces à jointoyer. Ces joints "en forme" conviennent plus spécialement pour les joints de couvre-culbuteurs, de couvercles de boites à vitesses, d'entretoises de distribution et même de carters d'huile.
Les joints injectés sont formés en milieu confiné, dans des cavités souvent complètement closes; les compositions placées dans ces cavités se transforment rapidement en élastomères. Ces joints peuvent assurer par exemple l'étanchéité des paliers de vilbrequins.
Les compositions conformes à l'invention conviennent également pour la formation de joints et/ou colles à durcissement rapide et auto- adhérent dans d'autres domaines que l'automobile. Ainsi elles peuvent servir à coller et à jointoyer des armoires électriques en matière plastique, à produire des joints et/ou colles : - pour des appareils électroménagers notamment pour assembler des pièces telles les parois vitrées et métalliques des fours, des pièces d'aspirateur et de fer à repasser, - pour des boîtiers électroniques utilisés par exemple dans l'automobile (exemples répartiteur de frein....), et - pour l'assemblage, le collage, jointement de réservoir par exemple dans l'industrie automobile. 35 Les compositions conformes à l'invention conviennent tout particulièrement pour la formation de joints en milieu confiné et susceptible de subir un traitement thermique de part le type d'application, par exemple pour des joints utilisés pour coller des éléments dans des appareils électroménagers tels que des fours à cuisson. En effet, dans certaines applications, le joint doit supporter des températures supérieures ou égales à 100°C tout en maintenant une adhésion conforme aux besoins de l'application.
Un autre objet de l'invention concerne un joint autoadhérent et/ou une colle préparés par durcissement à température ambiante : - d'une composition organopolysiloxanique selon l'invention, ou - d'une composition organopolysiloxanique issue du mélange des parties Pl et P2 du bi-composant tel que défini ci-dessus.
Le dernier objet selon l'invention consiste en un élastomère obtenu par réticulation et durcissement du système bi-composant selon l'invention et tel que décrit ci-dessus, ou de la composition selon l'invention et telle que décrite ci-dessus.
D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention apparaîtront à la lecture des exemples suivants donnés à titre illustratif nullement limitatif. EXEMPLES: I) Préparation des systèmes catalytiques selon l'invention a) Synthèse des sels métalliques (10): [Ce (EAA)3] avec EAA = l'anion éthyle acétoacétato ou l'anion énolate de l'éthyle acétoacétate - [Ce (éthyle acétoacétato)3]: A une solution hydroéthanolique (20 ml EtOH, 10 ml eau) de 12 mmol de trichlorure de cérium (3 g) sont ajoutés 68 mmol d'éthyle acétoacétate (8.88 g), puis après 10 min est ajoutée à la solution incolore obtenue une solution aqueuse d'ammoniaque à 28 % (4.1 g). Après 40 min de forte agitation, le solide blanc formé est filtré pour donner après séchage à 50°C sous 3 mbar le produit attendu (3 g) contenant un peu d'hydroxyde de cérium. % Ce calculé= 26.6 %, trouvé par ICP = 34.5 % Données IR (nm) : 2979, 1611, 1505, 1239, 1161, 960.
(12): _[Mo (02) (Cy-acac)2] avec Cy-acac = l'anion 2-acétylcyclohexanonato ou l'anion énolate de la 2-acétylcyclohexanone -MoO2(2-acétylcyclohexanonato)2, et (14):_ [Mo (02) (Cp-acac)2] avec Cp-acac = l'anion 2-acétylcyclopentanonato ou l'anion énolate de la 2-acétylcyclopentanone, A une solution de 30 mmol de molybdate de sodium hydraté (7.26 g) dans 50 ml d'eau acidifiée par de l'acide chlorhydrique 5N à pH 1 (10 ml) sous forte agitation, sont ajoutées sur 5 min 75 mmol de (3-dicétone 5 (2-acétylcyclopentanone : 9.46 g, 2-acétylcyclohexanone : 10.51 g). La solution passe du jaune au vert. L'agitation est poursuivie 5h à température ambiante et le précipité formé est filtré puis lavé par de l'eau. Après séchage à 70°C sous 3 mbar sont obtenus respectivement 10.51 g de (16) sous forme d'un solide vert (rendement= 87 %) et 10.7 g de (18) sous forme d'un solide jaune vif (rendement 94 %). Analyses % Mo calculé % Mo mesuré Pics Infra-Rouge (nm) (ICP) (12): [MoO2(2-acétylcyclohexanonato)2] 23.61 23.93 2857, 1602, 1470, 1222, 927, 900 (14): [MoO2(2-acétylcyclopentanonato)2] 25.37 24.77 2853, 1611, 1486, 1232, 932, 904 (22): [Fe (iPr-AA)3] avec iPr-AA = l'anion isopropyle acétoacétato ou l'anion énolate de l'isopropyle acétoacétate - [Fe (isopropyle acétoacétato)3] ; et 10 (23): [Fe (iBu-AA)3] avec iPr-AA = l'anion isobutyle acétoacétato ou l'anion énolate de l'isobutyle acétoacétate - [Fe (isobutyle acétoacétato)3] Une solution de 112 mmol de méthylate de sodium (6 g) dans 100 ml d'éthanol est concentrée de 20 % par distillation, puis 112.5 mmol du (3-cétoester (16.2 g d'isopropyle acétoacétate ou 17.8 g d'isobutyle acétoacétate) sont ajoutés et la solution obtenue est chauffée à 80°C pendant lh pour donner une solution 15 limpide jaune à orange. Une solution de 37.1 mmol de chlorure de fer anhydre (6 g) dans 20 ml d'éthanol est ajoutée à 80°C pendant 30 min, puis le mélange est chauffé à 80°C pendant 3h, refroidie, filtrée si nécessaire, concentrée à sec, le résidu est repris par 100 ml de diisopropyléther, et le mélange hétérogène est filtré sur célite. Après évaporation à sec est obtenue une huile rouge très foncée, moyennement visqueuse dans le cas de (22) et se solidifiant dans le cas de (23), respectivement 15.9 g (rendement 88.5 %) et 15.8 g 20 (rendement 80.6 %). Analyses % Fe calculé % Fe mesuré (ICP) Infra-Rouge (nm) (22): [Fe (isopropyle acétoacétato)3] 11.51 12.65 2979, 1591, 1506, 1258, 1169 (23) : [Fe (isobutyle acétoacétato)3] 10.59 12.25 Non mesuré (18): [Fe (EAA)2 (2-éthylhexanoato)] avec EAA = l'anion éthyle acétoacétato ou l'anion énolate de l'éthyle 25 acétoacétate - [Fe (éthyle acétoacétato)2 (2-éthylhexanoato)]; et (19): [Fe (EAA) (2-éthylhexanoato)2] avec EAA = l'anion éthyle acétoacétato ou l'anion énolate de l'éthyle acétoacétate -[Fe (éthyle acétoacétato) (2-éthylhexanoato)2]. Une solution de 12.5 mmol de 2-éthylhexanoate de fer et de 1 ou 2 équivalents d'éthyle acétoacétate dans l'heptane (30 ml) est chauffée au reflux pendant 16 h. Après refroidissement, la solution organique rouge est lavée par une solution aqueuse d'hydrogénocarbonate à 10°C, puis par de l'eau, puis séchée et évaporée à sec. Les 2 complexes sont obtenus sous forme de solides plus ou moins pâteux. Analyses % Fe calculé % Fe mesuré (ICP) Infra-Rouge (nm) (25): [Fe(EAA)2(2-éthylhexanoato)] 12.10 Non mesuré 2957, 2931, 1557, 1418, 1264 (26): [Fe(EAA)(2-éthylhexanoato)2] 11.85 15.35 2958, 2932, 1556, 1419, 1264 (32): [Fe (isopropyle acétoacétato)2 (2,2-diméthylbutyrato)] (33): [Fe (isopropyle acétoacétato) (2,2-diméthylbutyrato)2] Une solution de 15 mmol de 2,2-diméthylbutyrate de fer et de 1 ou 2 équivalents d'éthyle acétoacétate dans l'heptane (35 ml) est chauffée au reflux pendant 16 h. Après refroidissement, la solution organique rouge est lavée par une solution aqueuse d'hydrogénocarbonate à 10°C, puis par de l'eau, puis séchée et évaporée à sec. Les 2 complexes sont obtenus sous forme de solides plus ou moins pâteux. Analyses % Fe calculé % Fe mesuré (ICP) Infra-Rouge (nm) (32): Fe(iPrAA)2(2,2-diméthylbutyrato) 12.21 Non mesuré 2966, 2925, 1547, 1514,1414, 1264 (33): Fe(iPrAA)(2,2-diméthylbutyrato)2 13.01 11.3 2966, 2925, 1546, 1514,1413, 1265 b) Préparation des systèmes catalytiques Les complexes synthétisés au paragraphe a) sont dispersés à 6.1% ou à 10% dans une huile silicone: - al : huile polydiméthylsiloxane hydroxylée bloquée à chacune des extrémités de chaînes par un motif (CH3)2(OH)SiOo,5 ayant une viscosité de 14000 mPa.s à 25°C.
Les mélanges sont ensuite finement broyés au moyen d'un mélangeur à 3 cylindres, dont les pressions de serrage entre les cylindres sont ajustées de façon à conduire, si possible, à des mélanges homogènes. Les systèmes catalytiques ainsi obtenus sont caractérisés du point de vue de l'aspect et par une mesure de viscosité sur un appareil Brookfield.
Lorsque l'on utilise une huile (comparatif) a4 : huile polydiméthylsiloxane bloquée à chacune des extrémités de chaînes par un motif (CH3)3SiOo,5 ayant une viscosité de 50 mPa.s à 25°C; on obtient une suspension hétérogène qui décante.
Ces résultats démontrent l'importance d'utiliser une huile silicone ayant une viscosité d'au moins 100 mPa.s pour obtenir des mélanges homogènes afin de pouvoir mettre en oeuvre le système catalytique selon l'invention. 2) Composition silicone réticulant à température ambiante par réaction de polycondensation On prépare des compositions bi-composantes standard à base des systèmes catalytique décrits au paragraphe 1) et on obtient des élastomères ayant des propriétés physique équivalentes ou supérieures au témoin. L'élastomère obtenu présente de bonnes propriétés mécaniques (AIR, R/R et DSA), similaires à celles obtenues avec un catalyseur à base d'étain (témoin). - A/R = allongement à la rupture (%, mesures effectuées selon les indications de la norme ASTM-D412 ou AFNOR-T-46002). R/R = résistance à la rupture (MPa, mesures effectuées selon les indications de la norme ASTM-D41 2 ou AFNOR-T-46002). - Dureté Shore A, notée DSA : mesures effectuées selon les indications de la norme ASTM-D2240),
Claims (6)
1 - Composition organopolysiloxanique, caractérisée en ce qu'elle comprend d'une part une base silicone B apte à durcir par réaction de polycondensation en un élastomère silicone et d'autre part, une quantité catalytiquement efficace d'au moins un système catalytique X caractérisée en ce que: a) le système catalytique X comprend au moins un complexe ou sel métallique A de formule (1), (2) ou (3) suivante: [M (L')ri (L2)x2 (Y)x1 (1) dans laquelle: - rl> 1, r2?Oetx?0; - le symbole M représente un métal sélectionné parmi le groupe constitué par: le cuivre, l'argent, le fer, le bore, le scandium, le cérium, l'ytterbium, le bismuth, le molybdène, le germanium et le manganèse; - le symbole L' représente un ligand qui est un anion R-dicarbonylato ou l'anion énolate d'un composé [3-dicarbonylé et lorsque rl > 2, les symboles Li sont identiques ou différents, - le symbole L2 représente un ligand anionique qui est différent de Li et lorsque r2 > 2, les symboles L2 sont identiques ou différents, et - le symbole Y représente un ligand neutre et lorsque x > 2, les symboles Y sont identiques ou différents, et b) le système catalytique X est préparé selon le procédé suivant: - étape 1) le complexe ou sel métallique A est dispersé dans au moins un polymère huileux organopolysiloxanique K dont la viscosité est d'au moins 100 mPa.s de préférence d'au moins 5000 mPa.s et encore plus préférentiellement d'au moins 10 000 mPa.s, et - étape 2: le mélange est broyé éventuellement après un malaxage jusqu'à obtenir un mélange homogène qui est le système catalytique X.
2 - Composition organopolysiloxanique selon la revendication 1, caractérisée en ce que le broyage est effectué au moyen d'un mélangeur à 3 cylindres dont les pressions de serrage entre les cylindres sont ajustées de façon à conduire à un mélange homogène.
3 - Composition organopolysiloxanique selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le système catalytique X comprend au moins un complexe ou sel métallique A de formule (2) suivante: [M (L')r, (L2)r2] (2) dans laquelle:- rl>1etr2>0; - le symbole M représente un métal sélectionné parmi le groupe constitué par: le cuivre, l'argent, le fer, le bore, le scandium, le cérium, l'ytterbium, le bismuth, le molybdène, le germanium et le manganèse; - le symbole L' représente un ligand qui est un anion (3-dicarbonylato ou l'anion énolate d'un composé (3- dicarbonylé et lorsque rl > 2, les symboles L' sont identiques ou différents, - le symbole L2 représente un ligand anionique différent de L' et lorsque r2 > 2, les symboles L2 sont identiques ou différents.
4 û Composition organopolysiloxanique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le système catalytique X comprend au moins un complexe ou sel métallique A choisi parmi le groupe constitué par les complexes ou sels métalliques de formules (3) à (7) suivantes: (3): [Ce (L') r3 (L2) r41 ; avec r3 > 1 et r4 > 0 et r3+r4=3, (4): [Mo (L') r5 (L2) r6] ; avec r5 > 1 et r6> 0 et r5+r6=6, (5): [Bi (L')r7(L2)r8] ; avec r7? I et r8> 0 et r7+r8=3, (6): [Mn (L'), (L2)r,,,] ; avec r9 > 1 et rl0> 0 et r9+rl0=3, (7): [Fe (L')r,, (L2)r,2] ; avec rl 1 > 1 et ri 2> 0 et rl 1+r12=3, dans lesquelles: - le symbole L' représente un ligand qui est un anion (i-dicarbonylato ou l'anion énolate d'un composé [3- dicarbonylé et lorsque le nombre de ligand L' > 2, les symboles L' sont identiques ou différents, et - le symbole L2 représente un ligand anionique différent de L' et lorsque le nombre de ligand L2 > 2, les symboles L2 sont identiques ou différents.
5 û Composition organopolysiloxanique selon la revendication 4, caractérisée en ce que le système catalytique X comprend au moins un complexe ou sel métallique A choisi parmi le groupe constitué par les complexes ou sels métalliques de formules (8) à (33) suivantes (8): [Ce (1-Bu-acac)3] avec (t-Bu-acac) = l'anion 2,2,6,6-tétraméthyl-3,5-heptanedionato ou l'anion énolate de la 2,2,6,6-tétraméthyl-3,5-heptanedione, (9): [Ce (acac)3] avec acac = l'anion 2,4-pentanedionato ou l'anion énolate de la 2,4-pentanedione, (10): [Ce (EAA)3] avec EAA = l'anion éthyle acétoacétato ou l'anion énolate de l'éthyle acétoacétate, (11): [Mo (02) (t-Bu-acac)2] avec (t-Bu-acac) = l'anion 2,2,6,6-tétraméthyl-3,5-heptanedionato ou l'anion énolate de la 2,2,6,6-tétraméthyl-3,5-heptanedione, (12): [Mo (02) (Cy-acac)2] avec Cy-acac = l'anion 2-acétylcyclohexanonato ou l'anion énolate de la 2- acétylcyclohexanone, (13): [Mo (02) (acac)2] avec acac = l'anion 2,4-pentanedionato ou l'anion énolate de la 2,4-pentanedione, (14): [Mo (02) (Cp-acac)2] avec Cp-acac = l'anion 2- acétylcyclopentanonato ou l'anion énolate de la 2-acétylcyclopentanone,(15): [Mn (acac)3] avec acac = l'anion 2,4-pentanedionato ou l'anion énolate de la 2,4-pentanedione, (16): [Fe (t-Bu-acac)3] avec (t-Bu-acac) = l'anion 2,2,6,6-tétraméthyl-3,5-heptanedionato ou l'anion énolate de la 2,2,6,6-tétraméthyl-3,5-heptanedione, (17): [Fe (EAA)3] avec EAA = l'anion éthyle acétoacétato ou l'anion énolate de l'éthyle acétoacétate, (18): [Fe (EAA)2 (2-éthylhexanoato)] avec EAA = l'anion éthyle acétoacétato ou l'anion énolate de l'éthyle acétoacétate, (19): [Fe (EAA) (2-éthylhexanoato)2] avec EAA = l'anion éthyle acétoacétato ou l'anion énolate de l'éthyle acétoacétate, (20): [Fe (acac)3] avec acac = l'anion 2,4-pentanedionato ou l'anion énolate de la 2,4-pentanedione, (21): [Fe (trifluoro-acac)3] avec trifluoro-acac = l'anion trifluoroacétylacétonato, (22): [Fe (iPr-AA)3] avec iPr-AA = l'anion isopropyle acétoacétato ou l'anion énolate de l'isopropyle acétoacétate, (23): [Fe (iBu-AA)3] avec iPr-AA = l'anion isobutyle acétoacétato ou l'anion énolate de l'isobutyle acétoacétate, (24): [Fe (tBu-AA)3] avec tPr-AA = l'anion tertiobutyle acétoacétato ou l'anion énolate du tertiobutyle acétoacétate, (27): [Bi (hfacac)3] avec hfacac = l'anion 1,1,1,5,5,5-hexafluoropentanedionato (32): [Fe (isopropyle acétoacétato)2 (2,2-diméthylbutyrato)], et (33): [Fe (isopropyle acétoacétato) (2,2-diméthylbutyrato)2].
6 - Composition organopolysiloxanique selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que le ligand [3-dicarbonylato L' est un anion (3-dicétonato dérivé d'une 3-dicétone ou un anion (3-cétoestérato dérivé d'un (3-cétoester de formule suivante: R'COCHR2COR3 (34) dans laquelle : - R' représente un radical hydrocarboné linéaire ou ramifié, substitué ou non, en C1-C30 ou un aromatique substitué ou non, - R2 est un hydrogène ou un radical hydrocarboné, en général alkyle, présentant avantageusement au plus 4 atomes de carbone ; - R3 représente un radical hydrocarboné en C,-C30 , linéaire, cyclique ou ramifié, substitué ou non, un aromatique substitué ou non, ou un radical ûOR4 avec R4 qui représente un radical hydrocarboné en C,-C3ä linéaire, cyclique ou ramifié, substitué ou non, avec - R' et R2 peuvent être reliés pour former un cycle, et - R2 et R4 peuvent être reliés pour former un cycle.7 - Composition organopolysiloxanique selon la revendication 6 caractérisé en ce que la 3-dicétone de formule (34) est choisie parmi le groupe constitué par les 13-dicétones: 2,4-pentanedione (acac); l'hexanedione-2,4; heptanedione-2,4; heptanedione-3,5; I'éthyl-3 pentanedione-2,4; méthyl-5 hexanedione-2,4; octanedione-2,4; octanedione-3,5; diméthyl-5,5 hexanedione-2,4; méthyl-6 heptanedione-2,4; diméthyl- 2, 2 nonanedione-3,5; diméthyl-2,6 heptanedione-3,5; 2-acétylcyclohexanone (Cy-acac); 2,2,6,6-tétraméthyl-3,5-heptanedione (t-Bu-acac); 1,1,1,5,5,5-hexafluoro-2,4-pentanedione (F-acac)]; benzoylacétone; dibenzoyl-méthane; 3-méthyl-2,4-pentadione; 3-acétyl-pentane-2-one; 3-acétyl-2-hexanone; 3-acétyl-2-heptanone; 3-acétyl-5-méthyl-2-hexanone; stéaroylbenzoylméthane; octanoylbenzoylméthane;
4-t-butyl-4'-méthoxy-dibenzoylméthane; 4,4'-diméthoxy-dibenzoylméthane et 4,4'-di-tert-butyl-dibenzoylméthane. 8 - Composition organopolysiloxanique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisée en ce que L` est un ligand anionique sélectionné dans le groupe constitué par les anions: fluoro (F), chloro (Cr), triiodo(1-) (I3)-, difluorochlorato(1-) [CIF2]-, hexafluoroiodato(1-) [IF61-, oxochlorato(1-) (CIO)-, dioxochlorato(1-) (CIO2)-, trioxochlorato(1-) (CIO3)-, tétraoxochlorato(1-) (CIO4)-, hydroxo (OH)-, mercapto (SH)-, sélanuro (SeH)-, hyperoxo (02)-, ozonido (03)-, hydroxo (OH-), hydrodisulfuro (HS2Y, méthoxo (CH3O)-, éthoxo (C2H5O)-, propoxydo (C3H7O)-, méthylthio (CH3S)-, éthanethiolato (C2H5S)- , 2-chloroéthanolato (C2H4CIO)-, phénoxydo (C6H5O)-, phénylthio (C(,H5S)-, 4-nitrophénolato [C6H4(NO2)O]-, formato (HCO2)- , acétato (CH3CO2)-, propionato (CH3CH2CO2)- , azoturo (N3)-, cyano (CN)-, cyanato (NCO)-, thiocyanato (NCS)-, sélénocyanato (NCSe)-, amido (NH2r, phosphino (PH2)-, chloroazanuro (CIHN)-, dichloroazanuro (Cl2N)-, [méthanaminato(1-)] (CH3NH)-, diazénuro (HN=N)-, diazanuro (H2NNH)-, diphosphénuro (HP=P)-, phosphonito (H2PO)-, phosphinato (H2PO2)- , carboxylato, énolato, les amidures, alkylato et arylato. 9 - Composition organopolysiloxanique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisée en ce que L2 est un ligand anionique sélectionné dans le groupe constitué par les anions: acétate, oxalate, propionate, butyrate, isobutyrate, diéthylacétate, benzoate, 2-éthylhexanoate, stéarate, méthoxyde, éthoxyde, isopropoxyde, tert-butoxyde, tert-pentoxyde, 8-hydroxyquinolinate, naphténate, tropolonate et l'anion oxo O2-. 10 - Composition organopolysiloxanique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend outre une quantité catalytiquement efficace d'au moins un système catalytique X et tel que décrit selon l'une quelconque des revendications précédentes et une base silicone B comprenant:- au moins une huile polyorganosiloxane C susceptible de réticuler par polycondensation en un élastomère; - éventuellement au moins un agent de réticulation D; - éventuellement au moins un promoteur d'adhérence E; et -éventuellement au moins une charge minérale siliceuse, organique et/ou non siliceuse F. 11 û Système bicomposant précurseur de la composition organopolysiloxanique telle que définie selon la revendication 10 et vulcanisable en élastomère silicone par des réactions de polycondensation et caractérisé en ce qu'il se présente en deux parties Pl et P2 distinctes destinées à être mélangées pour former ladite composition, et en ce que l'une de ces parties comprend le système catalytique X tel que défini selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 comme catalyseur de la réaction de polycondensation d'organopolysiloxanes et l'agent de réticulation D alors que l'autre partie est exempte des espèces précitées et comprend: - pour 100 parties en poids de l'huile (ou des huiles) polyorganosiloxane(s) C susceptible(s) de réticuler par polycondensation en un élastomère, et - de 0.001 à 10 partie(s) en poids d'eau. 12 û Composition polyorganosiloxanique monocomposant stable au stockage en l'absence d'humidité et réticulant, en présence d'eau, en élastomère, caractérisée en ce qu'elle comprend: - au moins un polyorganopolysiloxane linéaire réticulable présentant des extrémités fonctionnalisées de type alcoxy, oxime, acyle et /ou énoxy, de préférence alcoxy, - une charge, et - le système catalytique X tel que défini selon l'une quelconque des revendications 1 à 9. 13 - Composition organopolysiloxanique selon la revendication 10 vulcanisable en élastomère silicone par des réactions de polycondensation dans laquelle : (a) la base silicone B comprend : - pour 100 parties en poids d'au moins une huile polyorganosiloxane C susceptible de réticuler par polycondensation qui est un polymère réactif a,co-dihydroxydiorganopolysiloxane dont les radicaux organiques sont des radicaux hydrocarbonés de préférence choisi parmi le groupe constitué par: les alkyles ayant de 1 à 20 atomes de carbone ; les cycloalkyles ayant de 3 à 8 atomes de carbone ; les alcényles ayant de 2 à 8 atomes de carbone et les cycloalcényles ayant de 5 à 8 atomes de carbone ; - de 0,1 à 60 parties en poids d'au moins un agent de réticulation D choisi parmi le groupe constitué par: les polyacoxysilanes, les produits provenant de l'hydrolyse partielle d'un polyalcoxysilane et les polyalcoxysiloxanes;- de 0 à 60 parties en poids d'un promoteur d'adhérence E; - de 0 à 250 parties en poids, de préférence de 5 à 200 parties en poids, d'au moins une charge minérale siliceuse, organique et/ou non siliceuse F; - de 0,001 à 10 parties en poids d'eau, - de 0 à 100 parties en poids d'au moins un polymère polyorganosiloxane linéaire non réactif G consistant dans un homopolymère ou copolymère linéaire dont, par molécule, les substituants organiques monovalents, identiques ou différents entre eux, liés aux atomes de silicium sont choisis parmi les radicaux alkyles, cycoalkyles, alcényles, aryles, alkylarylènes et arylalkylènes, - de 0 à 20 parties en poids d'une base colorante ou d'un agent de coloration H, - de 0 à 70 parties en poids de résines polyorganosiloxanes I, et - de 0 à 20 parties d'additifs auxiliaires J connus de l'homme de métier, tels que des agents plastifiant ; des ralentisseurs de réticulation, des huiles minérales, des agents antimicrobien, des additifs de tenue thermique tels que les oxydes de titane, de fer ou de cérium, et (b) de 0,1 à 50 parties en poids du système catalytique X tel que défini selon l'une quelconque des revendications 1 à 9. 14 - Elastomère obtenu par réticulation et durcissement du système bi-composant selon la revendication 11 ou de la composition telle que définie selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 ou 12 à13. 15 - Système catalytique X caractérisé en ce qu'il: a) comprend au moins un complexe ou sel métallique A de formule (1) suivante: [M (L')ri (L2)r2 (Y)x1 (1) 25 dans laquelle: - rl> 1,r2?Oetx?0; - le symbole M représente un métal sélectionné parmi le groupe constitué par: le cuivre, l'argent, le fer, le bore, le scandium, le cérium, l'ytterbium, le bismuth, le molybdène, le germanium et le manganèse; - le symbole L' représente un ligand qui est un anion (3-dicarbonylato ou l'anion énolate d'un composé (3- 30 dicarbonylé et lorsque rl > 2, les symboles L' sont identiques ou différents, - le symbole L2 représente un ligand anionique qui est différent de L` et lorsque r2 > 2, les symboles L2 sont identiques ou différents, et - le symbole Y représente un ligand neutre et lorsque x > 2, les symboles Y sont identiques ou différents, et 35 b) le système catalytique X est préparé selon le procédé suivant: - étape 1) le complexe ou sel métallique A est dispersé dans au moins un polymère huileux organopolysiloxanique K dont la viscosité est d'au moins 100 mPa. s de préférence d'au moins 5000 mPa.s et encore plus préférentiellement d'au moins 10 000 mPa.s, et20- étape 2: le mélange est broyé éventuellement après un malaxage jusqu'à obtenir un mélange homogène qui est le système catalytique X. 16- Utilisation d'un système catalytique X tel que défini selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 ou 15 comme catalyseur de la réaction de polycondensation d'organopolysiloxanes.
Priority Applications (8)
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