FR2997411A1 - Revetement antiderapant polystructure et compositions pour sa realisation - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne le domaine de la fabrication des peintures, enduits et revêtements fonctionnels et a plus particulièrement pour objet une composition sous forme d'un enduit gélifié ou d'un liquide thixotropique apte à être utilisée comme revêtement antidérapant après association et réaction chimique avec un polymère réactif (durcisseur), contenant un ou plusieurs polymères liquides sans solvant, au moins deux types différents d'agrégats antidérapants, éventuellement des pigments, des charges minérales et divers additifs, caractérisée en ce qu'elle en ce qu'elle comporte en outre : - des premiers composants de taille nanométrique, constitués par des nanotubes de carbone Remarque : 1) faut-il élargir la protection à l'utilisation d'un seul type d'agrégat ? 2) Faut-il élargir la protection à tous les types de fibres nanométriques NTC mais aussi ???
Description
Revêtement antidérapant polystructuré La présente invention a pour objet des compositions de revêtements antidérapants polystructurés destinés plus particulièrement à la protection des ponts de navires, 5 notamment des ponts d'envol des porte-avions et porte-hélicoptères, cette application n'étant pas limitative. Le secteur technique de l'invention est celui de la fabrication des peintures, enduits et revêtements fonctionnels. Les ponts de navires, notamment des portes aéronefs, ainsi que, par 10 exemple : les ponts des plateformes de recherche et d'exploitation pétrolière en mer les passerelles ou les allées de circulation d'engins de manutention dans des ateliers ou des magasins, les sols de navettes et wagons de transports de véhicules, 15 les sols de centrales nucléaires, sont soumis à des causes d'abrasion et d'impacts multiples et répétés et nécessitent des revêtements très solides et très cohésifs pour résister aux multiples causes d'abrasion, de craquelage, et à toutes sortes d'agressions physico-chimiques, si l'on veut éviter des réfections fréquentes et réaliser des économies de maintenance. De 20 plus, ces revêtements doivent être fortement antidérapants et conserver cette propriété le plus longtemps possible et dans de multiples conditions environnementales. L'expérience montre que les besoins en revêtements antidérapants croissent 25 d'année en année et que les coûts, en main d'oeuvre, de leur mise en place et de leur entretien sont très élevés. On connait le dispositif antidérapant multicouche décrit dans la demande de brevet FR2585357. Il comporte au moins une couche d'impression anticorrosive, recouverte d'au moins une couche épaisse antidérapante, lesquelles couches 30 comportent chacune une base contenant une résine réticulable et un durcisseur, caractérisé en ce que lesdites bases contient des terpolymères vinyliques hydroxylés qui sont des copolymères de chlorure de vinyle, d'esters vinyliques et d'esters hydroxylés à groupements hydroxyles réactifs et lesdits durcisseurs contiennent un polyisocyanate aromatique ou aliphatique en solution dans des solvants organiques, de sorte que l'on obtient des couches à base de polymères réticulés dits "polyvinyle-uréthanes".
Cependant, ce type de revêtement présente un inconvénient, à savoir que pour lui apporter les propriétés thixotropiques nécessaires à une mise en ou vre satisfaisante, au maintien des agrégats antidérapants en suspension régulière jusqu'à la fin du processus de mise en ou vre et de réticulation, et à une stabilité au stockage de longue durée, il est nécessaire d'associer des additifs spécifiques tels que les bentonites ou les huiles de ricin hydrogénées modifiées ( HRH) avec des solvants organiques plus ou moins polaires ( cétones, hydrocarbures, esters .) Or, l'utilisation de solvants organiques est devenue, du point de vue hygiène et sécurité et du point de vue de l'impact sur l'environnement, extrêmement pénalisante, réglementée et même très souvent prohibée dans de nombreuses localisations. En outre, d'un point de vue technique, on constate régulièrement une certaine rétention de solvants dans le feuil sec aux basses températures de mise en ou vre, ce qui provoque une perte notable des performances mécaniques et d'adhérence sur le support. Le but de l'invention est de proposer un revêtement antidérapant polystructuré 20 présentant des propriétés fortement thixotropiques nécessaires au maintien des agrégats antidérapants en suspension sans utilisation de solvant organique. La solution apportée est, selon une première caractéristique, une composition sous forme d'un enduit gélifié ou d'un liquide thixotropique apte à être utilisée comme revêtement antidérapant après association avec un polymère réactif appelé 25 généralement durcisseur, cette composition comportant une base contenant un ou plusieurs polymères liquides sans solvant, au moins deux types différents d'agrégats antidérapants, éventuellement des pigments et divers additifs et étant caractérisée en ce qu'elle comporte en outre : - un premier type de composant constitué de fibres de taille nanométrique, 30 constituées par des nanotubes de carbone, - un deuxième type de composant comportant des fibres de taille micrométrique et/ou un troisième type de composant comportant des fibres de taille millimétrique. 2 9 9 74 1 1 Par fibre, il faut entendre un élément dont la largeur ou le diamètre est faible par rapport à sa longueur, leur rapport étant typiquement inférieur à 0,1. Par taille nanométriques, il faut entendre que les diamètres des nanotubes sont de l'ordre du nanomètre, à savoir compris entre 5 et 200 nm, tandis que leur 5 longueur peut être comprise entre 100 nm et 20 pm. Par taille micrométriques, il faut entendre que les diamètres des microfibres ou leur largeur sont de l'ordre du micromètre, à savoir compris entre 0,5 et 100 pm, tandis que leur longueur peut être comprise entre 10 et 1000 pm. Par taille millimétrique, il faut entendre que les longueurs de ces fibres sont 10 comprises entre 0,1 mm et 20 mm, tandis que leur diamètre ou leur largeur est compris entre 100 pm et 2 mm. Dans la suite, les enduits gélifiés et les liquides thixotropiques seront appelés enduits. Les premiers et seconds composants apportent à la composition à la fois une 15 forte thixotropie et une stabilité au stockage de longue durée, permettant le maintien en suspension des agrégats antidérapants tout au long du processus de mise en ou vre et pendant toute la phase de réticulation et de durcissement du revêtement, ce qui est nécessaire à l'obtention des caractéristiques antidérapantes souhaitées, et apportent au revêtement une fois réticulé, des propriétés mécaniques uniques comme une très forte cohésion interne, une très grande résistance aux impacts et à la craquelure et une réduction considérable de la friabilité. Les seconds composants peuvent par exemple comporter des microfibres de verre et/ou de polyaramide et/ou de carbone ou de graphite, ou bien par des pulpes à base de ces microfibres ou un mélange de ces composants.
Ces propriétés thixotropiques peuvent encore être améliorées par incorporation des troisième composants de taille millimétrique pouvant comporter par exemple des fibres de verre, des fibres de polymères thermodurcis, des fils de verre coupés des fibres de carbone ou des fils de carbone coupés ou un mélange de ces composants.
Selon une autre caractéristique, la base polymère est un précurseur de polyuréthanne (polyols du type polyesters, polyéthers, polyacrylates .) ou bien d'un polymère polysiloxane hydroxylés, pouvant alors être réticulés par exemple avec un durcisseur tel un polyisocyanate aliphatique sans solvant pour obtenir un revêtement réticulé solide.
Les agrégats antidérapants peuvent, selon les localisations concernées, par exemple être à base d'alliage dur d'aluminium, d'oxyde d'aluminium, de poudre de quartz, de poudres de céramiques, de poudre de verre, de carbure de bore, ou encore de poudres de polymères thermodurcis, etc.
Selon une caractéristique particulière, la composition comporte en poids, de 0,001 à 15% de premier composant de taille nanométrique, à savoir de nanotubes de carbone et de 0,01 à 20% des deuxièmes composants de taille micrométriques comportant par exemple par des microfibres de verre et/ou de polyaramide et/ou de carbone ou de graphite, ou bien par des pulpes à base de ces microfibres.
Selon une caractéristique additionnelle, la composition comporte en poids de 0,01 à 30 % de troisièmes composants millimétriques comportant par exemple des fibres de verre, des fibres de polymères thermodurcis, des fils de verre coupés ou de carbone ou des fibres de carbone ou de graphite. L'invention concerne aussi un kit comportant une composition selon l'invention 15 et un durcisseur séparé apte à réagir chimiquement avec cette composition pour former un revêtement solide. L'invention concerne aussi un durcisseur apte à réagir chimiquement avec une composition selon l'invention pour former un revêtement solide réticulé, caractérisé en ce qu'il comporte des fibres de taille nanométrique, par exemple des 20 nanotubes de carbone. L'invention concerne aussi un revêtement antidérapant comportant une matrice de polymère comprenant des agrégats antidérapants et éventuellement des pigments, des charges minérales et/ou des additifs, et caractérisée en ce qu'elle comporte, en outre : 25 - des premiers composants de taille nanométrique constitués par des nanotubes de carbone (NTC) - des deuxièmes composants de taille micrométriques comportant par exemple des microfibres de verre et/ou de polyaramide et/ou de carbone ou de graphite, ou bien par des pulpes à base de ces microfibres, et, préférentiellement, 30 des troisièmes composants de taille millimétriques comportant par exemple des fibres de verre, des fibres de polymères thermodurcis, des fils de verre coupés ou des fibres de carbone ou de graphite. Dans le cas d'un porte-avion, on constate que l'usure d'un revêtement antidérapant n'est pas uniforme sur tout le pont. Ainsi, au niveau des câbles d'acier aptes à retenir les avions lors de leur atterrissage, l'usure du revêtement est extrêmement rapide, et due d'une part aux frottements du câble sur le revêtement et d'autre part aux chocs de la canne d'appontage sur le revêtement. En outre, ces frottements provoquent une usure prématurée des câbles d'acier.
Par conséquent, il est proposé d'utiliser un type de revêtement particulier au niveau de ces câbles. Le tableau 1 montre quatre exemples de compositions d'enduits gélifiés aptes à être utilisées comme revêtement antidérapant après association avec un polymère réactif (durcisseur). Chacun de ces enduits comporte deux polyols différents par exemple un polyéther et un polyester, ou un polyacrylate...: l'intérêt d'utiliser un méiange de deux ou plusieurs polyols est d'obtenir un réseau réticulé de polymères de différents poids moléculaires et de différentes répartitions des groupements fonctionnels sur leurs chaînes , ce qui contribue à obtenir des réseaux réticulés de maillages différents et imbriqués les uns dans les autres, ce qui ne peut contribuer qu'à l'optimisation des propriétés mécaniques et chimiques de la matrice. En outre ces polyols peuvent apporter des propriétés différentes, l'un des polyols pouvant par exemple apporter l'élasticité, un autre la dureté ou la résistance aux UV, etc. Les catalyseurs sont bien connus de l'état de la technique. Ils interviennent au niveau de la réticulation (polymérisation par polycondensation en l'occurence) et 20 permettent à la réticulation de s'amorcer à plus basse température. Les adjuvants, aussi appelés additifs, sont bien connus de l'état de la technique. On peut utiliser, à titre d'exemple, des agents dispersants, des agents de matage, des agents anti-UV, des agents anti-bulles, des agents d'étalement, des agents tensio-actifs, des agents hydrophobes, etc. 25 Les charges minérales sont bien connues de l'état de la technique: on peut utiliser par exemple du mica, de l'oxyde de fer micacé, du talc, du carbonate de calcium, etc. Les agents anti-propagation de flamme sont bien connus de l'état de la technique. On peut par exemple utiliser des composés à base de polyphosphates. 30 Les colorants opacifiants sont bien connus de l'état de la technique. On peut citer des colorants minéraux tels que le dioxyde de Titane, les oxydes de fer, etc. ou des colorants organiques tels que ceux à base de phtalocyanine ou le noir de carbone.
En ce qui concerne les agrégats généralement utilisés comme les poudres d'aluminium, de verre, d'oxyde d'aluminium, de quartz, etc. on peut utiliser par exemple une granulométrie comprise entre 200 et 500 micromètres pour le type 1 et entre 500 et 1500 micromètres pour le type 2 Les enduits 1, 3 et 4 comportent chacun des premiers composants de taille nanométriques, des seconds composants de taille micrométrique et des troisièmes composants de taille millimétrique tandis que le second enduit 2 ne comporte pas de fibres de taille millimétrique. Enduit 1 Enduit 2 Enduit 3 Enduit 4 Composant % en poids % en poids % en poids % en poids Résine polyol 1 15 20 20 10 Résine polyol 2 5 0 0 10 Nanotubes de carbone prédispersés (fibres nanométriques) 3 5 4 2 Fibres micrométriques 3 6 4 5 Fibres millimétriques 5 0 6 5 Agent anti-propagation de flamme 5 5 5 7 Pigments opacifiants 10 12 10 9 Matière de charge minérale 12 10 10 10 Adjuvants et/ou catalyseurs 2 2 1 2 Agrégats antidérapants 1 en alliage d'aluminium (granulométrie 1) 25 30 25 20 Agrégats antidérapants 2 en alliage d'aluminium (granulométrie 2) 15 10 15 20 Tableau 1 Le tableau 2 présente quatre exemples de durcisseurs selon l'invention aptes à être mélangés avec les enduits du tableau 1 pour former un mélange apte à être appliquer sur un pont de navire puis à réticuler et à sécher afin de former le revêtement antidérapant.
Les polyisocyanates aromatiques réticulent à plus basse température que les polyisocyanates aliphatiques mais jaunissent aux UV. Leur mélange permet de bénéficier des avantages de l'un et de l'autre tout en amoindrissant les inconvénients associés. Aussi, en fonction des conditions météorologiques et/ou la possibilité de ou 20 pas de chauffer le mélange enduit/durcisseur, ou de l'importance ou non du jaunissement du revêtement dû aux UV, on utilisera plutôt l'une ou l'autre des formulations des durcisseurs. Par exemple l'emploi pourra être le suivant : - durcisseur 1 : température chaude de l'environnement ou possibilité de chauffer le mélange et pas de jaunissement, - durcisseur 2 : température fraiche de l'environnement et pas de possibilité de chauffer suffisamment le mélange et le jaunissement du revêtement n'a pas d'importance ou le revêtement est protégé des UV, Durcisseur 3 : température moyenne et acceptation d'un léger jaunissement Durcisseur 4 : température moyenne et acceptation d'un jaunissement ou revêtement protégé. La présence de NTC permet d'obtenir un revêtement encore plus homogène et donc plus résistant et aussi d'améliorer le caractère thixotrope du durcisseur. Durcisseur 1 Durcisseur 2 Durcisseur 3 Durcisseur 4 Composant % en poids % en poids % en poids % en poids Polyisocyanate aliphatique 99 0 80 50 Polyisocyanate aromatique 0 99 19 49 Nanotubes de carbone prédispersés 1 1 1 1 Le tableau 3 présente quatre exemples d'enduits pouvant être utilisés comme revêtement après avoir été mélangé à un durcisseur tel par exemple que l'un de ceux figurant dans le tableau 2. 15 Par rapport aux compositions des enduits figurant dans le tableau 1 celles des enduits du tableau 3 sont différentes essentiellement en ce que le matériau des agrégats est différent, à savoir plus dur et leur proportion moyenne est plus élevée, la charge minérale étant alors un peu plus faible. Enduit 1 Enduit 2 Enduit Enduit Composant % en poids % en poids % en poids % en poids Résine polyol 1 14 18 19 11 Résine polyol 2 5 0 0 9 Nanotubes de carbone prédispersés (fibres nanométriques) 3 5 4 2 Fibres micrométriques 3 6 3 5 Fibres millimétriques 5 0 5 5 Agent anti-propagation de flamme 6 5 5 7 Pigments opacifiants minéraux 10 10 11 9 Matière de charge minérale 7 9 5 5 Adjuvants et/ou catalyseurs 2 2 1 2 Agrégats antidérapants en céramique 1 (granulométrie 1) 30 30 30 35 Agrégats antidérapants en céramique 2 (granulométrie 2) 15 15 15 10 Tableau 3 Tableau 2 20 Les procédés de fabrication des compositions selon l'invention sont assez similaires à ceux utilisés pour la fabrication des compositions de revêtements antidérapants actuels.
On utilise un disperseur rapide tel par exemple des hélices de Cowles pour mélanger et disperser de façon homogène les additifs, les pigments et les composants nanométriques dans la base contenant les précurseurs de polymères: cette dispersion rapide peut, dans certains cas, nécessiter une élévation de la température de la base jusqu'à environ 80°C pour faciliter le développement du caractère thixotropique. Ensuite, on utilise un malaxeur pour incorporer les agrégats antidérapants, les microfibres et éventuellement les troisièmes composants millimétriques. La composition ainsi obtenue est ensuite conditionnée dans un premier conteneur, le durcisseur est conditionné dans un second conteneur.
Pour la mise en ou vre du revêtement antidérapant on peut procéder comme suit : On peut, si nécessaire déposer au préalable sur le substrat à recouvrir, par exemple le pont d'un navire, préalablement décapé ou grenaillé, une ou plusieurs couche de peinture anticorrosion apte à améliorer l'accrochage du revêtement antidérapant. Cette application peut par exemple être effectuée au pistolet, airless ou au rouleau. Ensuite, en respectant les délais de recouvrement des couches anticorrosion, on prépare le revêtement antidérapant en mélangeant un durcisseur selon l'invention ou selon l'état de la technique à une composition selon l'invention, puis le mélange est appliqué, par exemple à l'aide d'une truelle, d'un rouleau ou d'une spatule, sur le substrat éventuellement recouvert par lesdites couches anticorrosives. Il suffit ensuite de laisser le revêtement réticuler et durcir pendant environ 24 à 72 heures, selon la température ambiante, jusqu'à obtenir une résistance mécanique et 30 des propriétés physiques optimales avant la mise en service. Bien évidemment, les compositions figurant dans les tableaux 1 à 3 sont donnés à titre d'exemples non limitatifs, une composition selon l'invention pouvant par exemple comporter un ou plusieurs polymères liquides sans solvant, au moins un type d'agrégats antidérapants, éventuellement des pigments, des charges minérales et divers additifs, et étant caractérisée en ce qu'elle comporte en outre : - des premiers composants de taille nanométrique, - des deuxièmes composants constitués de fibres de taille micrométrique et/ou de troisièmes composants constitués de fibres de taille millimétriques.
Claims (11)
- REVENDICATIONS1. Composition sous forme d'un enduit gélifié ou d'un liquide thixotropique apte à être utilisée comme revêtement antidérapant après association et réaction chimique avec un polymère réactif (durcisseur), comportant un ou plusieurs polymères liquides sans solvant, au moins deux types différents d'agrégats antidérapants, éventuellement des pigments, des charges minérales et divers 10 additifs, caractérisée en ce qu'elle en ce qu'elle comporte en outre : - des premiers composants de taille nanométrique, constitués par des nanotubes de carbone - des deuxièmes composants constitués de fibres de taille micrométrique et/ou 15 de troisièmes composants constitués de fibres de taille millimétriques.
- 2. Composition selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte des deuxièmes composants comportant des microfibres de verre et/ou de polyaramide et/ou de carbone ou de graphite, ou bien par des pulpes à base de ces 20 microfibres.
- 3. Composition selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce qu'elle comporte des troisièmes composants de taille millimétriques comportant des fibres de verre, des fibres de polymères thermodurcis, des fils de 25 verre coupés, ou des fibres de carbone.
- 4. Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la base polymère est un précurseur de polyuréthanne ou un polymère polysiloxane. 30
- 5. Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les agrégats antidérapants sont à base d'alliage dur d'aluminium, d'oxyde d'aluminium, de poudre de quartz, de poudres de céramiques, de poudre de verre, de carbure de bore, ou encore de poudres de polymères thermodurcis.
- 6. Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée 35 en ce que la composition comporte en poids, de 0,001 à 15 % de nanotubes decarbone et de 0,01 à20% de deuxièmes composants de taille micrométriques comportant par exemple des microfibres de verre et/ou de polyaramide et/ou de carbone ou de graphite, ou bien par des pulpes à base de ces microfibres,
- 7. Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la composition comporte en poids de 0,01 à 30 % de troisièmes composants millimétriques comportant par exemple des fibres de verre, des fibres de polymères thermodurcis, des fils de verre coupés ou des fibres de carbone ou de graphite.
- 8. Kit comportant une composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 et un durcisseur séparé apte à réagir chimiquement avec cette composition pour former un revêtement solide réticulé.
- 9. Durcisseur apte à réagir chimiquement avec une composition selon l'une 15 quelconque des revendications 1 à 7 pour former un revêtement solide réticulé, caractérisé en ce qu'il comporte des fibres de taille nanométrique, par exemple des nanotubes de carbone.
- 10. Revêtement antidérapant comportant une matrice de polymère 20 comprenant au moins deux types d'agrégats antidérapants et éventuellement des pigments et des additifs, et caractérisé en ce que la matrice comporte, en outre : - des premiers composants de taille nanométrique constitués par des nanotubes de carbone, - des deuxièmes composants constitués de fibres de taille micrométrique, 25 comportant par exemple des microfibres de verre et/ou de polyararnide et/ou de carbone ou de graphite, ou bien par des pulpes à base de ces microfibres.
- 11. Revêtement antidérapant selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des troisièmes composants "millimétriques" comportant des fibres 30 de verre, des fibres de polymères thermodurcis, des fils de verre coupés, ou des fibres de carbone ou de graphite.
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