FR3111906A1 - Stabilisation cationique - Google Patents

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Abstract

La présente invention concerne une composition comprenant une cire, un tensioactif cationique et un acide, dans laquelle le rapport molaire entre l’acide et le tensioactif cationique est supérieur à 1.

Description

STABILISATION CATIONIQUE
La présente invention concerne une composition comprenant une cire, un tensioactif cationique et un acide, dans laquelle le rapport molaire entre l’acide et le tensioactif cationique est supérieur à 1.
Plus particulièrement, la présente invention concerne l’utilisation d’une dispersion de cire cationique pour améliorer la protection de surface externe de récipients en verre et un procédé pour conférer une protection contre les rayures pour des récipients en verre consignés.
[Problème technique]
Les récipients en verre creux sont produits à partir de verre fondu dans des moules à hautes températures. Étant donné que la surface de ces récipients est fragile et afin de préserver la résistance du verre et empêcher tous contact direct verre à verre des récipients respectifs afin d’éviter des dommages, ils sont revêtus en surface directement après la mise en forme du récipient.
En effet, dans l’industrie des récipients en verre, par exemple des récipients d’emballage en verre, des revêtements sont appliqués pour améliorer et maintenir leur qualité. Sans revêtement, les articles en verre peuvent être endommagés facilement déjà pendant le procédé de fabrication, et ceci affecte l’apparence et fragilise les articles en verre.
Un tel revêtement comprend de l’étain ou du titane ou d’autres composés à base métallique ou organométallique décomposables thermiquement. Ceci est la base du revêtement nécessaire pour la protection de la surface du récipient en verre contre des dommages tels que des abrasions et des rayures, qui résultent en une baisse de résistance pour le récipient en verre. Le besoin d’une résistance à la traction élevée dans un récipient en verre est particulièrement aigu lorsque les récipients sont produits en masse, et donc se déplacent rapidement à proximité immédiate le long de lignes de convoyage à haute vitesse.
De nos jours, dans la fabrication de récipient en verre, un procédé de revêtement en deux étapes est implémenté afin d’obtenir la résistance aux rayures et la glissance des récipients en verre. Ainsi, les récipients en verre reçoivent généralement deux revêtements de surface, un au niveau du bout chaud, juste avant le recuit et un au niveau du bout froid juste après le recuit.
Dans la première étape, le revêtement appelé revêtement à chaud (HEC - Hot-End Coating) est appliqué au moyen d’un dépôt chimique en phase vapeur (CVD - Chemical Vapor Deposition) d’un composé contenant un métal sur les récipients en verre fraîchement mis en forme, chauds, et positionnés en ligne simple ou double. Cette première étape est normalement mise en œuvre à une température se situant dans la plage de 450 °C à 650 °C et conduit à une fine couche d’oxyde métallique.
Dans une deuxième étape, le revêtement appelé revêtement à froid (CEC - Cold-End Coating) est appliqué, habituellement par des moyens de pulvérisation, sous la forme d’une dispersion aqueuse, lorsque les récipients en verre ont refroidi à une température approximativement d’environ 100 °C. Habituellement, des dispersions de cire de polyéthylène (PE) partiellement oxydé sont appliquées. Avec ce revêtement supplémentaire sur la surface de récipient en verre, une protection durable est fournie, qui consiste en une résistance aux rayures et en la prévention du griffage des surfaces en verre pendant le remplissage et le transport.
De nos jours, lors de l’application du CEC, il est habituel d’utiliser lesdites dispersions de cire de PE partiellement oxydé dans un procédé d’autoclave. Ces dispersions sont dispersées dans de l’eau à l’aide d’un tensioactif approprié. Lorsque réalisée dans des conditions optimales, une dispersion fine de ladite cire est obtenue. En fonction du type de tensioactif, une dispersion de type non ionique ou ionique est obtenue. Un tensioactif de type non ionique est communément utilisé, souvent des alcools éthoxylés, pour minimiser l’effet du pH et de la dureté de l’eau utilisée pour la préparation de ladite dilution finale pour application.
La dispersion aqueuse est distribuée sous forme concentrée, afin d’éviter le transport inutile d’eau, et est diluée à la concentration requise dans l’installation de remplissage. La dispersion est fortement diluée (généralement 10 à 200 fois avec de l’eau) et doit rester stable pendant la dilution et l’application. Cela est encore plus critique à température élevée si la dilution est effectuée avec de l’eau chaude ou chauffée avant application.
La qualité de l’eau varie dans le monde et la qualité de l’eau n’est pas la même partout. Cela implique une variation des sels et des ions et de leurs concentrations respectives et du pH dans l’eau pour la dilution. Ces sels ou ions peuvent influencer la stabilité pendant la dilution. Par conséquent, il est souvent préconisé d’utiliser de l’eau déminéralisée pour la dilution ultérieure. Cela impliquerait un système de traitement de l’eau, ce qui n’est pas possible partout dans le monde. Il est beaucoup plus pratique d’utiliser de l’eau locale disponible à l’endroit où l’installation est située.
Un autre problème est que, si la composition de revêtement diluée n’est pas stable, elle peut causer un bouchon dans l’équipement d’application de revêtement, affecter négativement la qualité de l’application et peut entraîner des temps d’arrêt de l’installation.
Un objectif de la présente invention est de fournir une composition de revêtement pour des récipients en verre qui peut être aisément diluée avec un type quelconque d’eau et éviter l’installation d’un système de traitement de l’eau, et est stable pendant et après dilution.
Un autre objectif de la présente invention est de fournir un procédé dans lequel un type quelconque d’eau utilisé dans l’industrie, en particulier de l’eau de distribution, peut être utilisé pour diluer une composition de revêtement pour récipients en verre.
Un autre objectif supplémentaire de la présente invention est de réduire efficacement le temps d’arrêt de l’équipement de revêtement et les bouchons en utilisant une composition de revêtement stable qui peut être diluée avec de l’eau de distribution.
Brève description de l’invention
De manière inattendue il a été découvert qu’une composition de revêtement pour appliquer un revêtement sur la surface de récipients en verre comprenant :
a) une cire
b) un tensioactif cationique
c) un acide
dans laquelle le rapport molaire entre l’acide et le tensioactif cationique est supérieur à 1, résout les problèmes mentionnés ci-dessus.
Description détaillée de l’invention
Dans un premier aspect, la présente invention concerne une composition comprenant :
a) une cire
b) un tensioactif cationique
c) un acide
dans laquelle le rapport molaire entre l’acide et le tensioactif cationique est supérieur à 1.
Dans un deuxième aspect, la présente invention concerne un procédé de préparation d’une composition de revêtement comprenant l’étape de mélange d’une cire, avec un tensioactif cationique et un acide, le rapport molaire entre l’acide et le tensioactif cationique étant supérieur à 1.
Dans un troisième aspect, la présente invention concerne un procédé d’application d’un revêtement sur la surface d’un récipient en verre comprenant une étape i) d’application de la composition de l’invention sur une surface en verre, de préférence la surface en verre d’un récipient.
Selon un autre aspect, la présente invention concerne l’utilisation de la composition selon l’invention, en tant que revêtement au bout froid sur une surface en verre.
Le terme « cire » désigne un composé organique qui comprend des chaînes alkyle longues, présentant un point de fusion au-dessus de 45 °C.
Le terme « dispersion », dans le présent contexte, désigne un système colloïdal avec une phase liquide continue et une seconde phase solide discontinue qui est répartie dans la phase continue. Après l’application du matériau de revêtement, la phase liquide continue s’évapore et la phase discontinue forme le revêtement.
Un « type quelconque d’eau » désigne une eau qui peut contenir une concentration élevée de sels. De préférence, l’eau est de l’eau de distribution.
Le terme « tensioactif » désigne un agent tensioactif, qui présente une activité superficielle ou interfaciale.
En spécifiant qu’une plage va de x à y dans la présente invention, cela signifie que les limites supérieure et inférieure de cette plage sont incluses, ce qui est équivalent à au moins x et jusqu’à y.
La composition de l’invention est de préférence une composition de revêtement, en particulier une composition de revêtement pour application sur une surface en verre, en particulier la surface en verre d’un récipient.
De préférence, la composition de l’invention est une dispersion aqueuse.
La cire de la composition est choisie parmi des cires naturelles et synthétiques ou des mélanges de celles-ci.
Les cires peuvent être pures ou mélangées avec une ou plusieurs huiles.
Les cires naturelles sont choisies parmi des esters d’alkyle d’acides gras dans lesquels l’alcool est un alcool primaire et un mélange de ceux-ci. De préférence, la cire naturelle est une cire de Carnauba ou de Candelilla ou un mélange de celles-ci.
De préférence, la cire synthétique est choisie dans le groupe constitué de cires de polyéthylène partiellement oxydé ayant un indice d’acide dans la plage de 1 mg KOH/g à 50 mg KOH/g, de préférence de 10 mg KOH/g à 30 mg KOH/g, et encore plus préférablement ayant un indice d'acide de 20 mg KOH/g.
Lorsque la composition de l’invention est une dispersion aqueuse concentrée, elle peut comprendre de 5 à 25 % en poids, de préférence de 8 à 25 % en poids, plus préférablement de 8 à 20 % en poids et encore plus préférablement de 10 à 15 % en poids de cire par rapport au poids total de la composition.
Lorsque la composition de l’invention est une dilution de revêtement, elle comprend entre 0,05 % en poids et 1 % en poids de cire, de préférence entre 0,2 % en poids et 0,5 % en poids de cire par rapport au poids total de la composition.
Le terme « tensioactif cationique » désigne le tensioactif cationique lui-même ou son précurseur qui peut être transformé par génération d’un cation dans le tensioactif. De préférence, le caractère cationique du tensioactif est créé en mettant en contact le précurseur aminé avec un acide.
De préférence, le tensioactif cationique (ou son précurseur) présente la formule (1) :

(1)
dans laquelle :
  • au moins l’un de R1, R2ou R3représente un groupe alkyle, linéaire ou ramifié, facultativement éthoxylé,
  • au moins l’un de R1, R2ou R3représente un atome d’hydrogène,
  • facultativement, au moins l’un de R1, R2ou R3représente un groupe alkylamine, éthoxylé ou non.
De préférence, le groupe alkyle comprend entre 1 et 35 atomes de carbone, de préférence entre 12 à 26 atomes de carbone, plus préférablement entre 14 et 22 atomes de carbone, et encore plus préférablement 16 atomes de carbone.
De préférence, lorsque le groupe alkyle est éthoxylé, il contient au plus 5 éthoxylations, de manière préférée entre toutes il comporte 2 éthoxylations.
De préférence, le groupe alkylamine comprend entre 1 et 35 atomes de carbone, de préférence entre 12 à 26 atomes de carbone, plus préférablement entre 14 et 22 atomes de carbone, et encore plus préférablement 16 atomes de carbone.
De préférence, lorsque le groupe alkylamine est éthoxylé, il contient au plus 5 éthoxylations, de manière préférée entre toutes il comporte 2 éthoxylations.
Les tensioactifs cationiques sont de préférence choisis dans le groupe constitué d’une monoalkylamine, une dialkylamine, une alkylamine éthoxylée et des alkyldiamines (telles que Dinoram O® et Dinoram S® de CECA).
Lorsque la composition de l’invention est une dispersion aqueuse concentrée, elle peut comprendre de 1 à 15 % en poids, de préférence de 2 à 10 % en poids, plus préférablement de 3 à 6 % en poids de tensioactif cationique par rapport au poids total de la composition.
Lorsque la composition de l’invention est une dilution de revêtement, elle peut comprendre de 0,005 à 1,5 % en poids, de préférence de 0,01 à 1 % en poids, plus préférablement de 0,015 à 0,6 % en poids de tensioactif cationique par rapport au poids total de la composition.
L’acide de la composition de revêtement est un acide de Brönsted ayant la formule générale HA, c’est-à-dire un acide qui peut libérer un proton (H+).
L’acide peut être un acide minéral ou un acide organique.
De préférence, l’acide est choisi dans le groupe constitué de l’acide chlorhydrique, l’acide sulfurique, l’acide formique, l’acide acétique, l’acide propionique, l’acide butyrique, l’acide malonique, l’acide itaconique et l’acide fumarique.
De préférence, l’acide minéral est choisi dans le groupe constitué de l’acide chlorhydrique et l’acide sulfurique.
De préférence, l’acide organique comprend au plus 12 atomes de carbone, de préférence au plus 10 atomes de carbone, plus préférablement au plus 6 atomes de carbone, plus préférablement comprend au plus 4 atomes de carbone, et encore plus préférablement comprend au plus 3 atomes de carbone.
De préférence, l’acide organique est choisi dans le groupe constitué de l’acide formique, l’acide acétique, l’acide propionique, l’acide butyrique, l’acide malonique, l’acide itaconique et l’acide fumarique, et est de préférence l’acide acétique.
La solubilité de l’acide dans l’eau est d’au moins 10 g/l, de préférence au moins 15 g/l, plus préférablement au moins 20 g/l.
Lorsque la composition de l’invention est une dispersion aqueuse concentrée, elle peut comprendre de 1 à 15 % en poids, de préférence de 2 à 10 % en poids, plus préférablement de 3 à 6 % en poids d’acide par rapport au poids total de la composition.
Lorsque la composition de l’invention est une dilution de revêtement, elle peut comprendre de 0,005 à 1,5 % en poids, de préférence de 0,01 à 1 % en poids, plus préférablement de 0,015 à 0,6 % en poids d’acide par rapport au poids total de la composition.
« Le rapport molaire entre l’acide et le tensioactif cationique est supérieur à 1 » signifie que la quantité molaire de l’acide est supérieure à la quantité molaire du tensioactif cationique.
De préférence, le rapport molaire entre l’acide et le tensioactif cationique est au moins 1,01, de préférence au moins 1,1, plus préférablement au moins 1,2, plus préférablement au moins 2, et encore plus préférablement au moins 3.
De préférence, le rapport molaire entre l’acide et le tensioactif cationique est au plus 5.
De préférence, la composition comprend un ou plusieurs additifs supplémentaires, de préférence choisis dans le groupe constitué par les biocides, les bactéricides, les conservateurs, un alcool d’ester, un éther de glycol, les colorants, les déstabilisants d’émulsion, les parfums, les substances odorantes, les absorbeurs d’UV, les absorbeurs de lumière, les absorbeurs de choc, les tensioactifs autres que des esters de sorbitane, les huiles autres que des huiles minérales et similaire.
La composition de l’invention peut être une dilution de revêtement qui sera appliquée directement en tant que revêtement, ou une dispersion aqueuse concentrée qui sera diluée ultérieurement pour obtenir une dilution de revêtement. La dilution de revêtement peut être appliquée sur un article en verre, par exemple un récipient en verre.
Le terme « dispersion aqueuse concentrée » signifie que la dispersion aqueuse sera ultérieurement diluée pour obtenir une dilution de revêtement. Le terme « dispersion aqueuse concentrée » est également appelé ci-après « dispersion aqueuse ».
De préférence, la dilution de revêtement comprend de 0,5 à 10 % en poids de la dispersion aqueuse concentrée par rapport au poids total de la dilution de revêtement. En d’autres termes, la dispersion aqueuse concentrée est diluée 10 à 200 fois pour obtenir la dilution de revêtement.
De préférence, la composition de l’invention est diluée dans un solvant pour obtenir la dilution de revêtement. De préférence, ledit solvant est de l’eau, plus préférablement de l’eau de distribution. De préférence, la composition de l’invention comprend entre 90 et 99,5 % en poids de solvant par rapport au poids total de la composition.
La présente invention concerne en outre l’utilisation de la composition selon l’invention pour la préparation d’une dilution de revêtement, en particulier avec de l’eau de distribution.
La présente invention concerne en outre l’utilisation de la composition selon l’invention en tant que dilution de revêtement.
Un autre objet supplémentaire de la présente invention est une dilution de revêtement comprenant la composition selon l’invention.
Un autre objet de la présente invention est l’utilisation de la composition selon l’invention, en tant que revêtement au bout froid sur une surface en verre.
Un autre objet de la présente invention est un procédé de préparation d’une composition de l’invention, comprenant une étape de mélange d’une cire, avec un tensioactif cationique et un acide, le rapport molaire entre l’acide et le tensioactif cationique étant supérieur à 1.
La cire, le tensioactif cationique, l’acide et le rapport molaire sont tels que définis ci-dessus.
La cire, le tensioactif cationique et l’acide peuvent être mélangés conjointement ou en plusieurs étapes. De préférence, la cire et le tensioactif cationique sont mélangés dans une première étape, et l’acide est ensuite ajouté. En variante, au moins une partie de l’acide est ajoutée tout en mélangeant la cire et le tensioactif cationique.
De préférence, la composition de l’invention est une dispersion aqueuse.
L’acide peut être ajouté en une ou plusieurs étapes.
Dans un mode de réalisation, l’acide est ajouté en une étape.
Dans un autre mode de réalisation, une partie de l’acide est ajoutée lorsque la dispersion de revêtement concentrée est préparée et une deuxième partie de l’acide est ajoutée, pour obtenir l’excès molaire de l’acide ultérieurement, de préférence pendant l’étape de dilution.
L’acide en excès par rapport au tensioactif peut être ajouté au solvant, de préférence à l’eau utilisée pour la dilution.
La présente invention concerne en outre un procédé d’application d’un revêtement sur la surface d’un récipient en verre comprenant une étape i) d’application de la composition de l’invention sur une surface en verre, de préférence la surface en verre d’un récipient.
Ladite étape i) peut être conduite par contact entre la composition de l’invention et la surface en verre. Ce contact est de préférence réalisé par un procédé d’application de revêtement, de préférence choisi dans le groupe constitué de la pulvérisation, de l’immersion et de l’utilisation d’un applicateur de revêtement.
De préférence, ladite étape i) est conduite sur une surface en verre à une température dans la plage de 10 °C à 150 °C. De préférence, lorsque l’étape i) est appliquée dans une chaîne de remplissage sur une surface en verre, la température est dans la plage de 15 °C à 70 °C, de manière préférée entre toutes entre 20 °C et 40 °C.
De manière avantageuse, les moyens pour l’application de ladite formulation ou de ladite dilution de revêtement sur une surface en verre par pulvérisation comprennent des moyens de pulvérisation.
Selon un mode de réalisation, des moyens pour l’application de ladite formulation ou de ladite dilution de revêtement sur une surface en verre par trempage comprennent un récipient contenant ladite formulation ou ladite dilution de revêtement dans laquelle les récipients sont trempés.
L’applicateur de revêtement peut être une brosse, un capillaire, une éponge, une fibre ou similaire. La matière de revêtement est appliquée sur la surface de l’article en verre via la zone de contact entre l’applicateur de revêtement et la surface de l’article en verre.
Préférablement, le procédé de revêtement est destiné au revêtement d’un récipient en verre, et le procédé de revêtement comprend en outre une étape précédente i’) d’application d’un traitement par un oxyde métallique à la surface en verre.
De manière avantageuse, le métal est choisi parmi l’étain et le titane.
Un autre objet de la présente invention est une surface en verre pouvant être obtenue par le procédé de revêtement selon l’invention.
Préférablement, la surface en verre est un récipient en verre, plus préférablement, une bouteille en verre.
Exemples
Exemple 1
Du Kercoat® 500 d’Arkema contenant 0,013 mol d’acide acétique et 0,015 mol de tensioactif cationique est utilisé pour préparer des dilutions à une concentration de 1 % (compositions A et D), 2 % (compositions B et E) et 3 % (compositions C et F) en poids de Kercoat® 500 par rapport au poids total de la dilution.
Dans le tableau 1, l’eau utilisée pour la dilution provenait de l’eau de distribution dans les locaux d’Arkema à Vlissingen, Pays-Bas. Dans le tableau 2, l’eau utilisée était de l’eau déminéralisée. Les dilutions ont été conservées à 65 °C pendant une semaine et la stabilité a été évaluée.
Pour évaluer la stabilité de la composition, la turbidité des compositions a été mesurée au moyen de la norme ISO 7027. Les résultats sont exprimés en FNU (Formazin Nephelometric Units: unités néphélométriques formazine).
Les résultats sont présentés dans les tableaux 1 et 2 ci-dessous :
Tableau 1 Eau de distribution Arkema Vlissingen
Mesure de stabilité de dilution en FNU
Jours Composition A Composition B Composition C
0 21 38 51
0,25 888 127 54
1 1300 1300 64
2 1300 1300 95
3 1300 1300 162
6 1300 1300 938
7 1300 1300 1300
Tableau 2 Eau déminéralisée
Mesure de stabilité de dilution en FNU
Jours Composition D Composition E Composition F
0 18 33 45
0,25 18 33 43
1 18 32 44
2 17 31 42
3 18 31 41
6 19 33 42
7 18 32 42
Les résultats montrent que les dispersions de cire cationique ne sont pas stables lorsqu’elles sont diluées dans de l’eau de distribution, contrairement à ce qui est observé lorsque de l’eau déminéralisée est utilisée.
Exemple 2
L’exemple 1 utilisant de l’eau de distribution a été reproduit (compositions A à C), et les compositions ont été supplémentées avec 0,017 mol (c’est-à-dire, à une teneur totale de 0,030 mol dans la composition), 0,033 mol (c’est-à-dire, à une teneur totale de 0,046 mol dans la composition) et 0,050 (c’est-à-dire, à une teneur totale de 0,063 mol dans la composition) d’acide acétique, respectivement.
Les résultats sont présentés dans le tableau 3 ci-dessous :
Mesure de stabilité de dilution en FNU
Jours Composition A
+ 0,017 mol d’acide acétique		 Composition B
+ 0,033 mol d’acide acétique		 Composition C
+ 0,050 mol d’acide acétique
0 19 37 50
1 21 34 45
2 27 34 45
3 27 34 45
6 103 34 45
7 461 34 45
Une comparaison des exemples 1 et 3 indique une augmentation significative de la stabilité de la composition lorsque l’acide est présent à un rapport supérieur à un par rapport au tensioactif cationique.

Claims (12)

  1. Composition comprenant :
    a) une cire
    b) un tensioactif cationique
    c) un acide
    dans laquelle le rapport molaire entre l’acide et le tensioactif cationique est supérieur à 1.
  2. Composition selon la revendication 1, caractérisée en ce que le rapport molaire entre l’acide et le tensioactif cationique est au moins 1,01, de préférence au moins 1,1, plus préférablement au moins 1,2, plus préférablement au moins 2, et encore plus préférablement au moins 3.
  3. Composition selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le tensioactif cationique est choisi parmi une monoalkylamine, une dialkylamine, une alkylamine éthoxylée et des alkyldiamines.
  4. Composition selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que l’acide est choisi dans le groupe constitué de l’acide chlorhydrique, l’acide sulfurique, l’acide formique, l’acide acétique, l’acide propionique, l’acide butyrique, l’acide malonique, l’acide itaconique et l’acide fumarique.
  5. Composition selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la cire est choisie parmi des esters d’alkyle d’acides gras, dans laquelle l’alcool est un alcool primaire et un mélange de ceux-ci, de préférence, est une cire de Carnauba ou une cire de Candelilla ou un mélange de celles-ci.
  6. Composition selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la composition est sous la forme d’une dispersion aqueuse.
  7. Composition selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, comprenant de 5 à 25 % en poids, de préférence de 8 à 25 % en poids, plus préférablement de 8 à 20 % en poids et encore plus préférablement de 10 à 15 % en poids de cire par rapport au poids total de la composition.
  8. Composition telle que définie dans l’une quelconque des revendications 1 à 7, comprenant entre 90 et 99,5 % en poids de solvant par rapport au poids total de la composition.
  9. Procédé de préparation d’une composition de revêtement, comprenant une étape de mélange d’une cire, avec un tensioactif cationique et un acide, le rapport molaire entre l’acide et le tensioactif cationique étant supérieur à 1.
  10. Procédé d’application d’un revêtement sur une surface en verre comprenant une étape i) d’application de la composition telle que définie dans l’une quelconque des revendications 1 à 8 sur une surface en verre, de préférence la surface en verre d’un récipient.
  11. Utilisation de la composition selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, en tant que revêtement au bout froid sur une surface en verre.
  12. Surface en verre, de préférence récipient en verre, et encore plus préférablement bouteille en verre, susceptible d’être obtenue par le procédé tel que défini dans la revendication 10.
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