FR3139568A1 - Procédé de préparation d’une résine aminosuccinique à faible indice d’amine - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un procédé de préparation d’une résine aminosuccinique, ainsi que la résine aminosuccinique susceptible d’être obtenue suivant ce procédé, qui présente un indice d’amine inférieur à 190 mg KOH/g. Elle a également pour objet l’utilisation de cette résine aminosuccinique pour la fabrication de liants bi-composants renfermant au moins un polyisocyanate.
Description
La présente invention concerne un procédé de préparation d’une résine aminosuccinique, ainsi que la résine aminosuccinique susceptible d’être obtenue suivant ce procédé, qui présente un indice d’amine inférieur à 190 mg KOH/g. Elle a également pour objet l’utilisation de cette résine aminosuccinique pour la fabrication de liants bi-composants renfermant au moins un polyisocyanate.
Les résines aminosucciniques ou aspartiques sont des polymères présentant des motifs -O-C(=O)-CH2-CH(NR)-C(=O)-O-, R étant H ou alkyle. Ces motifs peuvent notamment provenir de l’addition d’une amine primaire ou secondaire sur un acide succinique ou un dérivé de celui-ci (notamment anhydride succinique ou succinate de dialkyle). La combinaison d’une résine aminosuccinique avec un agent réticulant tel qu’un polyisocyanate permet l’obtention de formulations extemporanées de liant bi-composant. Ces formulations sont utiles pour la préparation de compositions d’adhésifs, de peintures ou de revêtements, notamment pour protéger des surfaces métalliques vis-à-vis de la corrosion, des chocs ou de l’abrasion. Ces compositions trouvent des applications notamment dans l’industrie automobile, éolienne et de la construction (revêtements de sols, pièces d’étanchéité…).
Des résines aspartiques sont commercialisées par la société COVESTRO sous la référence commerciale Pasquick®. Ces résines aspartiques sont préparées à partir de diamines primaires vendues sous la référence commerciale Desmophen® et elles sont susceptibles de réagir avec un polyisocyanate aliphatique vendu sous la référence commerciale Desmodur® pour former des polyurées. Leur indice d’amine est au minimum de 190 mg KOH/g.
Le document EP 1 516 886 décrit également des résines aspartiques utilisables dans la fabrication de liants. Ces résines sont obtenues suivant un procédé comprenant une première étape de transestérification d’un ester α,β-insaturé d’alkyle en C1-C9, tel qu’un ester d’acide maléique ou fumarique, avec un polyol tel que le butanediol ou un sucre, et une seconde étape consistant à faire réagir le produit ainsi obtenu avec une mono- ou polyamine primaire, telle que la cyclohexylamine ou la 1,6-hexanediamine, dans des conditions telles qu’il ne subsiste plus de groupe amine primaire. Les résines aspartiques ainsi obtenues présentent un indice d’amine qui est au minimum de 200 mg KOH/g.
Le document US-5,925,711 divulgue un procédé similaire de préparation de résines aspartiques, excepté que l’oligoester obtenu dans la première étape est formé soit par réaction d’un diacide insaturé, tel que l’acide maléique ou fumarique, avec un polyol et un mono-alcool, par exemple le 1,6-hexanediol associé au n-butanol, soit par transestérification d’un diester d’alkyle en C1-C8avec un polyol tel que le 1,6-hexanediol.
Les résines aspartiques connues permettent l’obtention de compositions de revêtement qui adhèrent bien au substrat et dont les propriétés mécaniques sont obtenues rapidement. Toutefois, elles sont concentrées en fonctions amines, ce qui implique l’utilisation d’une grande quantité de résine polyisocyanate pour la formulation des liants. Compte tenu de la toxicité et du coût de ces résines polyisocyanates, il serait donc souhaitable de disposer de diluants réactifs possédant un faible indice d’amine. Il est également souhaitable que cette propriété ne soit pas atteinte au détriment des performances de la composition après application sur le substrat, en particulier de sa dureté Persoz.
Les inventeurs ont mis au point un procédé permettant de satisfaire aux besoins précités, qui met en œuvre, dans la première étape de préparation de la résine aminosuccinique, un diester léger transestérifié à l’aide d’un ou plusieurs mono-alcools lourds et éventuellement d’un ou plusieurs polyols. Il a été observé que l’utilisation d’un monoalcool lourd permettait d’augmenter la masse molaire du diester et de réduire ainsi l’indice d’amine de la résine aminosuccinique préparée par la suite, sans augmenter significativement la polydispersité (et donc la viscosité) du diester ainsi obtenu, et de conserver une durée de vie en pot du mélange de la résine avec un polyisocyanate qui est adaptée à l'utilisation envisagée.
La présente invention a ainsi pour objet un procédé de préparation d’une résine aminosuccinique comprenant les étapes suivantes :
a) la transestérification d’au moins un diester d’alkyle de formule (I) à l’aide d’au moins un mono-alcool de formule (II), ou d'un précurseur de celui-ci, et éventuellement d’au moins un polyol de formule (III) :
R1-OOC-CH=CH-COO-R2(I)
R3-OH (II)
R4-(OH)n(III)
où R1et R2sont indépendamment des chaînes hydrocarbonées saturées, linéaires ou ramifiées qui contiennent chacune moins de 5 atomes de carbone ; R3désigne une chaîne hydrocarbonée saturée ou insaturée, linéaire, ramifiée ou cyclique renfermant plus de 4 atomes de carbone ; et R4désigne une chaîne hydrocarbonée renfermant au moins 2 atomes de carbone et 2 ≤ n ≤ 6,
dans un rapport molaire du mono-alcool ou précurseur au diester allant de 0,01 à 1,99,
b) la réaction du produit de cette réaction avec au moins une polyamine primaire et éventuellement au moins une monoamine primaire, dans un rapport molaire entre les fonctions amines et les doubles liaisons du diester allant de 0,8 à 1,2.
Elle a également pour objet une résine aminosuccinique susceptible d’être obtenue suivant ce procédé et présentant un indice d’amine inférieur à 190 mg KOH/g.
Elle a encore pour objet l’utilisation de cette résine aminosuccinique pour la fabrication de liants bi-composants renfermant au moins un polyisocyanate.
L'invention a également pour objet une formulation de liant comprenant la résine aminosuccinique précitée et un composant polyisocyanate.
Un autre objet porte sur l'utilisation de cette formulation de liant pour l’obtention d’un revêtement, d’un mastic ou d’un adhésif, en particulier pour l’obtention d’un revêtement, plus particulièrement pour l’obtention d’un film, d’une peinture, d’un vernis, d’une laque, d’une lasure, d’un primaire d’adhésion ou d’une encre.
Enfin, l'invention a aussi pour objet un revêtement, un adhésif ou un mastic obtenu par application et séchage de la formulation de liant précitée.
Procédé de préparation d’une résine aminosuccinique
L’invention concerne un procédé de préparation d’une résine aminosuccinique comprenant essentiellement deux étapes, à savoir une première étape de transestérification et une seconde étape de réaction du produit ainsi obtenu avec une amine.
Transestérification
La première étape de ce procédé comprend la transestérification d’au moins un diester d’alkyle à l’aide d’au moins un mono-alcool ou précurseur de celui-ci, et éventuellement d’au moins un polyol.
Le diester d’alkyle répond à la formule (I) :
R1-OOC-CH=CH-COO-R2(I)
dans laquelle R1et R2sont indépendamment des chaînes hydrocarbonées saturées, linéaires ou ramifiées qui contiennent chacune moins de 5 atomes de carbone. On préfère que la chaîne hydrocarbonée soit constituée d’atomes de carbone ou d’hydrogène. Des exemples de tels diesters (ou « diesters légers ») sont notamment les maléates et fumarates d’alkyle tels que : le maléate de diméthyle, le maléate de diéthyle, le maléate de dipropyle, le maléate de diisopropyle, le maléate de dibutyle, le maléate de di-tert-butyle, le maléate de di-iso-butyle, le maléate de di-sec-butyle, le fumarate de diméthyle, le fumarate de diéthyle, le fumarate de dipropyle, le fumarate de diisopropyle, le fumarate de dibutyle, le fumarate de di-tert-butyle, le fumarate de di-iso-butyle, le fumarate de di-sec-butyle, et leurs mélanges.
De son côté, le mono-alcool répond à la formule (II) :
R3-OH (II)
dans laquelle R3désigne une chaîne hydrocarbonée saturée ou insaturée, linéaire, ramifiée ou (mono ou poly)cyclique renfermant plus de 4 atomes de carbone, de préférence plus de 9 atomes de carbone et généralement moins de 18 atomes de carbone. On préfère que la chaîne hydrocarbonée renferme uniquement des atomes de carbone et d’hydrogène et soit éventuellement interrompue par un ou plusieurs atomes d’oxygène. Des exemples de tels alcools (dits « alcools lourds ») sont notamment : le pentanol, le méthylbutanol, le diméthylpropanol, l’hexanol, le méthylpentanol, l’éthylbutanol, le diéthylpropanol, le cyclohexanol, l’heptanol, le méthylcyclohexanol, l’octanol, l’éthylhexanol, le nonanol, le triméthylcyclohexanol, le décanol, letert-butyl cyclohexanol, le tridécanol, l’isotridécanol, le dodécanol, le butoxyéthanol, l’alcool benzylique, le bornéol, le menthol, le tricyclodécyl méthanol, le méthoxy polyéthylène glycol, et leurs mélanges.
Dans une forme d'exécution de l'invention, on utilise au lieu d'un mono-alcool de formule (II) un précurseur, c'est-à-dire un composé capable de former un mono-alcool de formule (II) dans les conditions de la réaction de transestérification, en particulier une lactone telle que la γ-butyrolactone, la δ-valérolactone ou la ε-caprolactone.
Un polyol peut éventuellement être présent dans le mélange réactionnel pour ajuster la vitesse de montée en viscosité du vernis obtenu à partir de la résine aminosuccinique selon l'invention. Ce polyol répond à la formule (III) :
R4-(OH)n(III)
dans laquelle :
R4désigne une chaîne hydrocarbonée saturée, linéaire, ramifiée ou cyclique renfermant au moins 2 atomes de carbone, de préférence au moins 4 atomes de carbone et plus préférentiellement au moins 5 atomes de carbone, et généralement moins de 36 atomes de carbone, et
2 ≤ n ≤ 6, de préférence 2 ≤ n ≤ 3 et plus préférentiellement n est égal à 2.On préfère que la chaîne hydrocarbonée renferme uniquement des atomes de carbone et d’hydrogène et soit éventuellement interrompue par un ou plusieurs atomes d’oxygène. Des exemples de tels polyols sont notamment : éthylène glycol, 1,2-propanediol, 1,3-propanediol, 1,4-butanediol, 1,3-butanediol, 1,5-pentanediol, 1,6-hexanediol, 3-méthyl-1,5-pentanediol, 1,10-décanediol, 1,12-dodécanediol, diéthylène glycol, triéthylène glycol, dipropylène glycol, tripropylène glycol, des polyalkylène glycols tels que polyéthylène glycol ou polypropylène glycol (de préférence de masse moléculaire moyenne en nombre Mn, calculée à partir de l'indice OH, allant de 250 à 3000 g/mol), 1,4-cyclohexanediméthanol, 1,6-cyclohexanediméthanol, 1,4-cyclohexanediol, bisphénol A, bisphénol A hydrogéné, glycérol, diglycérol, tricyclodécane diméthanol, triméthylolpropane, di(triméthylolpropane), triméthyloléthane, 1,2,6-hexanetriol, 1,2,4-butanetriol, érythritol, pentaérythritol, di(pentaérythritol), néopentyl glycol, 2-butyl-2-éthyl-1,3-propanediol, 2-méthyl-1,3-propanediol, 2-méthyl-1,2-propanediol, sorbitol, mannitol, xylitol, isosorbide, isoidide, isomannide, méthyl glucoside, polyester polyols (notamment polycaprolactone polyol), polycarbonate polyols, polyorganosiloxane polyols (notamment polydiméthysiloxane polyol), polyglycérols tels que les oligomères de glycérol comme le Polyglycérol-3 (trimère de glycérol) et le décaglycérol, un polybutadiène à terminaison hydroxy, un diol dérivé d’un dimère ou trimère d’acide gras hydrogéné ou non, les dérivés alkoxylés (notamment éthoxylés et/ou propoxylés) des polyols cités ci-dessus, et des mélanges de ceux-ci.
Lors de la réaction de transestérification, le rapport molaire du mono-alcool au diester va de 0,01 à 1,99, de préférence de 0,1 à 1,5 et plus préférentiellement de 0,2 à 1,0. Dans le cas où un polyol est introduit dans cette étape, le rapport molaire du polyol au diester est généralement inférieur à 0,6/n, de préférence inférieur à 0,4/n et plus préférentiellement inférieur à 0,2/n.
Cette réaction est généralement mise en œuvre à une température de 50 à 300°C, de préférence de 80 à 250°C et plus préférentiellement de 150 à 200°C. La réaction est généralement contrôlée par mesure de l’indice d’hydroxyle du produit réactionnel, de sorte que la température est maintenue pendant une durée permettant d’atteindre un indice d’hydroxyle inférieur à 10 mg KOH/g, de préférence inférieur à 5 mg KOH/g, tel que mesuré comme décrit dans les exemples ci-dessous.
La réaction de transestérification est généralement conduite en présence d’un catalyseur. Le catalyseur peut par exemple être choisi parmi les oxydes et les sels organiques de métaux tels que le titane, l’étain, le zinc, l’antimoine ou le fer, par exemple parmi : le butoxyde de titane(IV), le titanate de tetrakis(2-éthylhexyle), l’oxyde d’étain(IV), l’oxyde de dibutylétain, l’hydroxyde oxyde de butylétain, le bis(2-éthylhexyl mercaptoacétate) de dibutylétain, le bis(2-éthylhexanoate) de dibutylétain, l’acide butyl stannoïque, le dichlorure de dibutylétain, l’hydroxyde d’octylétain, l’oxyde de zinc(IV) et l’oxyde de zinc(II).
On préfère en outre que la réaction de transestérification soit conduite sous atmosphère inerte, par exemple sous bullage d’azote.
Réaction avec une amine
A l’issue de l’étape de transestérification décrite ci-dessus, on obtient un polyester dit « lourd » qui est mis à réagir, dans la deuxième étape du procédé selon l’invention, avec au moins une polyamine primaire et éventuellement au moins une monoamine primaire, désignées ensemble ci-après par "l'amine", sauf indication contraire. Le rapport molaire entre les fonctions amines et les doubles liaisons du diester va de 0,8 à 1,2, de préférence de 0,9 à 1,1 et plus préférentiellement de 0,95 à 1,05.
Les mono- et polyamines utilisées selon l’invention peuvent être choisies parmi les amines comprenant une chaîne hydrocarbonée linéaire, cyclique ou ramifiée, saturée ou insaturée (éventuellement aromatique), à laquelle sont liés un ou plusieurs groupes amino. La polyamine peut être choisie parmi les diamines, les triamines et les tétramines. Il s'agit de préférence d'une diamine.
Selon un mode de réalisation particulier, la diamine primaire correspond à la formule (IV):
H2N-R5-NH2(IV)
dans laquelle R5est une chaîne hydrocarbonée linéaire, cyclique ou ramifiée, saturée ou insaturée (éventuellement aromatique) comprenant au moins 2 atomes de carbone, de préférence au moins 4 atomes de carbone et plus préférentiellement au moins 5 atomes de carbone, et généralement moins de 100 atomes de carbone, de préférence moins de 40 atomes de carbone, et
On préfère que la chaîne hydrocarbonée renferme uniquement des atomes de carbone et d’hydrogène et soit éventuellement interrompue par un ou plusieurs hétéroatomes indépendamment choisis parmi oxygène et azote.
Des exemples de diamines peuvent être choisies parmi : le 1-amino-3-aminométhyl-3,5,5-triméthyl cyclohexane (IPDA), le bis-(4-aminocyclohexyl)-méthane, le bis-(4-amino-3-méthylcyclohexyl)méthane, le 1,6-diamino hexane, la 2-méthyl pentaméthylène diamine, l’éthylène diamine, les 1,2- et 1,3-propanediamines, la 2-méthyl-1,2-propanediamine, la 2,2-diméthyl-1,3-propanediamine, les 1,3- et 1,4-butane diamines, les 1,3- and 1,5-pentane diamines, la 2-méthyl-1,5-pentane diamine, la 1,6-hexane diamine, la 2,5-diméthyl-2,5-hexane diamine, la 2,2,4- ou 2,4,4-triméthyl-1,6-hexane diamine, la 1,7-heptane diamine, la 1,8-octane diamine, la 1,9-nonane diamine, la 1,10-décane diamine, la 1,11-undécane diamine, la 1,12-dodécane diamine, les 2,4- et 2,6-hexahydrotoluylène diamines, les 2,4'- et 4,4'-diamino-dicyclohexylméthanes, les 1,3- et 1,4-cyclohexane diamines, les 1,3- ou 1,4-bis(méthylamino)-cyclohexane, la 1,8-p-menthane diamine, l’hydrazine, la phénylène diamine, les 2,4- et 2,6-toluylène diamines, les 2,3- et 3,4-toluylène diamines, les o-, m- ou p-xylylène diamines, les 2,4'- et 4,4'-diaminodiphényl méthanes, la benzidine, et leurs mélanges. Des exemples de monoamines sont notamment : lasec-butylamine, l’isobutylamine, latert-butylamine, la cyclohexylamine, la 1,1,3,3-tétraméthyl butylamine (outert-octylamine) et leurs mélanges.
Des exemples de triamines sont la guanidine et la N-(2-aminoéthyl)-1,3-propane diamine. Comme tétramine, on peut notamment citer la N,N'-di-(2-aminoéthyl)pipérazine.
La polyamine primaire peut également être une polyétheramine. Une polyétheramine est une polyamine comprenant des liaisons éther (-O-), plus particulièrement des motifs oxyde d’éthylène (-O-CH2-CH2) et/ou oxyde de propylène (-O-CH2-CHCH3-).
Des exemples de polyétheramines sont les composés commercialisés par Hunstmann sous la référence Jeffamine®, notamment les séries Jeffamine® D, ED et EDR. Ces séries incluent notamment les références suivantes Jeffamine®D-230, Jeffamine® D-400, Jeffamine® D-2000, Jeffamine® D-4000, Jeffamine® ED-600, Jeffamine® ED-900, Jeffamine® ED-2003, Jeffamine® EDR-148, Jeffamine® EDR-176.
Il a été observé que l’utilisation de monoamines seules, qui sont généralement peu encombrées, ne permettait pas de conférer à la résine aminosuccinique une durée de vie en pot suffisante et conduisait après séchage de cette résine à des films friables et peu cohésifs.
L’ordre d’introduction des réactifs ci-dessus n’est pas critique, pour autant que les monoamines, si elles sont utilisées, soient introduites avant les diamines. Généralement, le produit de l’étape de transestérification est ajouté lentement à l’amine.
La réaction entre la ou les amines et le produit de la première étape est une réaction de Michael, qui est généralement conduite à une température de 0 à 160°C, de préférence de 20 à 140°C et plus préférentiellement de 30 à 80°C, pendant une durée de 1 à 4 heures. On préfère que cette réaction soit conduite sous atmosphère inerte, par exemple sous bullage d’azote. Le produit obtenu est généralement maintenu ensuite à température ambiante pendant une durée de 15 à 90 jours, par exemple de 30 à 60 jours, toujours sous atmosphère inerte.
Les deux étapes décrites précédemment peuvent être mises en œuvre en présence ou non d’un solvant. Des exemples de solvants utilisables sont les solvants organiques polaires tels que : les cétones, notamment l’acétone, la méthyléthylcétone et la méthyl isobutylcétone ; les esters tels que l’acétate de n-butyle et l’acétate de méthoxypropyle ; la N-méthylpyrrolidone ; et leurs mélanges. En variante, on peut utiliser des solvants organiques apolaires tels que le toluène et le xylène. L’indice d’amine de la résine aminosuccinique obtenue à l’issue de la deuxième étape décrite ci-dessous est inférieur à 190g KOH/g, de préférence inférieur à 180g KOH/g voire inférieur à 150g KOH/g, tel que mesuré comme décrit dans les exemples ci-dessous.
Le procédé selon l’invention permet d’obtenir une résine aminosuccinique.
L’invention concerne également une résine aminosuccinique comprenant au moins un motif selon la formule (VI) :
(VI)
dans laquelle :
R1est une chaîne hydrocarbonée saturée, linéaire ou ramifiée qui contient moins de 5 atomes de carbone;
R3est une chaîne hydrocarbonée saturée ou insaturée, linéaire, ramifiée ou (mono ou poly)cyclique renfermant plus de 4 atomes de carbone ;
R5est une chaîne hydrocarbonée linéaire, cyclique ou ramifiée, saturée ou insaturée (éventuellement aromatique) comprenant au moins 2 atomes de carbone.
Selon un mode de réalisation particulier, la résine aminosuccinique comprend au moins un motif selon la formule (VII) :
(VII)
dans laquelle R1, R3et R5sont tels que définis précédemment ;
R4est une chaîne hydrocarbonée renfermant au moins 2 atomes de carbone telle que décrite dans le procédé selon l’invention ; et
2 ≤ n ≤ 6.
La résine aminosuccinique peut notamment être obtenue par le procédé décrit précédemment.
Les chaînes R1, R3, R4et R5peuvent notamment être telles que décrites dans le procédé selon l’invention. Ainsi, dans les formules (VI) et (VII) :
R1peut notamment correspondre au groupe R1qui est présent sur le diester d’alkyle de formule (I) avant la réaction de transestérification ;
R3peut notamment correspondre au résidu du mono-alcool de formule (II) (sans le groupe OH) utilisé dans la réaction de transestérification ;
R4, lorsqu’il est présent, peut notamment correspondre au résidu du polyol de formule (III) (sans les groupes OH) éventuellement utilisé dans la réaction de transestérification ;
R5peut notamment correspondre au résidu de polyamine primaire de formule (IV) (sans les groupes NH2).
Les résines aminosucciniques préparées selon l’invention peuvent être utilisées dans des formulations de liant, en combinaison avec un agent réticulant tel qu’un polyisocyanate.
Ainsi, la présente invention concerne également une formulation de liant comprenant :
a) un composant polyisocyanate, et
b) un composant réactif aux isocyanates.
Ce type de formulation est une formulation bi-composante (également appelée formulation 2K). Une telle formulation est extemporanée, c’est-à-dire qu’elle est préparée peu de temps avant son application par l’utilisateur final.
Le composant b) ci-dessus comprend la résine aminosuccinique selon l’invention et éventuellement un autre composé réactif aux isocyanates. Des exemples de composés réactifs aux isocyanates autres que la résine aminosuccinique sont des composés ayant une ou plusieurs fonctions choisies parmi alcool, amine et thiol, de préférence des diols ou des diamines ou des amino-alcools.
Le composant a) ci-dessus comprend un polyisocyanate. Le composant a) peut comprendre un mélange de polyisocyanates. Au sens de la présente invention, un polyisocyanate est un composé ayant au moins 2 fonctions -NCO.
Le composant a) peut notamment comprendre un polyisocyanate aliphatique ou aromatique, de préférence un polyisocyanate aliphatique.
Le composant a) peut notamment comprendre un diisocyanate, une forme dimère ou trimère d’un diisocyanate (notamment biuret, allophanate, uretdione, isocyanurate) une forme polymère d’un diisocyanate, une forme allongée d’un diisocyanate (notamment un diisocyanate allongé par réaction avec un polyol ou un diisocyanate ayant un groupe carbodiimide obtenu par réaction de décarboxylation entre 2 molécules de diisocyanate) ou un mélange de ceux-ci.
Des exemples de polyisocyanates convenables sont : le 1,4-diisocyanatobutane ou tétraméthylène diisocyanate, le pentaméthylène diisocyanate (PDI), le 1,6-diisocyanatohexane ou hexaméthylène diisocyanate (HDI), le 1,5-diisocyanato-2,2-diméthylpentane, le 2,2,4- ou le 2,4,4- triméthyl-1,6-diisocyanatohexane, le 1,10-diisocyanatodécane, le 1,3- ou le 1,4-diiso-cyanatocyclohexane, le 1-isocyanato-5-isocyanatométhyl-3,3,5-triméthyl-cyclohexane ou isophorone diisocyanate (IPDI), le 2,3-, le 2,4- ou le 2,6-diisocyanato-1-méthylcyclohexane, le 4,4'- ou le 2,4'-diisocyanatodicyclohexylméthane (H12MDI), le 1-isocyanato-3(4)-isocyanatométhyl-1-méthyl-cyclohexane (IMCI), ainsi que les formes dimères, trimères, polymères et allongées de ceux-ci et leurs mélanges. Des exemples de polyisocyanates préférés sont les trimères de HDI, ainsi que les polyisocyanates préparés à partir de 1,6-diisocyanato-hexane, qui contiennent des groupes isocyanurate et éventuellement des groupes uretdione. Ces polyisocyanates ont généralement une teneur en NCO de 19 à 24% en poids, par rapport au poids du polyisocyanate.
Ces polyisocyanates peuvent éventuellement être utilisés en combinaison avec des polyisocyanates modifiés polyéther, lesquels peuvent être obtenus par réaction des polyisocyanates précités avec un éther d’alcool ou de polyol et de polyoxyalkylène, en particulier de polyoxyéthylène, tel que le monométhyl éther de polyéthylène glycol.
Généralement, pour obtenir les formulations de liant, la résine aminosuccinique et le polyisocyanate sont mélangés dans un rapport molaire des groupes isocyanates aux groupes amines primaires allant de 0,5 :1 à 8 :1, de préférence de 0,75 :1 à 6 :1 et plus préférentiellement de 1 :1 à 4 :1.
Ces formulations peuvent également comprendre d’autres composés susceptibles de réagir avec les polyisocyanates, notamment des polyacrylates à fonction hydroxyle et des polyesterpolyols.
En variante ou en plus, elles peuvent comprendre des additifs tels que des charges, des colorants, des épaississants, des dispersants, des tensioactifs, des agents anti-sédimentation, des catalyseurs, des stabilisants UV, des agents anti-mousse, des agents nivelants, des promoteurs d’adhérence, des agents matifiants, des agents opacifiants, des cires et leurs mélanges. Elles peuvent en outre comprendre un ou plusieurs solvants, choisis par exemple parmi les esters, les cétones et les hydrocarbures aromatiques listés précédemment.
Selon un mode de réalisation préféré, la formulation comprend un colorant. Un colorant peut être choisi parmi une teinture, un pigment et des mélanges de ceux-ci. Le terme "teinture", tel qu'il est utilisé ici, signifie un colorant ayant une solubilité de 10 mg/L ou plus dans le milieu dans lequel il est introduit à 25°C. Le terme "pigment" est défini dans la norme DIN 55943, comme un colorant qui est pratiquement insoluble dans le milieu d'application dans les conditions ambiantes qui le caractérisent, et dont la solubilité est donc inférieure à 10 mg/l dans ce milieu à 25°C.
Le colorant peut notamment être un pigment. Des pigments organiques et/ou inorganiques peuvent être utilisés. Si le colorant n'est pas un pigment autodispersible, les formulations peuvent en outre contenir un dispersant, plus préférablement un dispersant polymère, tel que décrit ci-dessous. Le pigment peut être choisi parmi un pigment noir, cyan, magenta, jaune, rouge, orange, violet, bleu, vert, brun ou un mélange de ceux-ci. Le pigment peut être choisi parmi ceux divulgués par HERBST, Willy, et al. Industrial Organic Pigments, Production, Properties, Applications. 3ème édition. Wiley - VCH , 2004. ISBN 3527305769.
Des exemples de pigments particuliers sont décrits ci-dessous, le terme "C.I." étant utilisé comme abréviation de Colour Index :
- le noir de carbone ;
- C.I. Pigment Blanc 1, 3, 4, 5, 6, 7, 10, 11, 12, 14, 17, 18, 19, 21, 24, 25, 27, 28 et 32 ;
- C.I. Pigment Jaune 1 , 3, 10, 12, 13, 14, 17, 55, 65, 73, 74, 75, 83, 93, 97, 109, 111, 120, 128, 138, 139, 150, 151, 154, 155, 180, 185 et 213 ;
- C.I. Pigment Rouge 17, 22, 23, 41 , 48:1 , 48:2, 49:1 , 49:2, 52:1 , 57:1 , 81 :1 , 81 :3, 88, 112, 122, 144, 146, 149, 169, 170, 175, 176, 184, 185, 188, 202, 206, 207, 210, 216, 221, 248, 251, 254, 255, 264, 270 et 272 ;
- C.I. Pigment Violet 1, 2, 19, 23, 32, 37 et 3 ;
- C.I. Pigment Bleu 15:1, 15:2, 15:3, 15:4, 15:6, 16, 56, 61 et pigments de phtalocyanine d'aluminium (pontés) ;
- C.I. Pigment Orange 5, 13, 16, 34, 40, 43, 59, 66, 67, 69, 71 et 73 ;
- C.I. Pigment Vert 7 et 36 ;
- C.I. Pigment Marron 6 et 7 ;
et leurs mélanges.
La formulation peut notamment avoir une Concentration Pigmentaire Volumique (CPV) allant de 3 à 60 %, de préférence de 5% à 50%, plus préférentiellement de 10 à 40%. La CPV peut être définie comme une grandeur arithmétique correspondant au pourcentage du volume occupé par les pigments par rapport au volume de l’ensemble du film sec obtenu après application et séchage de la formulation. La CPV peut notamment être mesurée selon la norme ISO 4618-1:2006.
La formulation peut en outre comprendre un dispersant. Le dispersant peut être utilisé pour disperser un matériau insoluble tel qu'un pigment ou une charge dans la formulation.
Le dispersant peut notamment être un dispersant polymère.
Les dispersants polymères typiques sont des copolymères de deux, trois, quatre, cinq ou même plus de monomères. Les propriétés des dispersants polymères dépendent à la fois de la nature des monomères et de leur distribution dans le polymère. Les dispersants copolymères ont de préférence les compositions polymères suivantes :
- copolymère aléatoire (par exemple ABBAABAB) ;
- copolymère alterné (par exemple ABABABAB) ;
- copolymère à gradient (par exemple, AAABAABBABBB) ;
- copolymères séquencés (par exemple, AAAAABBBBBB) ;
- copolymères greffés (squelette polymère avec des chaînes latérales polymères attachées au squelette) ;
et des formes mixtes de ces copolymères.
Le dispersant polymère peut avoir un poids moléculaire moyen en nombre Mn compris entre 500 et 30 000 g/mol, plus préférablement entre 1500 et 10 000 g/mol.
Parmi les exemples commerciaux de dispersants polymères, on peut citer
- Les dispersants DISPERBYK® disponibles auprès de BYK CHEMIE GMBH ;
- les dispersants SOLSPERSE® disponibles auprès de LUBRIZOL ;
- les dispersants TEGO® DISPERSE d'EVONIK ;
- les dispersants DISPEX®, EFKA® et JONCRYL® de BASF ;
- les dispersants DISPONER® de ELEMENTIS.
La formulation de liant peut être appliquée sur une grande diversité de substrats, incluant du bois, du métal, de la pierre, du plâtre, du béton, du verre, du tissu, du cuir, du papier, un plastique, un composite. L’application peut être réalisée de manière conventionnelle, notamment par pulvérisation, trempage ou à l’aide d’un pinceau, d’un rouleau ou d’une lame. L’application peut notamment être réalisée de manière à former une ou plusieurs couches, ayant de préférence une épaisseur 5 à 100 µm.
La formulation ainsi obtenue est ensuite durcie à une température de 20 à 100°C.
La formulation de liant peut notamment être une formulation de revêtement, de mastic ou d’adhésif. En particulier, la formulation de liant peut être une formulation de revêtement, plus particulièrement une formulation de revêtement décoratif, notamment une formulation de film, de peinture, de vernis, de laque, de lasure, de primaire d’adhésion ou d’encre.
Selon un mode de réalisation particulier, la formulation de liant est une formulation de peinture, de vernis ou de lasure, notamment une formulation de peinture, vernis ou lasure de finition. Une telle formulation peut notamment être appliquée en intérieur ou extérieur, par exemple sur du bois, du métal, un mur ou du plastique.
La formulation peut notamment être utilisée pour obtenir un revêtement (en particulier un film, une peinture, un vernis, une laque, une lasure, un primaire d’adhésion ou une encre), un adhésif ou un mastic.
Un autre objet de l’invention concerne l’utilisation de la formulation de liant selon l’invention, pour obtenir un revêtement (en particulier un film, une peinture, un vernis, une laque, une lasure, un primaire d’adhésion ou une encre), un adhésif ou un mastic.
L’invention concerne également un revêtement (en particulier un film, une peinture, un vernis, une laque, une lasure, un primaire d’adhésion ou une encre), un adhésif ou un mastic obtenu par application et séchage de la formulation de liant selon l’invention.
L’invention sera mieux comprise à la lumière des exemples suivants, qui sont donnés à titre purement illustratif et n’ont pas pour but de limiter la portée de l’invention, définie par les revendications annexées.
Les matériaux utilisés dans les exemples sont décrits ci-dessous :
- DEM (diéthyle maléate) de Sigma-Aldrich
- D2EHM (di-2éthylhexyl maléate) Mw =340g/mol de Sigma-Aldrich
- Butanediol de Sigma-Aldrich
- Cyclohexanol de Sigma-Aldrich
- Alcool Benzylique de Sigma-Aldrich
- TCDDM : tricyclodecyl diméthanol (Mw=196g/mol) de Sigma-Aldrich
- ɛ-Caprolactone de Sigma-Aldrich
- Isotridécanol de BASF
- 2EH (2-éthyl hexanol) de Sigma-Aldrich
- TCDOH (tricyclodécyl méthanol) de OXEA
- CHDM (cyclohexane diméthanol) de Sigma-Aldrich
- NPG (Néopentyl glycol) de Sigma-Aldrich
- MBMCHA (4,4’-méthylenebis-(2-methylcyclohexylamine)) de TCI
- MBCHA (4,4’-méthylènebis-(cyclohexylamine)) de Sigma Aldrich
- CHA (cyclohexylamine) de Sigma-Aldrich
- Fascat 4100 (acide butyl stanoïque) de BRENNTAG
L’indice d’amine est mesuré par dosage avec un titrimètre Metrohm (848 Titrino plus) équipé d’une sonde de mesure Metrohm de référence 6.0262.100. L’échantillon à analyser est pesé dans un bécher de 100 ml. On ajoute 50 ml de dichlorométhane. L’échantillon est complètement dissous par agitation magnétique. On titre sous agitation magnétique avec de l’acide perchlorique 0,1 N dans l’acide acétique, selon la méthode d'utilisation du titrimètre choisie. L’indice d’amine est calculé selon l’équation suivante :
avec
VE = Volume de titrant versé pour le dosage de l’échantillon (mL)
NT = Normalité du titrant (0,1 N)
M = Masse de l’échantillon (g).
VE = Volume de titrant versé pour le dosage de l’échantillon (mL)
NT = Normalité du titrant (0,1 N)
M = Masse de l’échantillon (g).
L’indice d’hydroxyle est mesuré par dosage avec un titrimètre Metrohm (848 Titrino plus) équipé d’une sonde de mesure Metrohm de référence 6.0229.100. On effectue un dosage acido-basique en retour de l’excès d’anhydride acétique par rapport aux fonctions hydroxy dans les conditions suivantes : le produit, de masse exacte M (environ 3 grammes) est dissous dans exactement 10 ml de solution acétylante (mélange de 555 ml d’acétate d’éthyle, 60 ml d’anhydride acétique et 7g d’acide para-toluène sulfonique monohydrate). On laisse réagir pendant 30 minutes à 90°C. Après refroidissement, on ajoute environ 2 ml d’eau qu’on laisse réagir 2 minutes à température ambiante. On ajoute alors environ 10 ml de solution hydrolysante (mélange de 600 ml de pyridine et 400 ml d’eau) qu’on laisse réagir 5 minutes à température ambiante. On ajoute environ 60 ml de solvant (mélange de 666 ml de n-butanol et 333 ml de toluène). On dose ensuite l’excès d’acide acétique (libéré par l’hydrolyse de l’anhydride acétique en excès par rapport aux fonctions hydroxy à acétyler) par de la potasse méthanolique de titre normal N (Eq/l) exact d’environ 0.5N, selon la méthode d’utilisation du titrimètre choisie. Un essai à blanc (identique au protocole ci-haut sans le produit à analyser) est également réalisé. L’indice d’hydroxyle est calculé selon l’équation suivante :
avec
VE = Volume de titrant versé pour le dosage de l’échantillon (mL)
VE = Volume de titrant versé pour le dosage de l’échantillon (mL)
VB = Volume de l’essai à blanc
NT = Normalité du titrant (0,5 N)
M = Masse de l’échantillon (g).
NT = Normalité du titrant (0,5 N)
M = Masse de l’échantillon (g).
IAcide = Indice d’acide déterminé selon la méthode ci-dessous.
L’indice d’acide est mesuré par dosage avec un titrimètre Metrohm (848 titrino plus) équipé d’une sonde de mesure Metrohm de référence 6.0229.100. L’échantillon à analyser est pesé dans un becher de 100 ml. On ajoute 50 ml de solvant (mélange 500 ml de toluène et 500 ml de méthanol). L’échantillon est complètement dissous par agitation magnétique. On titre sous agitation magnétique avec de la potasse méthanolique 0,1 N, selon la méthode d'utilisation du titrimètre choisie. L’indice d’acide est calculé selon l’équation suivante :
avec
VE = Volume de titrant versé pour le dosage de l’échantillon (mL)
NT = Normalité du titrant (0,1 N)
M = Masse de l’échantillon (g).
VE = Volume de titrant versé pour le dosage de l’échantillon (mL)
NT = Normalité du titrant (0,1 N)
M = Masse de l’échantillon (g).
La viscosité initiale du vernis avant application est mesurée sur un viscosimètre CAP 1000 Brookfield (haut gradient de cisaillement) selon la norme ISO 2884, avec un cône 2 ou 3 suivant la viscosité initiale du polyaminosuccinique, à 25°C.
La durée de vie en pot est le temps nécessaire pour observer un doublement de la viscosité initiale d’une composition de vernis. La viscosité est mesurée régulièrement dans le temps. L’ensemble des mesures permet de tracer une droite qui permet de calculer le « pot-life » de la composition par régression linéaire. Cette mesure usuelle permet de connaître la plage idéale d’utilisation de la composition sans perdre en propriétés applicatives.
Epaisseur sèche du vernis:
L’épaisseur sèche est mesurée sur un film sec de vernis 24 heures après application (selon la norme NF EN ISO 2808) avec un filmographe d’une composition de vernis d’une épaisseur de 150μm humide (50µm sec) sur une plaque d’acier QD46 (dans une salle climatisée à 23°C, et 50% d’humidité relative).
La dureté Persoz est mesurée selon la norme NF EN ISO 1522 de Mars 2007 après application avec un filmographe d’une composition de vernis d’une épaisseur de 150μm humide (50µm sec) sur une plaque d’acier QD46 (dans une salle climatisée à 23°C, et 50% d’humidité relative).
La dureté Persoz est mesurée 24 h ou 14 jours après application du vernis (dans une salle climatisée à 23°C, et 50% d’humidité relative).
De la DEM (344.00 g soit 2.000 mol), de l’isotridécanol (119.40 g soit 0.597 mol), du CHDM (7.40 g soit 0.050 mol) et du Fascat 4100 (0.050g) ont été introduits dans un réacteur équipé d’une colonne à distiller, d’un thermomètre, d’une canne de bullage d’azote et d’un agitateur à pales inclinées. Un bullage d’azote de 30 ml/minute est imposé tout au long de la synthèse. La température est portée puis maintenue à 170°C. L’éthanol formé pendant la réaction de transestérification est distillé. La température est maintenue jusqu’à obtenir un indice d’hydroxyle inférieur à 5 mg KOH/g. Le polyester maléate lourd obtenu est incolore.
De la DEM (454.18 g soit 2.641 mol), du 2EH (118.56 g soit 0.912 mol), du CHDM (4.75 g soit 0.033 mol) et du Fascat 4100 (0.055g) ont été introduits dans un réacteur équipé d’une colonne à distiller, d’un thermomètre, d’une canne de bullage d’azote et d’un agitateur à pales inclinées. Un bullage d’azote de 30 ml/minute est imposé tout au long de la synthèse. La température est portée puis maintenue à 190°C. L’éthanol formé pendant la réaction de transestérification est distillé. La température est maintenue jusqu’à obtenir un indice d’hydroxyle inférieur à 10 mg KOH/g. Le polyester maléate lourd obtenu est incolore. L’indice d’hydroxyle mesuré après le refroidissement est de 7.5 mg KOH/g.
De la DEM (456.76 g soit 2.656 mol), du 2EH (111.18 g soit 0.855 mol), du CHDM (9.56 g soit 0.066 mol) et du Fascat 4100 (0.055g) ont été introduits dans un réacteur équipé d’une colonne à distiller, d’un thermomètre, d’une canne de bullage d’azote et d’un agitateur à pales inclinées. Un bullage d’azote de 30 ml/minute est imposé tout au long de la synthèse. La température est portée puis maintenue à 190°C. L’éthanol formé pendant la réaction de transestérification est distillé. La température est maintenue jusqu’à obtenir un indice d’hydroxyle inférieur à 10 mg KOH/g. Le polyester maléate lourd obtenu est incolore. L’indice d’hydroxyle mesuré après le refroidissement est de 6.9 mg KOH/g.
De la DEM (166.65 g soit 0.969 mol), du TCDOH (160.83 g soit 0.821 mol), du NPG (2.52 g soit 0.024 mol) et du Fascat 4100 (0.040g) ont été introduits dans un réacteur équipé d’une colonne à distiller, d’un thermomètre, d’une canne de bullage d’azote et d’un agitateur à pales inclinées. Un bullage d’azote de 30 ml/minute est imposé tout au long de la synthèse. La température est portée puis maintenue à 190°C. L’éthanol formé pendant la réaction de transestérification est distillé. La température est maintenue jusqu’à obtenir un indice d’hydroxyle inférieur à 5 mg KOH/g. Le polyester maléate lourd obtenu est incolore. L’indice d’hydroxyle mesuré après le refroidissement est de 2.1 mg KOH/g.
De la DEM (425.70 g soit 2.475 mol), de l’isotridécanol (147.45 g soit 0.737 mol), du NPG (6.68 g soit 0.064 mol) et du Fascat 4100 (0.100g) ont été introduits dans un réacteur équipé d’une colonne à distiller, d’un thermomètre, d’une canne de bullage d’azote et d’un agitateur à pales inclinées. Un bullage d’azote de 30 ml/minute est imposé tout au long de la synthèse. La température est portée puis maintenue à 160°C. L’éthanol formé pendant la réaction de transestérification est distillé. La température est maintenue jusqu’à obtenir un indice d’hydroxyle inférieur à 5 mg KOH/g. Le polyester maléate lourd obtenu est incolore. L’indice d’hydroxyle mesuré après le refroidissement est de 4.2 mg KOH/g.
De la MBMCHA (51.87 g) est introduite dans un réacteur équipé d’une colonne à reflux, d’une canne de bullage d’azote, d’un thermomètre, d’une ampoule de coulée et d’un agitateur à pales inclinées. Un bullage d’azote de 30 ml/minute est imposé tout au long de la synthèse. 98.13 g du produit obtenu à l’exemple 1 est introduit dans l’ampoule de coulée puis ajouté sur une période de 1 heure en maintenant la température inférieure à 50°C. La température est maintenue à 50°C pendant encore 1 heure puis le contenu du réacteur est transféré dans un flacon inerte et maintenu fermé à température ambiante pendant 60 jours. L’extrait sec théorique du produit fini est de 100%. L’indice d’amine mesuré après le stockage est de 163 mg KOH/g.
Exemple 7 (résine aminosuccinique):
De la MBMCHA (35.44 g) et de la CHA (1.55 g) sont introduites dans un réacteur équipé d’une colonne à reflux, d’une canne de bullage d’azote, d’un thermomètre, d’une ampoule de coulée et d’un agitateur à pales inclinées. Un bullage d’azote de 30 ml/minute est imposé tout au long de la synthèse. 63.01 g du produit obtenu à l’exemple 2 est introduit dans l’ampoule de coulée puis ajouté sur une période de 1 heure en maintenant la température inférieure à 50°C. La température est maintenue à 50°C pendant encore 1 heure puis le contenu du réacteur est transféré dans un flacon inerte et maintenu fermé à température ambiante pendant 30 jours. L’extrait sec théorique du produit fini est de 100%. L’indice d’amine mesuré après le stockage est de 176 mg KOH/g.
Exemple 8 (résine aminosuccinique):
De la MBMCHA (37.19 g) est introduite dans un réacteur équipé d’une colonne à reflux, d’une canne de bullage d’azote, d’un thermomètre, d’une ampoule de coulée et d’un agitateur à pales inclinées. Un bullage d’azote de 30 ml/minute est imposé tout au long de la synthèse. 62.81 g du produit obtenu à l’exemple 3 est introduit dans l’ampoule de coulée puis ajouté sur une période de 1 heure en maintenant la température inférieure à 50°C. La température est maintenue à 50°C pendant encore 1 heure puis le contenu du réacteur est transféré dans un flacon inerte et maintenu fermé à température ambiante pendant 30 jours. L’extrait sec théorique du produit fini est de 100%. L’indice d’amine mesuré après le stockage est de 175 mg KOH/g.
Exemple 9 (résine aminosuccinique):
De la MBMCHA (57.92 g) est introduite dans un réacteur équipé d’une colonne à reflux, d’une canne de bullage d’azote, d’un thermomètre, d’une ampoule de coulée et d’un agitateur à pales inclinées. Un bullage d’azote de 30 ml/minute est imposé tout au long de la synthèse. 142.08 g du produit obtenu à l’exemple 4 est introduit dans l’ampoule de coulée puis ajouté sur une période de 1 heure en maintenant la température inférieure à 50°C. La température est maintenue à 50°C pendant encore 1 heure puis le contenu du réacteur est transféré dans un flacon inerte et maintenu fermé à température ambiante pendant 60 jours. L’extrait sec théorique du produit fini est de 100%. L’indice d’amine mesuré après le stockage est de 137 mg KOH/g.
Exemple 10 (résine aminosuccinique):
De la MBCHA (36.55 g) est introduite dans un réacteur équipé d’une colonne à reflux, d’une canne de bullage d’azote, d’un thermomètre, d’une ampoule de coulée et d’un agitateur à pales inclinées. Un bullage d’azote de 30 ml/minute est imposé tout au long de la synthèse. 75.95 g du produit obtenu à l’exemple 5 est introduit dans l’ampoule de coulée puis ajouté sur une période de 2 heures en maintenant la température inférieure à 50°C. La température est maintenue à 50°C pendant encore 1 heure puis le contenu du réacteur est transféré dans un flacon inerte et maintenu fermé à température ambiante pendant 30 jours. L’extrait sec théorique du produit fini est de 100%. L’indice d’amine mesuré après le stockage est de 174 mg KOH/g.
Exemple 11 (résine aminosuccinique):
76.09 g du produit obtenu à l’exemple 5 est introduit dans un réacteur équipé d’une colonne à reflux, d’une canne de bullage d’azote, d’un thermomètre, d’une ampoule de coulée et d’un agitateur à pales inclinées. Un bullage d’azote de 30 ml/minute est imposé tout au long de la synthèse. 3.45 g de CHA est ajouté. La température est portée puis maintenue à 50°C pendant 1 heure. 32.96 g de MBCHA est introduit dans l’ampoule de coulée puis ajouté sur une période de 1 heure 30 mn en maintenant la température inférieure à 50°C. Le contenu du réacteur est transféré dans un flacon inerte et maintenu fermé à température ambiante pendant 30 jours. L’extrait sec théorique du produit fini est de 100%. L’indice d’amine mesuré après le stockage est de 174 mg KOH/g.
Exemple comparatif 1 (utilisation d’un diester lourd sans transestérification):
75.00g de D2EHM (0.2206 mol) est introduit dans un réacteur équipé d’une colonne à reflux, d’une canne de bullage d’azote, d’un thermomètre, d’une ampoule de coulée et d’un agitateur à pales inclinées. Un bullage d’azote de 30 ml/minute est imposé tout au long de la synthèse. 26.25g de MBMCHA (0.1103 mol) est introduit dans l’ampoule de coulée puis ajouté sur une période de 1h en maintenant la température inférieure à 50°C. Le contenu du réacteur est transféré dans un flacon inerte et maintenu fermé à température ambiante pendant 30 jours. L’extrait sec théorique du produit fini est de 100%. L’indice d’amine mesuré après le stockage est de 122 mg KOH/g.
Exemple comparatif 2 (transestérification sans monoalcool lourd):
De la DEM (420.31 g soit 2.4437 mol), du butanediol (38.33 g soit 0.4259 mol) et du Fascat 4100 (0.100g) ont été introduits dans un réacteur équipé d’une colonne à distiller, d’un thermomètre, d’une canne de bullage d’azote et d’un agitateur à pales inclinées. Un bullage d’azote de 30 ml/minute est imposé tout au long de la synthèse. La température est portée puis maintenue à 170°C. L’éthanol formé pendant la réaction de transestérification est distillé. La température est maintenue jusqu’à obtenir un indice d’hydroxyle inférieur à 5 mg KOH/g.
59.06 g du produit obtenu sont introduits dans un réacteur équipé d’une colonne à reflux, d’une canne de bullage d’azote, d’un thermomètre, d’une ampoule de coulée et d’un agitateur à pales inclinées. Un bullage d’azote de 30 ml/minute est imposé tout au long de la synthèse. 40.94 g de MBMCHA est introduit dans l’ampoule de coulée puis ajouté sur une période de 30 mn en maintenant la température inférieure à 50°C. Le contenu du réacteur est transféré dans un flacon inerte et maintenu fermé à température ambiante pendant 30 jours. L’extrait sec théorique du produit fini est de 100%. L’indice d’amine mesuré après le stockage est de 193 mg KOH/g.
Exemple comparatif 3 (transestérification sans monoalcool lourd):
De la DEM (420.31 g soit 2.4437 mol), du butanediol (54.98 g soit 0.6109 mol) et du Fascat 4100 (0.100g) ont été introduits dans un réacteur équipé d’une colonne à distiller, d’un thermomètre, d’une canne de bullage d’azote et d’un agitateur à pales inclinées. Un bullage d’azote de 30 ml/minute est imposé tout au long de la synthèse. La température est portée puis maintenue à 170°C. L’éthanol formé pendant la réaction de transestérification est distillé. La température est maintenue jusqu’à obtenir un indice d’hydroxyle inférieur à 5 mg KOH/g.
59.04 g du produit obtenu sont introduits dans un réacteur équipé d’une colonne à reflux, d’une canne de bullage d’azote, d’un thermomètre, d’une ampoule de coulée et d’un agitateur à pales inclinées. Un bullage d’azote de 30 ml/minute est imposé tout au long de la synthèse. 40.96 g de MBMCHA est introduit dans l’ampoule de coulée puis ajouté sur une période de 30 mn en maintenant la température inférieure à 50°C. Le contenu du réacteur est transféré dans un flacon inerte et maintenu fermé à température ambiante pendant 30 jours. L’extrait sec théorique du produit fini est de 100%. L’indice d’amine mesuré après le stockage est de 193 mg KOH/g.
Exemple 12 (transestérification avec monoalcool lourd):
De la DEM (420.31 g soit 2.4437 mol), de l’alcool benzylique (131.95 g soit 1.2218 mol) et du Fascat 4100 (0.100g) ont été introduits dans un réacteur équipé d’une colonne à distiller, d’un thermomètre, d’une canne de bullage d’azote et d’un agitateur à pales inclinées. Un bullage d’azote de 30 ml/minute est imposé tout au long de la synthèse. La température est portée puis maintenue à 170°C. L’éthanol formé pendant la réaction de transestérification est distillé. La température est maintenue jusqu’à obtenir un indice d’hydroxyle inférieur à 5 mg KOH/g.
63.04 g du produit obtenu sont introduits dans un réacteur équipé d’une colonne à reflux, d’une canne de bullage d’azote, d’un thermomètre, d’une ampoule de coulée et d’un agitateur à pales inclinées. Un bullage d’azote de 30 ml/minute est imposé tout au long de la synthèse. 36.96 g de MBMCHA est introduit dans l’ampoule de coulée puis ajouté sur une période de 30 mn en maintenant la température inférieure à 50°C. Le contenu du réacteur est transféré dans un flacon inerte et maintenu fermé à température ambiante pendant 30 jours. L’extrait sec théorique du produit fini est de 100%. L’indice d’amine mesuré après le stockage est de 174 mg KOH/g.
Exemple 13 (transestérification avec monoalcool lourd monofonctionnel et précurseur de monoalcool lourd):
De la DEM (363.01 g soit 2.1105 mol), du TCDDM (5.17 g soit 0.0264 mol), du cyclohexanol (150.00g soit 1.5000 mol), de la ɛ-caprolactone (91.43g soit 0.8020 mol) et du Fascat 4100 (0.100g) ont été introduits dans un réacteur équipé d’une colonne à distiller, d’un thermomètre, d’une canne de bullage d’azote et d’un agitateur à pales inclinées. Un bullage d’azote de 30 ml/minute est imposé tout au long de la synthèse. La température est portée puis maintenue à 170°C. L’éthanol formé pendant la réaction de transestérification est distillé. La température est maintenue jusqu’à obtenir un indice d’hydroxyle inférieur à 5 mg KOH/g.
68.18 g du produit obtenu sont introduits dans un réacteur équipé d’une colonne à reflux, d’une canne de bullage d’azote, d’un thermomètre, d’une ampoule de coulée et d’un agitateur à pales inclinées. Un bullage d’azote de 30 ml/minute est imposé tout au long de la synthèse. 31.82 g de MBMCHA est introduit dans l’ampoule de coulée puis ajouté sur une période de 30 mn en maintenant la température inférieure à 50°C. Le contenu du réacteur est transféré dans un flacon inerte et maintenu fermé à température ambiante pendant 30 jours. L’extrait sec théorique du produit fini est de 100%. L’indice d’amine mesuré après le stockage est de 150 mg KOH/g.
On a testé plusieurs résines selon l'invention et comparatives, préparées comme décrit précédemment, ainsi que les résines selon l'art antérieur mentionnées ci-dessous, afin d'évaluer la proportion de polyisocyanate nécessaire à l'obtention d'un vernis. Différentes propriétés de ce vernis ont également été évaluées, à savoir sa viscosité avant application, sa durée de vie en pot, son épaisseur à sec et sa dureté Persoz à 24h et à 14 jours, suivant les protocoles décrits précédemment.
Les résines selon l'art antérieur étaient les suivantes :
Exemple Comparatif 4- SYNOCURE 9226 BA 82 : Résine acrylique hydroxylée à haut extrait sec ayant un IOH de 5.4% par rapport à la résine masse avec une viscosité (3000-5000 mPa.s à 25°C) et un extrait-sec de 82% dans l’acétate de butyle.
Exemple Comparatif 5- DESMOPHEN NH1420 : Résine aminosuccinique ayant un indice d’amine de 201 mg KOH/g par rapport à la résine masse avec une viscosité de 1000 mPa.s à 25°C et un extrait-sec de 100%.
Exemple Comparatif 6- DESMOPHEN NH1520 : Résine aminosuccinique ayant un indice d’amine de 191 mg KOH/g par rapport à la résine masse avec une viscosité de 1400 mPa.s à 25°C et un extrait-sec de 100%.
Conditions opératoires de formulation du vernis bi-composant:
Les formulations des vernis bi-composants sont réalisées avec un ratio stœchiométrique Amine/NCO pour les résines aminosucciniques et un ratio stœchiométrique OH/NCO pour les polyacryliques, ajustées à 75% d’extrait sec volumique, contenant une valeur de VOC de 220g/L.
L’isocyanate utilisé dans ce système bi-composant est le TolonateTMHDT-LV2, qui est un trimère d’hexaméthylène diisocyanate, sans solvant, de faible viscosité, ayant un taux de NCO de 23%, commercialisé par Vencorex.
Pour les résines aminosucciniques :
Dans un récipient adapté, la résine aminosuccinique est incorporée, suivie du solvant (acétate de butyle) puis de l’isocyanate.
Le vernis bi-composant est agité de manière soutenue pendant 30 secondes à la spatule, puis il est mis au repos pendant une minute pour débullage avant de mesurer sa viscosité et de l’appliquer.
Pour les polyacryliques :
Dans un récipient adapté, la résine polyacrylique est incorporée, suivie de 0.5% (sec sur résine) de catalyseur type dilaurate de dibutylétain (DBTDL), du solvant (acétate de butyle) puis de l’isocyanate.
Le vernis bi-composant est agité de manière soutenue pendant 30 secondes à la spatule, puis il est mis au repos pendant une minute pour débullage avant de mesurer sa viscosité et de l’appliquer.
Résultats applicatifs:
Résine | Extrait sec (%) |
Indice d’amine sur résine sèche (mg KOH/g) |
Ratio massique résine : polyisocyanate |
Viscosité du vernis avant application à 25°C (mPa.s) |
Durée de vie en pot « potlife » (min) |
Epaisseur sèche (µm) |
Dureté Persoz à 24h (s) |
Dureté Persoz à 14 jours (s) |
Comp. 4 | 82 | - |
- | 555 | 42 |
46 | 58 | 240 |
Comp. 5 | 100 | 201 | 1 : 0,65 | 65 | 5 | 52 | 301 | 308 |
Ex. 10 | 100 | 174 | 1 : 0,56 | 85 | 5 | 52 | 276 | 294 |
Ex. 11 | 100 | 174 | 1 : 0,56 | 65 | 5 | 51 | 284 | 304 |
Résine | Extrait sec (%) |
Indice d’amine sur résine sèche (mg KOH/g) |
Ratio massique résine : polyisocyanate |
Viscosité du vernis avant application à 25°C (mPa.s) |
Durée de vie en pot « potlife » (min) |
Epaisseur sèche (µm) |
Dureté Persoz à 24h (s) |
Dureté Persoz à 14 jours (s) |
Comp. 4 | 82 | - |
- | 555 | 42 |
46 | 58 | 240 |
Comp. 6 | 100 | 191 | 1 : 0,62 | 65 | 90 | 52 | 217 | 360 |
Ex. 6 | 100 | 163 | 1 : 0,53 | 79 | 56 | 43 | 93 | 307 |
Ex. 7 | 100 | 176 | 1 : 0,57 | 105 | 39 | 49 | 85 | 320 |
Ex. 8 | 100 | 175 | 1 : 0,57 | 118 | 51 | 50 | 88 | 320 |
Ex. 9 | 100 | 137 | 1 : 0,44 | 293 | 39 | 52 | 252 | 361 |
Comp. 1 | 100 | 122 | 1 : 0,40 | 200 | 212 | 51 | FILM COLLANT | 60 |
Les tableaux 1 et 2 ci-dessus montrent que les vernis obtenus à partir des résines selon l’invention présentent des duretés à 14 jours, des viscosités et des durées de vie en pot acceptables, avec une moindre consommation de polyisocyanate par rapport aux essais comparatifs.
L’exemple comparatif 1 montre que l’utilisation directe d’un diester lourd sans phase de transestérification donne un film collant à 24h et insuffisamment durci à 14 jours.
Résine | Extrait sec (%) |
Indice d’amine sur résine sèche (mg KOH/g) |
Ratio massique résine : polyisocyanate |
Viscosité du vernis avant application à 25°C (mPa.s) |
Durée de vie en pot « potlife » (min) |
Epaisseur sèche (µm) |
Ratio molaire OH/ester maléique | Dureté Persoz à 7 jours (s) |
Comp. 2 |
100 | 193 | 1 : 0,63 | 88 | 75 | 48 | 0.174 | 342 |
Comp. 3 | 100 | 193 | 1 : 0,63 | 163 | 75 | 43 | 0.250 | 340 |
Ex. 12 |
100 | 174 | 1 : 0,56 | 51 | 120 | 43 | 0.250 | 317 |
Ex. 13 |
100 | 150 | 1 : 0,49 | 159 | 62 | 49 | 0.355 | 238 |
Les exemples comparatifs 2 et 3 montrent l’impact de l’augmentation de la quantité de polyol sur la viscosité initiale de la formulation.
Ce tableau montre également que, pour un ratio OH/ester maléique identique, la résine selon l’invention (Exemple 12) présente un INH plus faible que la résine de l'Exemple comparatif 3. Le vernis obtenu présente en outre une viscosité plus faible (impliquant la possibilité d’utiliser une quantité plus faible de solvant), une durée de vie en pot plus longue et une dureté à 1 semaine pratiquement équivalente à celles du vernis comparatif.
L’exemple 13 montre que d’excellents compromis entre INH (faible) et dureté (plutôt haute) peuvent être obtenus avec des précurseurs d’alcools primaire (caprolactone).
Claims (14)
- Procédé de préparation d’une résine aminosuccinique comprenant les étapes suivantes :
a) la transestérification d’au moins un diester d’alkyle de formule (I) à l’aide d’au moins un mono-alcool de formule (II), ou d'un précurseur de celui-ci, et éventuellement d’au moins un polyol de formule (III) :
R1-OOC-CH=CH-COO-R2(I)
R3-OH (II)
R4-(OH)n (III)
où R1et R2sont indépendamment des chaînes hydrocarbonées saturées, linéaires ou ramifiées qui contiennent chacune moins de 5 atomes de carbone ; R3désigne une chaîne hydrocarbonée saturée ou insaturée, linéaire, ramifiée ou cyclique renfermant plus de 4 atomes de carbone ; et R4désigne une chaîne hydrocarbonée renfermant au moins 2 atomes de carbone et 2 ≤ n ≤ 6,
dans un rapport molaire du mono-alcool au diester allant de 0,01 à 1,99,
b) la réaction du produit de cette réaction avec au moins une polyamine primaire et éventuellement au moins une monoamine primaire, dans un rapport molaire entre les fonctions amines et les doubles liaisons du diester allant de 0,8 à 1,2. - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le diester d’alkyle est choisi parmi : les maléates et fumarates d’alkyle tels que : le maléate de diméthyle, le maléate de diéthyle, le maléate de dipropyle, le maléate de diisopropyle, le maléate de dibutyle, le maléate de di-tert-butyle, le maléate de di-iso-butyle, le maléate de di-sec-butyle, le fumarate de diméthyle, le fumarate de diéthyle, le fumarate de dipropyle, le fumarate de diisopropyle, le fumarate de dibutyle, le fumarate de di-tert-butyle, le fumarate de di-iso-butyle, le fumarate de di-sec-butyle, et leurs mélanges.
- Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le mono-alcool est choisi parmi : le pentanol, le méthylbutanol, le diméthylpropanol, l’hexanol, le méthylpentanol, l’éthylbutanol, le diéthylpropanol, le cyclohexanol, l’heptanol, le méthylcyclohexanol, l’octanol, l’éthylhexanol, le nonanol, le triméthylcyclohexanol, le décanol, letert-butyl cyclohexanol, le tridécanol, l’isotridécanol, le dodécanol, le butoxyéthanol, l’alcool benzylique, le bornéol, le menthol, le tricyclodécyl méthanol, le méthoxy polyéthylène glycol, et leurs mélanges.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le polyol est choisi parmi : éthylène glycol, 1,2-propanediol, 1,3-propanediol, 1,4-butanediol, 1,3-butanediol, 1,5-pentanediol, 1,6-hexanediol, 3-méthyl-1,5-pentanediol, 1,10-decanediol, 1,12-dodecanediol, diéthylène glycol, triéthylène glycol, dipropylène glycol, tripropylène glycol, des polyalkylène glycols tels que polyéthylène glycol ou polypropylène glycol (de préférence de masse moléculaire moyenne en nombre Mn, calculée à partir de l'indice OH, allant de 250 à 3000 g/mol), 1,4-cyclohexanediméthanol, 1,6-cyclohexanediméthanol, 1,4-cyclohexanediol, bisphénol A, bisphénol A hydrogéné, glycérol, diglycérol, tricyclodécane diméthanol, triméthylolpropane, di(triméthylolpropane), triméthyloléthane, 1,2,6-hexanetriol, 1,2,4-butanetriol, érythritol, pentaérythritol, di(pentaérythritol), néopentyl glycol, 2-butyl-2-ethyl-1,3-propanediol, 2-méthyl-1,3-propanediol, 2-méthyl-1,2-propanediol, sorbitol, mannitol, xylitol, isosorbide, isoidide, isomannide, méthyl glucoside, polyester polyols (notamment polycaprolactone polyol), polycarbonate polyols, polyorganosiloxane polyols (notamment polydiméthysiloxane polyol), polyglycérols tels que les oligomères de glycérol comme le Polyglycérol-3 (trimère de glycérol) et le décaglycérol, un polybutadiène à terminaison hydroxy, un diol dérivé d’un dimère ou trimère d’acide gras hydrogéné ou non, les dérivés alkoxylés (notamment éthoxylés et/ou propoxylés) des polyols cités ci-dessus, et des mélanges de ceux-ci.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le rapport molaire du polyol au diester est inférieur à 0,6/n, de préférence inférieur à 0,4/n et plus préférentiellement inférieur à 0,2/n.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la polyamine est une diamine choisie parmi : le 1-amino-3-aminométhyl-3,5,5-triméthyl cyclohexane (IPDA), le bis-(4-aminocyclohexyl)-méthane, le bis-(4-amino-3-méthylcyclohexyl)méthane, le 1,6-diamino hexane, la 2-méthyl pentaméthylène diamine, l’éthylène diamine, les 1,2- et 1,3-propanediamines, la 2-méthyl-1,2-propanediamine, la 2,2-diméthyl-1,3-propanediamine, les 1,3- et 1,4-butane diamines, les 1,3- and 1,5-pentane diamines, la 2-méthyl-1,5-pentane diamine, la 1,6-hexane diamine, la 2,5-diméthyl-2,5-hexane diamine, la 2,2,4- ou 2,4,4-triméthyl-1,6-hexane diamine, la 1,7-heptane diamine, la 1,8-octane diamine, la 1,9-nonane diamine, la 1,10-décane diamine, la 1,11-undécane diamine, la 1,12-dodécane diamine, les 2,4- et 2,6-hexahydrotoluylène diamines, les 2,4'- et 4,4'-diamino-dicyclohexylméthanes, les 1,3- et 1,4-cyclohexane diamines, les 1,3- ou 1,4-bis(méthylamino)-cyclohexane, la 1,8-p-menthane diamine, l’hydrazine, la phénylène diamine, les 2,4- et 2,6-toluylène diamines, les 2,3- et 3,4-toluylène diamines, les o-, m- ou p-xylylène diamines, les 2,4'- et 4,4'-diaminodiphényl méthanes, la benzidine et leurs mélanges.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la monoamine est choisie parmi : lasec-butylamine, l’isobutylamine, latert-butylamine, la cyclohexylamine, la 1,1,3,3-tétraméthyl butylamine (outert-octylamine) et leurs mélanges.
- Résine aminosuccinique susceptible d’être obtenue suivant le procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 7 et présentant un indice d’amine inférieur à 190 mg KOH/g, de préférence inférieur à 180g KOH/g voire inférieur à 150g KOH/g.
- Résine aminosuccinique comprenant au moins un motif selon la formule (VI) :
dans laquelle
R1est une chaîne hydrocarbonée saturée, linéaire ou ramifiée qui contient moins de 5 atomes de carbone;
R3est une chaîne hydrocarbonée saturée ou insaturée, linéaire, ramifiée ou (mono ou poly)cyclique renfermant plus de 4 atomes de carbone ;
R5est une chaîne hydrocarbonée linéaire, cyclique ou ramifiée, saturée ou insaturée comprenant au moins 2 atomes de carbone. - Résine aminosuccinique selon la revendication 9, caractérisée en ce qu’elle comprend au moins un motif selon la formule (VII) :
dans laquelle R1, R3et R5sont tels que définis à la revendication 9 ;
R4est une chaîne hydrocarbonée renfermant au moins 2 atomes de carbone ; et
2 ≤ n ≤ 6. - Utilisation de la résine aminosuccinique selon l’une quelconque des revendications 8 à 10 pour la fabrication de liants bi-composants renfermant au moins un polyisocyanate.
- Formulation de liant comprenant la résine aminosuccinique selon l’une quelconque des revendications 8 à 10 et un composant polyisocyanate.
- Utilisation de la formulation de liant selon la revendication 12 pour l’obtention d’un revêtement, d’un mastic ou d’un adhésif, en particulier pour l’obtention d’un revêtement, plus particulièrement pour l’obtention d’un film, d’une peinture, d’un vernis, d’une laque, d’une lasure, d’un primaire d’adhésion ou d’une encre.
- Revêtement, adhésif ou mastic obtenu par application et séchage de la formulation de liant selon la revendication 12.
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EP1516886A1 (fr) | 2003-09-17 | 2005-03-23 | Bayer MaterialScience LLC | Esters de l'acide polyaspartique fléxibilisés |
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CN112209845A (zh) * | 2020-09-18 | 2021-01-12 | 深圳飞扬骏研新材料股份有限公司 | 低粘度低反应活性的聚天门冬氨酸酯、其制备方法及涂料 |
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2022
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-
2023
- 2023-09-12 WO PCT/EP2023/075060 patent/WO2024056688A1/fr unknown
Patent Citations (4)
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HERBST, WILLY ET AL.: "Industrial Organic Pigments, Production, Properties, Applications", 2004, WILEY - VCH |
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