LATEX ACTIF COMPRENANT UN AGENT INHIBITEUR DE CORROSION
La présente invention concerne un latex actif capable d'inhiber la corrosion d'un substrat métallique, une composition contenant un tel latex actif, un substrat recouvert d'une couche obtenue à partir d'un tel latex actif ainsi que le procédé d'obtention du latex actif.
Il existe de nombreuses méthodes pour inhiber la corrosion de surface métallique. Une technique classique consiste à déposer sur la surface à protéger une couche de zinc puis une couche de chromate. Cependant, à cause de contraintes liées à l'environnement, des solutions visant à réduire voire supprimer l'utilisation de chromate ont été développées. Par exemple, une de ces solutions consiste à appliquer sur la surface à protéger une couche organique qui joue le rôle de barrière entre la surface métallique et le milieu environnant. Pour mettre en œuvre cette solution, il est cependant nécessaire d'utiliser des solvants organiques.
L'objet de la présente invention est de proposer un latex actif permettant d'inhiber la corrosion de substrats métalliques en réduisant la quantité de chromâtes mise eu oeuvre.
Un autre objet est de proposer un latex actif permettant d'inhiber la corrosion de substrats métalliques en réduisant la quantité de solvant nécessaire à sa mise en œuvre. Ces objets et d'autres qui apparaîtront à la lecture de la description sont atteints par la présente invention qui concerne un latex actif comprenant un polymère sous forme de particules filmogène et insoluble dans l'eau, obtenu par polymérisation de monomères à insaturations ethyleniques, particules dans lesquelles un agent inhibiteur de corrosion est incorporé. L'invention concerne aussi un procédé de préparation de ce latex actif qui comprend • la solubilisation d'un agent inhibiteur de corrosion dans un solvant organique non soluble dans Peau, « l'addition sous agitation de cette solution dans une dispersion d'un polymère, sous forme de particules, filmogène et insoluble dans l'eau, pour permettre à l'agent inhibiteur de corrosion en solution de pénétrer dans les particules de polymères. L'invention concerne de plus une composition inhibitrice de corrosion comprenant un tel latex actif et un pigment anti-corrosion.
Enfin, l'invention concerne un substrat métallique recouvert d'une couche obtenue à partir d'un latex actif comprenant un polymère filmogène; insoluble dans l'eau et sous forme de particules, obtenu par polymérisation de monomères à insaturations ethyleniques, dans lequel est incorporé un agent inhibiteur de corrosion. Une telle couche est une couche polymère dans laquelle est incorporé l'agent inhibiteur de corrosion.
Dans le cadre de l'invention, on entend par latex, une dispersion de polymère dans l'eau. Un solvant non soluble dans l'eau est un solvant qui est présente une solubilité dans l'eau inférieure à 10 % en poids, mesurée à 20°C, de préférence inférieure à 5 % en poids.
La présente invention permet de protéger de façon efficace un substrat métallique de la corrosion. Le latex actif de l'invention, lorsqu'il est appliqué sur un tel substrat forme une couche qui présente une forte activité anticorrosion et une bonne adhérence au substrat. Le latex actif peut comprendre un ou plusieurs agents inhibiteurs de corrosion.
L'agent inhibiteur de corrosion peut être n'importe quel agent inhibiteur de corrosion connu qui présente une affinité pour le polymère filmogène insoluble dans l'eau sous forme de particules lui permettant de s'y incorporer. En particulier, pour pouvoir être incorporé dans le polymère, l'agent inhibiteur de corrosion doit être soluble dans un solvant organique non soluble dans l'eau tel que défini précédement.
Selon un mode de réalisation particulier, l'agent inhibiteur de corrosion est hydrophobe, c'est à dire qu'il présente une solubilité dans l'eau assez faible pour permettre son incorporation dans le polymère sous forme de particules. En effet, un agent inhibiteur de corrosion soluble dans l'eau aura tendance à migrer dans la phase aqueuse de la dispersion. Dans le cadre de l'invention, on préfère des agents inhibiteurs de corrosion dont la solubilité dans l'eau est inférieure à 0,5 % (poids), de préférence inférieur à 0,1 %.
Les agents inhibiteurs de corrosion utiles sont par exemple les composés ayant une activité inhibitrice de «corrosion choisis parmi Ses pyrocaiéchσis ; ies acides carboxyliques par exemple l'acide salicylique ; les benzotriazoles ; le crésol et ses dérivés; les acides aminés gras ; les alkyl sulfonates, les alkylphosphates ou alkyldiphosphates, ou les alkylphosphonates ou alkyldiphosphonates dans lesquels le groupe alkyle, linéaire ou ramifié, comprend au moins 4 atomes de carbone, de
préférence de 6 à 20 atomes de carbone. Selon un mode de réalisation, on préfère les dérivés hydrophobes des composés décrits ci-dessus.
L'agent inhibiteur de corrosion est de préférence choisi parmi les agents inhibiteurs de corrosion hydrophobes qui ont la propriété de se complexer avec des cations métalliques tels que le fer, le zinc, le cuivre etc.
Selon un premier mode de réalisation, l'agent inhibiteur de corrosion présent dans le latex actif de la présente invention est un composé phénolique substitué en au moins une position ortho par un groupe choisi parmi -OH, -CHO, -COOH et -NH2. Selon un autre mode de réalisation, l'agent inhibiteur de corrosion est un composé phénolique substitué en au moins une position ortho par un groupe choisi parmi -OH, -CHO, -COOH et -NH2, et comprenant sur au moins une autre position du cycle aromatique un radical hydrophobe.
Selon un mode de réalisation particulier, l'agent inhibiteur de corrosion correspond à la formule (I) :
R1 est choisi parmi -OH, -CHO, -COOH et -NH2,
R2 est un radical hydrophobe, et n est compris entre 0 et 4, de préférence 1 ou 2. Le radical hydrophobe R2 est de préférence choisi parmi les radicaux alkyles, linéaires ou ramifiés, comprenant au moins 4 atomes de carbone, par exemple un radical butyle, tertio butyle, pentyle; hexyle, heptyle, octyle, etc, ramifié ou non ; un radical cycloalkyle, un radical aryîe, un radical -COOR, -COR, -CHNR, R représentant un groupe alkyle, linéaire ou ramifié, comprenant au moins 4 atomes de carbone, de préférence 6 à 20 atomes de carbone. Selon un mode de réalisation particulier, n est égal à 1 et le radical R2 est en position para. Selon un autre mode de réalisation, n est égal à 2 et les radicaux R2 sont en position meta.
Les radicaux R2 peuvent être substitués ou non substitués. Les substituants sont de préférence choisis parmi les substituants hydrophobes par exemple les substituants fluorés.
Selon un mode de réalisation, l'agent inhibiteur de corrosion est un dérivé du pyrocatéchol (1 ,2-dihydroxy-benzène) ou de l'acide salicylique avec de préférence n supérieur ou égal à 2, de préférence égal à 2. De préférence, le composé de formule (I) est un dérivé du pyrocatéchol et R2 est de référence un radical alkyle comprenant au moins 4 atomes de carbone, de préférence de 6 à 20 atomes de carbone.
Un dérivé du pyrocatéchol utile est par exemple le di ter octyl pyrocatéchol, le di ter butyl pyrocatéchol, le mono ter butyl pyrocatéchol.
L'agent inhibiteur de corrosion est présent dans le latex actif dans des quantités très variables. Il est en général compris entre 0,5 et 20 % en poids par rapport au poids de matière sèche. Selon un mode de réalisation particulier, la quantité d'agent inhibiteur de corrosion est comprise entre 1 et 15 %, de préférence entre 1 à 6% en poids de matière sèche.
Le latex actif de la présente invention comprend, en dispersion, un polymère sous forme de particules filmogène et insoluble dans l'eau, polymère obtenu à partir de monomères organiques à insaturations ethyleniques.
Les monomères organiques à insaturations ethyleniques utiles pour la préparation du latex peuvent être choisis parmi des monomères vinyliques, acryliques, vinylaromatiques, d'esters vinyliques, d'alkylesters d'acides α ou insaturés, d'esters d'acides carboxyliques insaturés, de chlorure de vinyle, de chlorure de vinylidène et/ou de diènes.
A titre de monomères vinyliques et acryliques convenant aux latex, on peut citer ceux dérivant du styrène, de l'acide acrylique, d'ester acrylique de type esters acryliques de N-hydroxysuccinimide comme le N-acryloyloxysuccinimide et le N- acryloyloxyphtalimide, l'acide méthacrylique, le maléate de monobenzyle, la 2- viπylpyridine, le méthylsulfonate de styrène, le chlorométhylstyrène, Phydroxypropylméthacrylate, S'hydroxybutylacrylate, hydroxyéthyîacrylate, l'acryloritrϋe et/ou Pacroléine.
A titre illustratif, on peut mentionner les monomères suivants :
- le styrène et ses dérivés (vinyltoluène, éthylvinylbenzène)
- les esters, hydroxyesters et amides de l'acide (méth)-acrylique tels que le méthacrylate de méthyle, l'acrylate de butyle, (méth)-acrylamide,
- les esters vinyliques (acétate de vinyle, propionate de vinyle),
- les chlorures de vinyle et vinylidène,
- les vinylpyridines (2-vinylpyridine, 4-vinylpyridine, 2-méthyl, 5-vinylpyridine)
- les di (éthyl) amino-alkyl (méth)-acrylates - les di (éthyl)amino-alkyl (méth)-acrylamides
- l'allylamide
- l'éthylène imine
- le (méth)-acrylonitrile
- le N-vinylimidazole - les dialkylaminométhyl-styrènes
- la vinylpyrrolidone
- le divinylbenzène et ses dérivés
- les diènes conjugués (butadiène...)
- les dérivés polyallyliques (tétraallyléthylène...) - les (méth) acrylates de polyols (diméthacrylate d'éthylène glycol ...)
- le méthylène-bis (acrylamide)
- l'acide-bis (acrylamido) acétique.
Selon une variante préférée de l'invention, les polymères sous forme de particules filmogènes et insolubles dans l'eau, sont préparés à partir d'un mélange de monomères ethyleniques insaturés comprenant au moins un ester (méth)acrylique, notamment à partir des (méth)acrylates d'alkyle dont la partie alkyle présente de 1 à 10 atomes de carbone. De manière avantageuse, les polymères filmogènes et insolubles sont préparés à partir d'un mélange de monomères ethyleniques insaturés comprenant 1 à 10 % en poids de monomères à fonction carboxylique. Ces monomères à fonction carboxylique peuvent être notamment choisis parmi les acides carboxyliques à insaturation éthylénique tels que l'acide acrylique, méthacrylique, maléique, fumarique et itaconique.
Ces polymères, lorsqu'ils sont dispersés dans l'eau forment des particules dont la taille varie généralement entre 0,01 et plusieurs centaines de microns. Le latex actif comprend de préférence un ou plusieurs polymères sous forme de particules filmogènes et insolubles dans l'eau qui présente une granulométrie inférieure à 100 nm, de préférence comprise entre 1 et 60 nm. Les polymères sous forme de particules de taille inférieure à 60 nm sont généralement connus sous le nom de nanolatex.
Pour les termes "granulométrie", on entend selon l'invention la dimension du diamètre moyen du volume de la particule mesurée par microscopie électronique par transmission (MET).
Les polymères constitutifs des latex actifs selon l'invention peuvent avoir une température de transition vitreuse Tg comprise entre -20°C et 4- 80°C, de préférence entre 0 et 40 °C.
Les polymères constitutifs du latex actifs peuvent être fonctionnalisés en surface afin de permettre leur réticulation ou de manière à favoriser l'adhésion de la couche sur le substrat métallique. Ces latex actifs peuvent ainsi être fonctionnalisés en surface par diverses fonctions organiques, par exemple par l'intermédiaire de composés silanes, les fonctions pouvant être des époxydes, des aminés, etc..
Le polymère constitutif du latex peut être obtenu par n'importe quel procédé de préparation de latex connu par exemple par le procédé décrit dans la demande de brevet EP-A-0644205. Selon le procédé de préparation du latex actif de l'invention, pour incorporer l'agent inhibiteur de corrosion dans les particules de polymères filmogènes insolubles dans l'eau, on solubilise dans un premier temps cet agent inhibiteur de corrosion dans un solvant organique. Le solvant doit être non soluble dans l'eau comme défini précédemment. Divers solvants peuvent être utilisés : citons par exemple : les éthers, les esters de glycol, l'acétate de butyle, le THF, la cyclohexanone, la méthylcétone, le dichloromethane, le toluène, le cyclohexane, etc. Comme expliqué précédemment pour l'agent inhibiteur de corrosion, si le solvant est totalement soluble dans l'eau, il restera dans la phase aqueuse de la dispersion et ne pourra jouer son rôle d'entraîneur de l'agent inhibiteur de corrosion. Cette solution organique contenant l'agent inhibiteur de corrosion solubilisé est alors ajoutée à une dispersion de polymères sous forme de particules filmogènes et insolubles dans l'eau. La solution organique dans laquelle est solubilisée l'agent inhibiteur de corrosion qui est insoluble dans l'eau présente une affinité particulière pour le polymère et a tendance à pénétrer dans les particules, entraînant ainsi i'agent inhibiteur de corrosion. De cette façon, on obtient le latex actif de la présente invention. Le mélange peut être effectué à température ambiante, avantageusement, il est mis en œuvre entre 15 et 65°C, de préférence entre 20 et 45°C.
Le solvant peut ensuite être éliminé du latex actif par des techniques de séparation connues, par exemple par balayage à l'azote en température, une distillation
azéotropique ou un stripping. La température peut varier entre 35°C et le point d'ébullition du solvant. On peut ainsi obtenir un latex dont la teneur en solvant est inférieure à 2 %.
Le latex actif qui se présente sous la forme d'une dispersion comprend généralement jusqu'à 50 % en poids de matière sèche., de préférence entre 10 et 35 %.
Le latex actif de la présente invention peut être utilisé directement sur un substrat métallique pour former une couche anticorrosion. Il peut aussi être mis en oeuvre sous forme d'une composition anticorrosive. Cette composition anticorrosive comprend de préférence en plus du latex actif, un pigment antîcorrosion. Les pigments anti-corrosions sont par exemple des phosphosilicates de zinc, des phosphosilicates de strontium et de zinc, des phosphates de zinc, des orthophosphates de zinc et d'aluminium, des composés du type SiO2 dopé au calcium, CaZnCrO , Cr2O3, des chromâtes de strontium ou de zinc ou de baryum. La quantité de pigment peut être comprise entre 2 et 30 % en volume. De préférence, cette composition ne contient pas de chromate. La composition selon la présente invention peut aussi contenir tout autre additif utile par exemple des agents dispersants, des épaississants, des antioxydants, des latex non actifs etc..
Le latex actif ou la composition de la présente invention, lorsqu'ils sont appliqués sur un substrat métallique permettent d'obtenir une couche anticorrosion particulièrement adhérente. Le substrat métallique peut être en acier, acier zingué, des métaux non ferreux, en zinc, aluminium ou alliage. Le couchage de la composition ou du latex peut être réalisé par les techniques classiques connues, par exemple l'enduction ; le trempage ; la pulvérisation. Après séchage à température ambiante, la couche peut être consolidée par un post traitement thermique à une température généralement comprise entre 25 et 65°C. Plusieurs couches successives peuvent ainsi être réalisées de la même manière. Cette couche peut également être réticulée dans le cas d'utilisation de latex actifs fonctionnalisés. Dans ce cas, la composition contient un agent de réticulation adapté.
La composition anticorrosive peut comprendre jusqu'à 50 % en volume de latex actif, de préférence entre 2 e|30 %. Les couches anti-corrosions ont une épaisseur qui peut varier entre 0,03 et 50 μm.
Les couches anti-corrosion de l'invention présentent des propriétés anti-corrosions dans des milieux neutres, acides ou basiques.
Les exemples suivants illustrent l'invention sans toutefois en limiter la portée.
EXEMPLES
Dans les exemples suivants, la corrosion du substrat est mesurée par la mesure de la perte de masse du substrat immergé dans un électrolyte de NaCI et par dosage des éléments chimiques initialement contenus dans le substrat dissous dans l'électrolyte.
Exemple 1 - Synthèse d'un latex méthacrylate
On introduit dans un réacteur en verre de 10 I, muni d'un réfrigérant et d'un agitateur type ancre tournant à 150 tr/min, 6700 g d'eau permutée et 111 g de laurylsulfate de sodium. La température est élevée à 85°C. On purge ensuite le réacteur avec de l'azote.
Une fois la température stabilisée, on introduit dans le réacteur une solution de persulfate d'ammonium obtenue par dissolution de 5 g de persulfate d'ammonium dans 11 g d'eau permutée. Après 5 min, on commence à introduire le mélange de monomères comprenant
1080 g de méthacrylate de méthyle, 1485 g d'acrylate de butyl, 54 g d'acide méthacrylique et 84 g d'hydroxyethylmethacrylate (HEMA). Cet ajout de monomères est effectué à débit constant sur une durée de 2 heures 30 min.
Pendant toute la durée d'introduction des monomères, le température est maintenue à 84°C. Après addition du mélange de monomères, la température est portée à 92°C pendant 30 min, puis le mélange est refroidi à température ambiante. On réalise ensuite une neutralisation à pH 7 par ajout de soude 1 N. Le produit final est filtré sur maille de 110 μm. Il présente les caractéristiques suivantes : - extrait sec : 29 % en poids,
- pH : 7,
- granulométrie : 35 nm mesurée par MET
- température de transition vitreuse : 16°C, Exemple 2. Effet anti corrosion du iatex actif On prépare une solution en dissolvant 1 g de di-tert Octyl Pyrocatéchol (DTOP) dans 10 ml de dichloromethane. Dans un réacteur équipé d'un réfrigérant, on incorpore 70 g de dispersion de nanolatex méthacrylate décrit dans l'exemple 1 à 29% de matières sèches, à laquelle on a préalablement additionné 10 ml d'eau. A la dispersion de nanolatex, on ajoute sous agitation, goutte à goutte, pendant environ 15 min, à
température ambiante, la solution précédemment décrite de 1 g de di-tert Octyl
Pyrocatéchol (DTOP) dans le dichloromethane. Le latex actif ainsi obtenu, toujours sous agitation, est porté à 40°C pendant environ 4 heures.
Le solvant dichloromethane est alors éliminé par un balayage d'azote de la dispersion portée à 60°C. Après cette étape d'élimination du solvant, la dispersion de latex actif dans lequel le di ter pyrocatéchol est incorporé présente un extrait sec de 27
%.en poids
Une couche est réalisée par trempage d'une plaque de zinc de dimensions 15cm x
1cm x 0,1 cm, de surface 30 cm2 , dans la dispersion de nanolatex actif avec incorporation de di tert Octyl Pyrocatéchol à 27% d'extrait sec obtenue précédemment
La couche est consolidée par séchage de la plaque à température ambiante.(Echantillon
N°1).
Une couche témoin est réalisée de manière identique par trempage d'une plaque de zinc dans une dispersion de nanolatex non actif dans lequel on n'a pas incorporé le di tert octyl Pyro catéchol ( échantillon n°2.)
Le test de corrosion est effectué à température ambiante par immersion des plaques dans un milieu constitué de 100 ml de NaCI 3%, 5% tri-éthanol-amine et ajusté à pH 11 par de la soude sous agitation. Nous indiquons au tableau suivant les pertes de masse (Δm) obtenues sur les divers échantillons :
Ce résultat montre l'effet anti-corrosion de la couche obtenue à partir d'un un latex acrylate actif dans lequel on a incorporé du di tert octyl Pyrocatéchol.
Exemple 3.
On dissout 2,4 g de di-tert Octyl Pyrocatéchol (DTOP) dans 12 ml de dichloromethane. Dans un réacteur équipé d'un réfrigérant, on incorpore 70 g de dispersion aqueuse de nanolatex acrylate à 29% d'extrait sec, à laquelle on a préalablement additionné 10 ml d'eau et 0,1 g d'anti-oxydant, l'acide erythorbique. On additionne ensuite dans cette dispersion de nanolatex , sous agitation, goutte à goutte ,
pendant environ 15 mn , à température ambiante, la solution précédemment décrite de di-tert Octyl Pyrocatéchol dans le dichloromethane. La dispersion ainsi obtenue, toujours sous agitation est portée à 40°C pendant environ 4 heures. Le solvant dichloromethane est alors éliminé par un balayage d'azote de la dispersion portée à 60°C avec suivi de la perte de poids. Après cette étape d'élimination du solvant, la dispersion de latex actif dans lequel le di ter octyl pyrocatéchol a été incorporé présente un extrait sec de 29 %.
Les couches sont réalisées par pulvérisation de la dispersion de nanolatex obtenue précédemment sur des plaques de zinc de dimensions 15 cm x 7,5 cm x 0,1 cm après dégraissage, lavage et séchage préalables.
On réalise ainsi plusieurs substrats en faisant varier le nombre de pulvérisation sur une même face. La couche est consolidée par séchage à température ambiante pendant deux heures, puis étuvage à 60°C pendant 3 heures. Des substrats témoins sont réalisés de manière identique par pulvérisation d'une dispersion de nanolatex non actif dans lequel n'est pas introduit de di tert octyl Pyro catéchol. Le tableau suivant indique les quantités de nanolatex déposées
Les tests de corrosion sont effectués à température, sous atmosphère air, par immersion des plaques dans un milieu constitué de 1000 ml de NaCI 3% pH 7 sous agitation. Dans le tableau suivant sont indiquées les pertes de masse des divers échantillons après 14 jours de test :
Un dosage de Zn est également réalisé sur les différents électrolytes NaCI après tests de corrosion. Une acidification ultérieure est réalisée avec légère dilution identique par une solution d'HCI ( ajustement à 1 litre) Le tableau suivant indique les concentrations en Zn dosé pour les différents échantillons:
Ces résultats montrent le meilleur comportement anti-corrosion des substrats recouverts d'une couche polymère obtenue à partir du latex actif de la présente invention dans lequel est incorporé le Di tert Octyl Pyrocatéchol (DTOP).
Exemple 4.
Une dispersion de nanolatex actif contenant du di tert octyl pyrocatéchol (DTOP) est préparée comme décrite à l'exemple 2. Des couches sont réalisées sur des plaques de Cu de 15 cm x 1 cm x 0,1 cm ( S≈ 30 cm2) par trempage de ce latex actif. Les couches sont consolidées par simple séchage à température ambiante.
Les tests de corrosion sont effectués à température ambiante, sous atmosphère air, par immersion des plaques dans un milieu constitué de 100 ml de HCI 1N sous agitation. Dans le tableau suivant sont indiquées les pertes de masse obtenues avec les divers échantillons après 7 jours de test :
Ces résultats montrent l'effet anti corrosion de la couche obtenue sur un substrat à base de cuivre.