WO2007012432A1 - Dispersion aqueuse de polymere structure, son procede d’obtention et ses applications dans les formulations pour peintures - Google Patents

Dispersion aqueuse de polymere structure, son procede d’obtention et ses applications dans les formulations pour peintures Download PDF

Info

Publication number
WO2007012432A1
WO2007012432A1 PCT/EP2006/007165 EP2006007165W WO2007012432A1 WO 2007012432 A1 WO2007012432 A1 WO 2007012432A1 EP 2006007165 W EP2006007165 W EP 2006007165W WO 2007012432 A1 WO2007012432 A1 WO 2007012432A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
polymer
monomer
weight
monomers
mixture
Prior art date
Application number
PCT/EP2006/007165
Other languages
English (en)
Inventor
Mathias Agnely
Wojciech Bzducha
Arnaud Cadix
Jean-François Colombet
Original Assignee
Hexion Specialty Chemicals Research Belgium S.A.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hexion Specialty Chemicals Research Belgium S.A. filed Critical Hexion Specialty Chemicals Research Belgium S.A.
Priority to US11/996,631 priority Critical patent/US20090326142A1/en
Priority to EP06776329A priority patent/EP1910434A1/fr
Publication of WO2007012432A1 publication Critical patent/WO2007012432A1/fr

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F265/00—Macromolecular compounds obtained by polymerising monomers on to polymers of unsaturated monocarboxylic acids or derivatives thereof as defined in group C08F20/00
    • C08F265/04—Macromolecular compounds obtained by polymerising monomers on to polymers of unsaturated monocarboxylic acids or derivatives thereof as defined in group C08F20/00 on to polymers of esters
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F2/00—Processes of polymerisation
    • C08F2/12—Polymerisation in non-solvents
    • C08F2/16—Aqueous medium
    • C08F2/22—Emulsion polymerisation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F257/00—Macromolecular compounds obtained by polymerising monomers on to polymers of aromatic monomers as defined in group C08F12/00
    • C08F257/02—Macromolecular compounds obtained by polymerising monomers on to polymers of aromatic monomers as defined in group C08F12/00 on to polymers of styrene or alkyl-substituted styrenes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F265/00—Macromolecular compounds obtained by polymerising monomers on to polymers of unsaturated monocarboxylic acids or derivatives thereof as defined in group C08F20/00
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L51/00—Compositions of graft polymers in which the grafted component is obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L51/003—Compositions of graft polymers in which the grafted component is obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds; Compositions of derivatives of such polymers grafted on to macromolecular compounds obtained by reactions only involving unsaturated carbon-to-carbon bonds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D125/00—Coating compositions based on homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by an aromatic carbocyclic ring; Coating compositions based on derivatives of such polymers
    • C09D125/02—Homopolymers or copolymers of hydrocarbons
    • C09D125/04—Homopolymers or copolymers of styrene
    • C09D125/08—Copolymers of styrene
    • C09D125/14—Copolymers of styrene with unsaturated esters
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D133/00—Coating compositions based on homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by only one carboxyl radical, or of salts, anhydrides, esters, amides, imides, or nitriles thereof; Coating compositions based on derivatives of such polymers
    • C09D133/04—Homopolymers or copolymers of esters
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D133/00—Coating compositions based on homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by only one carboxyl radical, or of salts, anhydrides, esters, amides, imides, or nitriles thereof; Coating compositions based on derivatives of such polymers
    • C09D133/04—Homopolymers or copolymers of esters
    • C09D133/14—Homopolymers or copolymers of esters of esters containing halogen, nitrogen, sulfur or oxygen atoms in addition to the carboxy oxygen
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D151/00—Coating compositions based on graft polymers in which the grafted component is obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds; Coating compositions based on derivatives of such polymers
    • C09D151/003—Coating compositions based on graft polymers in which the grafted component is obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds; Coating compositions based on derivatives of such polymers grafted on to macromolecular compounds obtained by reactions only involving unsaturated carbon-to-carbon bonds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D5/00—Coating compositions, e.g. paints, varnishes or lacquers, characterised by their physical nature or the effects produced; Filling pastes
    • C09D5/02—Emulsion paints including aerosols
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L2205/00—Polymer mixtures characterised by other features
    • C08L2205/02—Polymer mixtures characterised by other features containing two or more polymers of the same C08L -group
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L2205/00—Polymer mixtures characterised by other features
    • C08L2205/02—Polymer mixtures characterised by other features containing two or more polymers of the same C08L -group
    • C08L2205/025—Polymer mixtures characterised by other features containing two or more polymers of the same C08L -group containing two or more polymers of the same hierarchy C08L, and differing only in parameters such as density, comonomer content, molecular weight, structure
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L33/00—Compositions of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical, or of salts, anhydrides, esters, amides, imides or nitriles thereof; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L33/04—Homopolymers or copolymers of esters

Definitions

  • the present invention relates to the field of aqueous dispersions of structured polymers comprising at least one low glass transition temperature polymer and at least one high glass transition temperature polymer for use as binders in paint formulations.
  • aqueous paint compositions contain a polymer as a binder and pigments. After application to the support to be treated and drying of the composition, the film is formed by coalescence of the particles. The quality of the film depends on good coalescence. This is generally favored by the addition of solvents which are coalescing agents.
  • coalescing agents make it possible to use polymers that do not normally form a film at the temperature of use. After drying, they are progressively eliminated by evaporation. The paint film thus gradually hardens and thus acquires advantageous properties: good resistance to wet abrasion, good blocking resistance, etc.
  • these coalescing agents have disadvantages. These are volatile products, especially if their boiling point is low: they contribute to the pollution of the atmosphere. If on the contrary their boiling temperature is high, they are eliminated very gradually, which leads to a development of the hardness of the film very slow. In this case, the properties, such as blocking resistance in the period following the application of the paint, are limited.
  • JP 56116759 (Daicel Chemical Ind.) which describes acrylic polymer emulsions prepared by multi-stage polymerization so that 50-97% of the polymer prepared in the first stage has a glass transition temperature (Tg) ⁇ -20 ° and 3-50% prepared in the last step has a Tg> + 20 °.
  • Tg glass transition temperature
  • Acrylic emulsions according to this document are useful as materials' coating.
  • EP0522789 describes an elastomeric composition comprising a sequential latex whose Tg of the soft part is below -30 ° C and its level is more than 70%. In addition, the difference between the two Tg is greater than 40 ° C.
  • EP 0728154 B1 describes, by positioning with respect to the document cited above (EP 0522789), an aqueous dispersion of structured polymer particles comprising at least a first polymer of TgI between -25 ° C and 0 ° C and at least a polymer 2 of Tg2 between 5 and 40 ° C.
  • the monomers entering polymers 1 and 2 are selected so that Tg 2 -TgI is less than or equal to 40 ° C.
  • the first subject of the present invention is therefore an aqueous dispersion of polymers in the form of structured particles with a mean diameter of between 70 and 300 nm comprising at least one polymer having a glass transition temperature.
  • TgI between -50 ° C. and 0 ° C. representing from 30% to 70% by weight of the total weight of the particles and of at least one second polymer having a glass transition temperature (Tg 2) of between 10 and 80 ° C. representing 70 to 30% by weight of the total weight of the particles.
  • Polymers 1 and 2 are defined such that Tg 2 -TgI is greater than or equal to 40 ° C.
  • the polymers 1 and 2 are mutually incompatible.
  • incompatibility is meant the existence of at least two distinct phases of the copolymers in the same particle having a structured morphology.
  • the structured particles according to the invention can have any structured particle morphology.
  • they may be in the form of a core-shell morphology known as the "core-shell”, or in the form of a multi-core structure, in the form of a multicellular nodule or else in the form of a multicellular nodule. the form of "hazelnut” whose polymer phase incompletely surrounds the second. Examples of these structures have been described by D. C. Sundberg and Y. G.
  • the incompatibility can be determined by the use, possibly jointly, of different techniques such as: DSC - Differential scanning calorimetry is used to determine the thermal transitions of the different phases in structured materials. For each phase of the polymer, the change in heat capacity observed at Tg is propotional to the quantity of this phase;
  • AMD - Dynamic Mechanical Analysis provides dynamic modules as a function of temperature.
  • the mechanical transitions (Tg) of the different phases of the structured materials are accessible by this method.
  • MET - Transmission electron microscopy is the most widely used method for visualizing the domains of structured particles. The observation can relate either to whole particles or to sections of particles obtained by techniques such as cryofacturing.
  • NMR - Nuclear magnetic resonance spectroscopy provides important information regarding the internal composition of the various phases and interphases of structured particles.
  • the technique is based on the measurement of spin relaxation time ("spin relaxation time") of protons that depend on the glass transition temperature of the phase.
  • the glass transition temperatures (Tg) can be determined by various techniques, in particular DSC and AMD.
  • the particles of the invention show a "hazel" structure in TEM as shown schematically in the drawing below.
  • polymers 1 and 2 are prepared from a monomer mixture comprising at least one ethylenically unsaturated monomer chosen from (meth) acrylic acid esters and vinyl monomers such as vinyl acetate and monomers. vinylaromatic as well as the monomers that can copolymerize with them.
  • ethylene and olefins such as isobutene
  • vinylaromatic monomers such as methylstyrenes, vinyltoluenes
  • vinyl halides such as vinyl chloride, vinylidene chloride, diolefins especially butadiene; the (meth)
  • the monomers forming the first polymer may be the same or different from those forming the second polymer. Indeed, the skilled person knows how to select the monomers to be polymerized and define their proportions depending on the properties it wishes to give the polymer in preparation. Thus, a person skilled in the art by applying the FOX law (TG FOX, Bull Am Physics Vol 1, No. 3, page 123, year 1956) knows how to select the mixture of monomers to be polymerized in order to give the polymer in preparation the Tg desired.
  • Each polymer used in the composition of the aqueous dispersion of the invention may also comprise at least one functional monomer chosen from: monomers capable of providing a better colloidal stability to the latex, such as the mono or difunctional copolymerizable carboxylic acids, acrylamide and its derivatives, methacrylamide and its derivatives, sulphate and sulphonate-functional monomers such as the sodium salt of 1-allyloxy-2-hydroxypropyl sulphonate (Sipomer COPS-I), the sodium salt of 1-methallyloxy 2-hydroxypropyl sulfonate, hydroxy-functional monomers such as hydroxyethyl acrylate, hydroxyethyl methacrylate.
  • phosphate monomers which make it possible to obtain a good adhesion on metallic surfaces, such as vinylphosphonic acid, 2- (methacryloyloxy) ethylphosphonic acid (RN 80730-17-2), or 2-
  • 1-methacrylamido, 2-imidazolidinone ethane sold under the trade name Sipomer WAM II by the company Rhodia, glycidyl methacrylate, vinyltriethoxysilane or vinyl monomers bearing a cyclodextrin group.
  • (1-methacrylamido, 2-imidazolidinone ethane makes it possible to improve the adhesion of the latex composition to supports having carbonyl groups, for example polyester supports, or layers of old alkyd type coatings), monomers which makes it possible to improve the adhesion of the latex composition to glass or other mineral substrates such as metal oxides.
  • the polymer 1 and the polymer 2 are prepared from a monomer mixture comprising: a. From 5 to 90% by weight of at least one monomer (a) selected from styrene or methyl methacrylate, b. From 10 to 95% by weight of at least one monomer (b) selected from 2-ethylhexyl acrylate. vs.
  • At least one functional monomer such as acrylic acid, methacrylic acid, itaconic acid, fumaric acid, hydroxyethyl acrylate, hydroxyethyl methacrylate, acrylamide, methacrylamide, sodium salt of 1-allyloxy-2-hydroxypropyl sulfonate (Sipomer COPS-I), sodium salt of 1-methallyloxy-2-hydroxypropyl sulfonate, 1-methacrylamido, 2-imidazolidinone ethane (Sipomer WAM II) .
  • one functional monomer such as acrylic acid, methacrylic acid, itaconic acid, fumaric acid, hydroxyethyl acrylate, hydroxyethyl methacrylate, acrylamide, methacrylamide, sodium salt of 1-allyloxy-2-hydroxypropyl sulfonate (Sipomer COPS-I), sodium salt of 1-methallyloxy-2-hydroxypropyl sulfonate, 1-methacrylamid
  • the polymer 1 is prepared from a monomer mixture comprising: i. 5 to 45% of at least one monomer (a), ii. 55 to 95% of at least one monomer (b), and iii. 0 to 5% of at least one monomer (c).
  • the polymer 2 is prepared from a mixture comprising: i. 55 to 90% of at least one monomer (a), ii. From 10 to 45% of at least one monomer (b), and iii. 0 to 5% of at least one monomer (c).
  • the monomer mixtures are defined so as to give the polymers in preparation the required properties, in particular the desired Tg.
  • the composition is set so that the difference between Tg2 and TgI is greater than or equal to 40 and preferably between 45 and 100 ° C.
  • the dispersion of the invention is prepared by emulsion radical polymerization according to a process in at least two stages comprising an emulsion polymerization stage leading to the polymer 1 and another polymerization stage leading to the polymer 2 characterized in that:
  • the monomer mixtures to be polymerized during the first and second stages are defined so as to give one of the two polymers a Tg of between -50 ° C. and 0 ° C. and to the other polymer a Tg of between 10 ° C and 80 ° C and,
  • the quantities of monomers employed are such that the polymer 1 represents from 30 to 70% by weight and the polymer 2 from 70 to 30% by weight of the total weight of the particles, and
  • the polymerization operating conditions are set so as to have polymer particles with a mean diameter of between 70 and 300 nm.
  • the mixtures of the monomers to be polymerized do not contain crosslinking monomers.
  • it is not excluded to add to the first or the second step from 0 to 5% by weight of at least one crosslinking monomer such as 1,2-ethylene glycol dimethacrylate, 1,4-dimethacrylate or butylene glycol, trimethylolpropane triacrylate, allyl methacrylate, diallyl phthalate, divinylbenzene, triallylcyanurate.
  • the monomer mixtures can contain up to 5% by weight of at least one functional monomer.
  • a monomer mixture comprising: i. 5 to 45% of at least one monomer (a), ii. 55 to 95% of at least one monomer (b), and iii. 0 to 5% of at least one monomer (c)
  • the mixture introduced in the other step comprises: 55 to 90% of at least one monomer (a), 10 to 45% of at least one monomer (b), and 0 to 5% of at least one monomer (c).
  • the polymerization of the first step is carried out in the presence of surfactant and initiator introduced into the reactor in the form of a one-time aqueous solution with an initial charge.
  • the surfactant and initiator solutions can also be added simultaneously with the addition of monomers.
  • the surfactant that is used may be any surfactant conventionally used for emulsion polymerization processes.
  • the surfactants that can be used are anionic, cationic or nonionic emulsifiers.
  • a surfactant alone or a mixture of several surfactants can be used.
  • the conventional anionic surfactants represented in particular by alkyl sulphates, such as sodium lauryl sulphate, alkyl sulphonates, alkyl aryl sulphates, alkyl aryl sulphonates, such as sodium dodecyl benzene sulphonate, aryl sulphates, aryl sulphonates, alkylethoxylated, alkylarylethoxylated, alkylethoxylated or alkylarylethoxylated sulfated or phosphated or their salts, sulfosuccinates, alkylphosphates of alkali metals, hydrogenated or non-hydrogenated abietic acid salts, or fatty acid salts such as sodium stearate. It is preferred to use anionic or nonionic surfactants. They are generally employed in a proportion of 0.01 to 5% by weight relative to the total weight of the monomers.
  • anionic surfactants mentioned above can also be coupled with a water-soluble non-ionic polymer, such as, for example, polyvinyl alcohol or polyvinylpyrrolidone (PVP).
  • a stabilizing system based on synthetic anionic polymers for example poly (meth) acrylic acid, poly (meth) acrylamide, polyvinylsulphonic acids.
  • the monomers constituting each of the phases of the dispersion may simply be introduced into the reactor in the form of a homogeneous mixture of monomers or be emulsified using at least one surfactant.
  • the initiation of the polymerization can be done either by the thermal decomposition of a radical initiator such as sodium or potassium persulfates, or by a redox system consisting of a pair of an oxidant and a reducing agent.
  • redox systems are: sodium persulfate / sodium disulfite; t-butyl hydroperoxide / formaldehyde sodium sulfoxylate; t-butyl perbenzoate / erythorbic acid; hydrogen peroxide / erythorbic acid; H 2 O 2 / Fe 2+ ; ROOH / Ce 4+ (where R is an organic group such as C 1 -C 6 alkyl or C 5 -C 8 aryl) or K 2 S 2 O 8 / Fe 2+ .
  • the initiators are added at a level of between 0.05 and 3% by weight relative to the monomers used.
  • the first step is initiated by a thermal initiator.
  • the polymerization of the first step is carried out at a temperature of between 60 and 95 ° C.
  • the introduction of the monomers of the second step begins when the conversion of the monomers of the first step is greater than 95% and preferably greater than 97%.
  • the main mixture of the monomers constituting the second polymer of the dispersion is emulsified by means of at least one surfactant. It is preferred to use anionic or nonionic surfactants.
  • the second step is polymerized with a redox initiator.
  • the oxidant is selected from the group consisting of peroxides and hydroperoxides such as t-butyl perbenzoate and t-butyl hydroperoxide.
  • the oxidant is introduced during the synthesis of the first step.
  • the reducing agent solution is added simultaneously with the monomer addition of the second step.
  • the polymerization of the second stage is carried out at a temperature of between 40 and 95 ° C.
  • the amount of water used in the reaction medium is generally determined by the desired solids level in the dispersion and is generally between 40 and 70%, preferably between 45 and 60%.
  • the polymer emulsion after the second step may be treated with an additional redox initiation system in order to decrease the level of residual monomers. It can also be purified by stripping of volatile organic compounds (stripping). l
  • the pH of the latex is adjusted to slightly above 7 by means of alkaline materials, for example sodium or potassium hydroxide for good compatibility with the other ingredients of the paint formulation.
  • alkaline materials for example sodium or potassium hydroxide for good compatibility with the other ingredients of the paint formulation.
  • the dispersion of the invention is used in coatings such as varnishes or paints, for applications on walls and ceilings, facades, wood, tiles, etc. It is used preferentially as a binder in varnish and paint formulations without solvents or coalescing agents.
  • Another object of the invention is a solvent-free and coalescing agent-free paint formulation comprising the dispersion of the invention.
  • Tg values referred to in the examples below are calculated as mentioned above by the FOX equation taking into account the main monomers (groups a and b) by applying the Tg values of the homopolymers given by "Polymer Handbook; , 1989 "as follows:
  • Tg 100 ° C for polystyrene
  • Tg -50 ° C for poly (2-ethylhexyl acrylate)
  • the reactor is also equipped with a reflux device (refrigerant coil) sufficiently effective to allow the reflux of the monomers without loss of product.
  • a reflux device refrigerant coil
  • the reaction mixture obtained is stirred for 30 minutes (200 rpm) under nitrogen. The temperature is then raised to 75 ° C., and then a solution of 0.230 g of sodium persulfate solubilized in 2.1 g of water is introduced. The mixture is heated to 80 ° C.
  • the temperature of the emulsion is raised to 90 ° C in 15 minutes and the resulting copolymer emulsion is maintained at 90 ° C for one hour.
  • a sample ( ⁇ 5g) is then taken and the particle size of the latex is measured by light scattering (Malvern Zetasizer). The average diameter obtained is equal to 95 nm.
  • Step 2 Preparation of a second poly (methyl methacrylate) -co-poly (2-ethylhexyl acrylate) random copolymer with a target Tg equal to + 30 ° C.
  • the system is maintained at 90 ° C for an additional hour. Then the emulsion is cooled to ⁇ 25 ° C in one hour.
  • a sample ( ⁇ 5g) is then taken and the particle size of the latex is measured by light scattering (Malvern Zetasizer). The average diameter obtained is equal to 120 nm.
  • the pH of the latex is adjusted to a value of about 7.5 by adding to it for one hour a 10% aqueous solution of sodium hydroxide.
  • Step 1 Preparation of a poly (methyl methacrylate) -poly (2-ethylhexyl acrylate) random copolymer with a target Tg equal to + 30 ° C. 276.6 g of water, 3.53 g of 40% solution in water of the surfactant (sodium salt of ⁇ -olefin sulfonate) are introduced at room temperature, 3.44 g of solution in water at 40% of Sipomer COPS-I, 3.30 g of t-butyl perbenzoate and then 4% by weight (16.8 g) of a pre-emulsified mixture 1 comprising: 127.3 g of water, and
  • the surfactant sodium salt of ⁇ -olefin sulfonate
  • the reaction mixture obtained is stirred for 30 minutes (200 rpm) under nitrogen. The temperature is then raised to 75 ° C., and then a solution of 0.290 g of sodium persulfate solubilized in 2.60 g of water is introduced. The mixture is heated to 80 ° C.
  • the addition is continued for 120 minutes.
  • a mixture 2 comprising: 1.14 g of sodium persulfate
  • the temperature of the emulsion is raised to 90 ° C in 15 minutes and the resulting copolymer emulsion is maintained at 90 ° C for one hour.
  • a sample ( ⁇ 5g) is then taken and the particle size of the latex is measured by light scattering (Malvern Zetasizer). The average diameter obtained is equal to 118 nm.
  • Step 2 Preparation of a second poly (methyl methacrylate) -co-poly (butyl acrylate) random copolymer with a target Tg equal to -30 ° C. Starting from the emulsion copolymer obtained previously in step 1 after taking ⁇ 5 g for analysis and without stopping the heating.
  • a pre-emulsified mixture 3 comprising: - 132.6 g of water, and
  • the system is maintained at 90 ° C for an additional hour. Then the emulsion is cooled to ⁇ 25 ° C in one hour.
  • a sample ( ⁇ 5g) is then taken and the particle size of the latex is measured by light scattering (Malvern Zetasizer). The average diameter obtained is equal to 141 nm.
  • the pH of the latex is adjusted to about 7.5 by adding a 10% aqueous sodium hydroxide solution for one hour.
  • Step 1 Preparation of a poly (methyl methacrylate) -poly (butyl acrylate) random copolymer with a target Tg equal to -30 ° C.
  • the addition is continued for 120 minutes.
  • the temperature of the emulsion is raised to 90 ° C in 15 minutes and the resulting copolymer emulsion is maintained at 90 ° C for one hour.
  • a sample ( ⁇ 5g) is then taken and the particle size of the latex is measured by light scattering (Malvern Zetasizer). The average diameter obtained is equal to 117 nm.
  • Step 2 Preparation of a second polystyrene-co-poly (2-ethylhexyl acrylate) random copolymer with a target Tg equal to + 50 ° C.
  • a pre-emulsified mixture 3 comprising:
  • the system is maintained at 90 ° C for an additional hour. Then the emulsion is cooled to ⁇ 25 ° C in one hour.
  • a sample ( ⁇ 5g) is then taken and the particle size of the latex is measured by light scattering (Malvern Zetasizer). The average diameter obtained is equal to 142 nm.
  • the pH of the latex is adjusted to about 7.5 by adding a 10% aqueous sodium hydroxide solution for one hour.
  • Step 1 Preparation of a polystyrene-co-poly (butyl acrylate) random copolymer with a target Tg equal to -35 ° C.
  • reaction mixture obtained is stirred for 30 minutes (200 rpm) under nitrogen.
  • the temperature is then raised to 75 ° C., and then a solution of 0.350 g of sodium persulfate solubilized in 3.5 g of water is introduced.
  • mixture 1 The mixture is heated to 80 ° C. After 15 minutes, the addition of the remaining amount (86% by weight) of mixture 1 described above is started.
  • a sample ( ⁇ 5g) is then taken and the particle size of the latex is measured by light scattering (Malvern Zetasizer). The average diameter obtained is equal to 95 nm.
  • An analysis of the sample by gravimetric measurement of the dry extract reveals that the conversion of the monomers is greater than 97%.
  • Step 2 Preparation of a second poly (methyl methacrylate) -co-poly (butyl acrylate) random copolymer with a target Tg equal to + 17 ° C.
  • a pre-emulsified mixture 3 comprising:
  • the addition is continued for 180 minutes.
  • the system is maintained at 90 ° C for an additional hour.
  • the emulsion is cooled to ⁇ 25 ° C in one hour.
  • a sample ( ⁇ 5g) is then taken and the particle size of the latex is measured by light scattering (Malvern Zetasizer). The average diameter obtained is equal to 130 nm.
  • An analysis of the sample by gas chromatography reveals that the conversion of the monomers is greater than 98%.
  • the pH of the latex is adjusted to about 7.5 by adding a 10% aqueous sodium hydroxide solution for one hour.
  • Example 5 (Comparative) Preparation of a Latex with a Polv Phase (Methyl Voc-Polv Methacrylate (Butyl Acrylate) and a Polystyrene-Co-Poly Phase (2-Ethylhexyl Acrylate) Step 1: Preparation of a poly (methyl methacrylate) -poly (butyl acrylate) random copolymer with a target Tg equal to + 30 ° C.
  • the reaction mixture obtained is stirred for 30 minutes (200 rpm) under nitrogen. The temperature is then raised to 75 ° C., and then a solution of 0.290 g of sodium persulfate solubilized in 2.60 g of water is introduced. The mixture is heated to 80 ° C.
  • the temperature of the emulsion is raised to 90 ° C. in 15 minutes and the copolymer emulsion obtained is maintained at 90 ° C. for one hour.
  • Step 2 Preparation of a second polystyrene-co-poly (2-ethylhexyl acrylate) random copolymer with a target Tg equal to -10 ° C.
  • a pre-emulsified mixture 3 comprising:
  • the system is maintained at 90 ° C. for an additional hour. Then the emulsion is cooled to ⁇ 25 ° C in one hour.
  • a sample ( ⁇ 5g) is then taken and the particle size of the latex is measured by light scattering (Malvern Zetasizer). The average diameter obtained is equal to 130 nm.
  • the pH of the latex is adjusted to about 7.5 by adding an aqueous solution of 10% sodium hydroxide for one hour.
  • Example 6 Use of the latexes synthesized in Examples 1 to 5 in glossy paint formulations.
  • the paints were prepared according to the procedure previously described.
  • the physical characteristics were determined as follows: the TMFF (minimum film formation temperature) is measured using a MFFT-BAR-60 device from the company RHOPOINT, - the specular gloss is measured at an angle of 20 ° according to EN ISO
  • the "blocking" resistance is measured at 23 ° C. and at 45 ° C., on a scale ranging from 0 - very bad to 10 - very good following this procedure:
  • the resistance to soiling (the rating scale: 0 very good to 100 very bad) is measured by colorimetry, via loss of whiteness (DL)

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)
  • Paints Or Removers (AREA)
  • Polymerisation Methods In General (AREA)

Abstract

La présente invention se rapporte au domaine des dispersions aqueuses. Elle décrit en particulier une dispersion aqueuse à base de polymère structuré comprenant au moins deux phases, l'une dite molle de faible Tg et l'autre dite dure de haute Tg. Elle décrit aussi l'utilisation des telles dispersions, comme liant dans les formulations pour peintures sans solvants ni agents de coalescence.

Description

DISPERSION AQUEUSE DE POLYMERE STRUCTURE, SON PROCEDE D'OBTENTION ET SES APPLICATIONS DANS LES FORMULATIONS POUR PEINTURES
La présente invention se rapporte au domaine des dispersions aqueuses de polymères structurés comprenant au moins un polymère de faible température de transition vitreuse et au moins un polymère de haute température de transition vitreuse destinées à être utilisées comme liants dans les formulations pour peintures.
Les propriétés qui caractérisent une bonne formulation de peinture brillante sont une bonne facilité d'application, un bon pouvoir liant sur différents types de supports (murs nus, ou même recouvert d'anciennes couches de peinture, bois, papier etc .), déterminé par l'élasticité et l'adhésion du liant, une filmification à basse température (~5°C), une bonne résistance à la salissure, une bonne résistance à l'abrasion humide (lessivabilité), une bonne résistance au « blocking » et un brillant spéculaire,adéquat. De manière générale, les compositions de peintures aqueuses contiennent un polymère comme liant et des pigments. Après application sur le support à traiter et séchage de la composition le film se forme par coalescence des particules. La qualité du film dépend d'une bonne coalescence. Celle-ci est généralement favorisée par l'ajout de solvants qui sont des agents de coalescence. Ils plastifient les particules de polymères, diminuant ainsi la température de formation du film de peinture. Ces agents de coalescence permettent d'utiliser des polymères ne formant normalement pas de film à la température d'utilisation. Après séchage, ils s'éliminent progressisvement par évaporation. Le film de peinture durcit donc progressivement et acquiert ainsi des propriétés avantageuses : bonne résistance à l'abrasion humide, bonne résistance au blocking, ... Malheureusement, ces agents de coalescence présentent des inconvénients. Ce sont des produits volatils, en particulier si leur température d'ébullition est basse : ils participent à la pollution de l'atmosphère. Si au contraire leur température d'ébullition est haute, ils s'éliminent très graduellement, ce qui conduit à un développement de la dureté du film très lent. Dans ce cas, les propriétés, telles que la résistance au blocking dans la période suivant l'application de la peinture, sont limitées. De plus ces peintures ne respectent pas les normes telles que celles dites du Cygne nordique ou de l'Ange bleu. L'utilisation de latex conventionnels à base de polymères de basse Tg, et donc formant des films à des températures proches de 00C, permet de résoudre ces problèmes dans le cas des peintures mates où le taux de polymères est faible. En revanche, pour les peintures brillantes, qui ont, elles, un taux de polymère élevé, l'utilisation de ces latex entraînent des problèmes liés à la dureté insuffisante du film de peintures.
Parmi les solutions proposées pour résoudre les problèmes évoqués précédemment on peut citer par exemple JP56116759 (Daicel Chemical Ind.) qui décrit des émulsions acryliques de polymère préparées par polymérisation en plusieurs étapes de sorte que 50-97% du polymère préparé dans la première étape ait une température de transition vitreuse (Tg) < -20° et 3-50% préparé dans la dernière étape ait une Tg > +20°. Les émulsions acryliques selon ce document sont utiles en tant que matériaux' de revêtement.
EP0522789 décrit une composition élastomère comprenant un latex séquentiel dont la Tg de la partie molle est au-dessous de -30°C et son taux est plus de 70%. De plus la différence entre les deux Tg est supérieure à 40°C.
EP 0728154 Bl décrit, en se positionnant par rapport au document cité ci -haut (EP 0522789), une dispersion aqueuse de particules structurées de polymère comprenant au moins un premier polymère de TgI comprise entre -25°C et 0°C et au moins un polymère 2 de Tg2 comprise entre 5 et 40°C. Les monomères entrant dans les polymères 1 et 2 sont choisis de manière à ce que Tg2 - TgI soit inférieur ou égal à 40°C.
La demanderesse a trouvé que la solution à ces problèmes et à beaucoup d'autres est l'utilisation d'une dispersion aqueuse à base de polymère structuré présentant deux températures de transition vitreuse distinctes obtenu par la polymérisation en émulsion en deux étapes de mélanges de monomères bien choisis.
Le premier objet de la présente invention est donc une dispersion aqueuse de polymères sous la forme de particules structurées de diamètre moyen compris entre 70 et 300 nm comprenant au moins un polymère présentant une température de transition vitreuse (TgI) comprise entre -5O0C et 0°C représentant de 30 à 70 % en poids du poids total des particules et d'au moins un deuxième polymère ayant une température de transition vitreuse (Tg2) comprise entre 10 et 80°C représentant de 70 à 30 % en poids du poids total des particules. Les polymères 1 et 2 sont définis tel que Tg2 - TgI soit supérieur ou égal à 400C.
Selon une forme préférée de l'invention les polymères 1 et 2 sont mutuellement incompatibles.
Par incompatibilité on entend l'existence au moins de deux phases distinctes des copolymères dans la même particule ayant une morphologie structurée.
Les particules structurées selon l'invention peuvent avoir n'importe quelle morphologie de particules structurées. En particulier elles peuvent se présenter sous la forme d'une morphologie en cceur-écorce connu par le terme anglais « core-shell », ou sous la forme d'une structure à multicoeur, sous la forme d'un nodule multicellulaire ou encore sous la forme de « noisette » dont une phase de polymère entoure incomplètement la deuxième. Des exemples de ces structures ont été décrits par D.C. Sundberg et Y. G.
Durant dans "Polymer Reaction Engineering" vol. 11, No. 3, pp. 379-432 (2003).
L'incompatibilité peut être déterminée par l'utilisation, éventuellement conjointe, de différentes techniques telles que: DSC - La calorimétrie à balayage différentiel est employée pour déterminer les transitions thermiques des différentes phases dans des matériaux structurés. Pour chaque phase du polymère, le changement de capacité de chaleur observé à la Tg est propotionnel à la quantité de cette phase;
AMD - L'analyse mécanique dynamique fournit les modules dynamiques en fonction de la température. Les transitions mécaniques (Tg) des différentes phases des matériaux structurés sont accessibles par cette méthode.
MET - La microscopie électronique à transmission est la méthode la plus utilisée pour visualiser les domaines des particules structurées. L'observation peut porter soit sur des particules entières, soit sur des sections de particules obtenues par des techniques telles que la cryofacturation.
RMN - La spectroscopie par résonance magnétique nucléaire, notamment des solides, fournit des informations importantes concernant la composition interne des diverses phases et interphases des particules structurées. La technique se fonde sur la mesure des temps de relaxation de spin ("spin relaxation time") des protons qui dépendent de la température de transition vitreuse de la phase.
Les températures de transition vitreuses (Tg) peuvent être déterminées par différentes techniques, en particulier par DSC et par AMD.
De préférence les particules de l'invention font apparaître une structure de type "noisette" en MET comme schématisé sur le dessin ci-dessous.
Figure imgf000005_0001
Selon l'invention les polymères 1 et 2 sont préparés à partir d'un mélange de monomères comprenant au moins un monomère éthyléniquement insaturé choisi parmi les esters des acides (méth)acryliques et les monomères vinyliques tels que l'acétate de vinyle et les monomères vinylaromatiques ainsi que les monomères qui peuvent copolymériser avec eux.
A titre d'exemples non limitatifs de monomères copolymérisables avec l'acétate de vinyle et/ou les esters acryliques et/ou le styrène, on peut citer également l'éthylène et les oléfines comme l'isobutène; les esters vinyliques d'acides monocarboxyliques saturés, ramifiés ou non, ayant de 1 à 12 atomes de carbone, comme le propionate, le "Versatate de vinyle" (néodécanoate de vinyle), le pivalate, le laurate de vinyle ; les esters d'acides insaturés mono- ou di-carboxyliques possédant 3 à 6 atomes de carbone avec les alcanols possédant 1 à 10 atomes de carbone, comme les maléates, fumarates de méthyle, d'éthyle, de butyle, d'éthylhexyle; les monomères vinylaromatiques tels que les méthylstyrènes, les vinyltoluènes ; les halogénures de vinyle tels que le chlorure de vinyle, le chlorure de vinylidène, les diolefines particulièrement le butadiène ; les esters (méth)allyliques de l'acide (méth)acrylique, les esters (méth)allyliques des mono et diesters des acides maléique, fumarique et itaconique, ainsi que les dérivés alkèniques des amides des acides acryliques et méthacryliques, tels que le N-méthallylmaléimide. Les monomères formant le premier polymère peuvent être identiques ou différents de ceux formant le second polymère. En effet, l'homme du métier sait sélectionner les monomères à polymériser et définir leurs proportions en fonction des propriétés qu'il souhaite donner au polymère en préparation. Ainsi l'homme du métier en appliquant la loi de FOX (T.G. FOX, bull. Am. Physic Soc.vol 1, No 3, page 123 année 1956) sait sélectionner le mélange de monomères à polymériser pour conférer au polymère en préparation la Tg souhaitée.
Chaque polymère entrant dans la composition de la dispersion aqueuse de l'invention peut comprendre en outre au moins un monomère fonctionnel choisi parmi: o des monomères susceptibles d'apporter une meilleure stabilité colloïdale au latex, tels que les acides carboxyliques copolymérisables mono ou difonctionnels, l'acrylamide et ses dérivés, le méthacrylamide et ses dérivés, des monomères à fonction sulfate et sulfonate tel que le sel de sodium du 1-allyloxy- 2-hydroxypropyl sulfonate (Sipomer COPS-I), le sel de sodium du 1- méthallyloxy-2-hydroxypropyl sulfonate, des monomères à fonction hydroxy tels que l'acrylate de hydroxyéthyle, le méthacrylate de hydroxyéthyle. o des monomères phosphatés qui permettent d'obtenir une bonne adhésion sur des surfaces métalliques, tels que l'acide vinylphosphonique, l'acide 2- (méthacryloyloxy)éthylphosphonique (RN 80730-17-2), ou l'acide 2-
(acryloyloxy)éthylphosphonique ; le 2-(méthacryloyloxy)éthylphosphate de formule CH2=C(CH3)(COO)C2H4OPO3H, ou le 2-(acryloyloxy)éthylphosphate de formule CH2=CH(COO)C2H4OPO3H ; ou par la société Laporte, ou leur mélange. o des monomères fonctionnels susceptibles d'apporter de bonnes propriétés de résistance à l'eau et aux solvants, ou pour conférer au latex des propriétés d'adhésion spécifiques. On peut citer à titre d'exemple le 1 -méthacrylamido,2- imidazolidinone éthane vendu sous le nom commercial Sipomer WAM II par la société Rhodia, le glycidyl méthacrylate, le vinyltriethoxysilane ou les monomères vinyliques porteurs de groupement cyclodextrine. (le 1- méthacrylamido,2-imidazolidinone éthane permet d'améliorer l'adhésion de la composition de latex sur des supports présentants des groupements carbonyles, par exemple des supports en polyesters, ou des couches de peintures anciennes de type alkyde) o des monomères qui permet d'améliorer l'adhésion de la composition de latex sur du verre ou d'autres substrats minéraux de type oxydes métalliques. On peut citer à titre d'exemple le vinyltriéthoxysilane esters de l'acide acrylique en C4-C10 tels que l'acrylate de n-butyle ou
Selon une forme préférée de l'invention le polymère 1 et le polymère 2 sont préparés à partir d'un mélange de monomère comprenant : a. De 5 à 90 % en poids d'au moins un monomère (a) choisi parmi le styrène ou le méthacrylate de méthyle, b. De 10 à 95 % en poids d'au moins un monomère (b) choisi parmi les l'acrylate de 2-éthylhexyle. c. De 0 à 5 % en poids d'au moins un monomère fonctionnel tel que l'acide acrylique, l'acide méthacrylique, l'acide itaconique, l'acide fumarique, l'acrylate de hydroxyéthyle, le méthacrylate de hydroxyéthyle, Facrylamide, le méthacrylamide, le sel de sodium du l-allyloxy-2-hydroxypropyl sulfonate (Sipomer COPS-I), le sel de sodium du l-méthallyloxy-2-hydroxypropyl sulfonate, le l-méthacrylamido,2-imidazolidinone éthane (Sipomer WAM II).
D'une manière encore plus préférentielle le polymère 1 est préparé à partir d'un mélange de monomères comprenant : i. De 5 à 45 % d'au moins un monomère (a), ii. De 55 à 95 % d'au moins un monomère (b), et iii. De 0 à 5 % d'au moins un monomère (c).
Le polymère 2 quant à lui est préparé à partir d'un mélange comprenant : i. De 55 à 90 % d'au moins un monomère (a), ii. De 10 à 45 % d'au moins un monomère (b), et iii. De 0 à 5 % d'au moins un monomère (c).
Comme décrit plus haut les mélanges de monomères sont définis de manière à conférer aux polymères en préparation les propriétés requises, notamment les Tg souhaitées. De plus la composition est fixée de manière à ce que la différence entre Tg2 et TgI soit supérieure ou égale à 40 et de préférence comprise entre 45 et 100°C.
La dispersion de l'invention est préparée par polymérisation radicalaire en émulsion selon un procédé en au moins deux étapes comprenant une étape de polymérisation en émulsion conduisant au polymère 1 et une autre étape de polymérisation conduisant au polymère 2 caractérisé en ce que :
I. les mélanges de monomères à polymériser lors de la première et de la deuxième étape sont définis de manière à conférer à un des deux polymères une Tg comprise entre -50°C et 0°C et à l'autre polymère une Tg comprise entre 10°C et 8O0C et ,
IL les quantités de monomères engagés sont telles que le polymère 1 représente de 30 à 70 % en poids et le polymère 2 de 70 à 30% en poids du poids total des particules, et
III. les conditions opératoires de polymérisation sont fixées de manière à avoir des particules de polymères de diamètre moyen compris entre 70 et 300 nm.
De manière générale les mélanges des monomères à polymériser ne contiennent pas de monomères réticulants. Cependant il n'est pas exclu d'ajouter à la première ou à la deuxième étape de 0 à 5 % en poids d'au moins un monomère réticulant tel que le diméthacrylate de 1,2-éthyleneglycol, le diméthacrylate de 1,4-butylèneglycol, le triacrylate de triméthylolpropane, le méthacrylate d'allyle, le phtalate de diallyle, le divinylbenzène, le triallylcyanurate.
Comme indiqué plus haut, les mélanges de monomères peuvent contenir jusqu'à 5 % en poids d'au moins un monomère fonctionnel.
Lors d'une étape on polymérise un mélange de monomères comprenant : i. De 5 à 45 % d'au moins un monomère (a), ii. De 55 à 95 % d'au moins un monomère (b), et iii. De 0 à 5 % d'au moins un monomère (c) Le mélange introduit lors de l'autre étape comprend : De 55 à 90 % d'au moins un monomère (a), De 10 à 45 % d'au moins un monomère (b), et De 0 à 5 % d'au moins un monomère (c).
La polymérisation de la première étape est effectuée en présence de tensioactif et d'amorceur introduits dans le réacteur sous forme d'une solution aqueuse en une seule fois en charge initiale.
Les solutions de tensioactif et d'initiateur pouvent être additionnées également simultanément avec l'addition de monomères. Le tensioactif qui est utilisé peut être tout tensioactif conventionnellement utilisé pour les procédés de polymérisation en émulsion.
Les tensioactifs qui peuvent être utilisés sont des émulsifiants anioniques, cationiques ou non ioniques. On peut utiliser un tensioactif seul ou un mélange de plusieurs tensioactifs.
En tant que tensioactif, on met en oeuvre généralement les tensioactifs anioniques classiques représentés notamment par les alkylsulfates, tel que le sodium lauryl sulfate, les alkylsulfonates, les alkylarylsulfates, les alkylarylsulfonates tels que le sodium dodécyl benzène sulfonate, les arylsulfates, les arylsulfonates, les alkyléthoxylés, les alkylaryléthoxylés, les alkylethoxylés ou les alkylaryléthoxylés sulfatés ou phosphatés ou leurs sels, les sulfosuccinates, les alkylphosphates de métaux alcalins, les sels de l'acide abiétique hydrogénés ou non, ou les sels d'acide gras comme le stéarate de sodium. On préfère utiliser les tensioactifs anioniques ou non-ioniques. Ils sont généralement employés à raison de 0,01 à 5 % en poids par rapport au poids total des monomères.
On peut également coupler l'utilisation d'un des tensioactifs anioniques mentionnés ci-dessus avec un polymère hydrosoluble non ionique, comme par exemple l'alcool polyvinylique ou la polyvinylpyrrolidone (PVP). On peut également coupler l'utilisation d'un des tensioactifs anioniques mentionnés ci-dessus avec un système stabilisant à base de polymères synthétiques anioniques, par exemple l'acide poly-(méth)acrylique, le poly(méth)acrylamide, les acides polyvinylsulfoniques, et des copolymères solubles dans l'eau de ceux-ci, ou des condensats tels que les mélamine-formaldéhydesulfonates, les naphtalène- formaldéhyde-sulfonates, des copolymères styrène/acide maléique, et des copolymères éther vinylique-acide maléique.
Les monomères constituant chacune des phases de la dispersion peuvent être simplement introduits dans le réacteur sous forme d'un mélange homogène de monomères ou être émulsifié au moyen d'au moins un agent tensioactif. L'amorçage de la polymérisation peut se faire soit par la décomposition thermique d'un initiateur radicalaire comme les persulfates de sodium ou potassium, soit par un système redox constitué par un couple d'un oxydant et d'un réducteur. Nous pouvons citer comme exemples de système redox sont: persulfate de sodium / disulfite de sodium; hydroperoxide de t-butyle / sulfoxylate de sodium de formaldéhyde; perbenzoate de t-butyle / acide érythorbique; peroxyde d'hydrogène/ acide érythorbique ; H2O2 / Fe2+ ; ROOH / Ce4+ (où R représente un groupe organique tel que un groupe alkyl en C1-C6, ou aryle en C5-C8) ou K2S2O8 / Fe2+.
Les amorceurs sont ajoutés à un taux compris entre 0,05 et 3% en poids par rapport aux monomères utilisés.
De préférence, la première étape est initiée par un amorceur thermique.
La polymérisation de la première étape est conduite à une température comprise entre 60 et 95°C
Selon l'invention l'introduction des monomères de la seconde étape commence lorsque la conversion des monomères de la première étape est supérieure à 95% et de préférence supérieure à 97%.
De préférence le mélange principal des monomères constituant le deuxième polymère de la dispersion est émulsifié au moyen d'au moins un agent tensioactif. On préfère utiliser les tensioactifs anioniques ou non-ioniques. De préférence la deuxième étape est polymérisée grâce à un amorceur redox. L'oxydant est choisi dans le groupe comprenant les peroxydes et hydroperoxydes tels que le perbenzoate de t-butyle et l'hydroperoxyde de t-butyle. De préférence, l'oxydant est introduit pendant la synthèse de la première étape. De préférence, la solution de réducteur est additionnée simultanément avec l'addition de monomères de la deuxième étape.
La polymérisation de la deuxième étape est conduite à une température comprise entre 40 et 95°C
La quantité d'eau utilisée dans le milieu réactionnel est en général déterminée par le taux de solides désiré dans la dispersion et se situe généralement entre 40 et 70%, en préférence entre 45 et 60%.
L'émulsion de polymère après la deuxième étape peut subir un traitement par un système d'initiation redox supplémentaire dans le but de diminuer le taux de monomères résiduels. Elle peut aussi être purifiée par entraînement à la vapeur des composés organiques volatils (stripping). l
Le pH du latex est ajusté à valeur légèrement supérieure à 7 au moyen de matières alcalines par exemple l'hydroxyde de sodium ou de potassium pour une bonne compatibilisation avec les autres ingrédients de la formulation de peinture.
La dispersion de l'invention est utilisée dans des revêtements tels que les vernis ou les peintures, pour applications sur les murs et plafonds, les façades, le bois, les tuiles, etc. Elle est utilisée préférentiellement en tant que liant dans les formulations de vernis et peintures sans solvants ni agents de coalescence.
Un autre des objets de l'invention est une formulation de peintures sans solvant ni agent de coalescence comprenant la dispersion de l'invention.
Une formulation représentative est précisée dans le tableau 1 , et un bref mode opératoire de fabrication est donné ci-après.
La préparation de la peinture comprenant la dispersion de l'invention suit le protocole suivant :
- Disperser les constituants 5 à 9 (voir tableau 1 ci-après) à grande vitesse jusqu'à une finesse < 10 μ (pâte pigmentaire),
Ajouter le prémélange des constituants 2 à 4 dans 1 sous agitation, puis ajouter la pâte pigmentaire, Compléter en ajoutant sous agitation les constituants 10 à 15. Mélanger pendant 5 mn.
Tableau 1.
Figure imgf000012_0001
L'invention peut être mieux comprise à la lecture des exemples suivants, lesquels illustrent l'invention sans en limiter la portée. Exemples des modes de préparation
Les Tg visée dans les exemples ci-dessous sont calculées comme mentionné paravent selon l'équation de FOX en prenant en considération des monomères principaux (les groupes a et b) en appliquant les valeurs de Tg des homopolymères données par "Polymer Handbook; Third Edition, 1989" comme suivantes:
Tg= 100°C pour le polystyrène
Tg= 105°C pour le poly(méthacrylate de méthyle)
Tg= -54°C pour le poly(acrylate de butyle)
Tg= -50°C pour le poly(acrylate de 2-éthylhexyle)
Ces modes opératoires sont basés sur un procédé qui peut se décomposer en deux phases distinctes, une première étape qui est l'obtention d'un copolymère statistique et une deuxième étape qui est la synthèse d'un copolymère statistique à la suite du premier copolymère pour obtenir le latex contenant des particules structurées. La synthèse de ce copolymère est réalisée en réacteur verre de 2 litres de type SVL. La charge utile maximum de ce type de réacteur est de 1,5 litres. La température interne du réacteur est régulée par un cryostat de type Huber. La mesure de la température est assurée par une sonde Pt 100 plongeant dans le réacteur et servant à la régulation. Le mobile d'agitation est une ancre en inox. La vitesse de rotation du mobile est de l'ordre de 200 tr/mn.
Le réacteur est également équipé d'un dispositif de reflux (réfrigérant à serpentin) suffisamment efficace pour permettre le reflux des monomères sans pertes de produit.
Exemple 1 : Préparation d'un latex avec une phase polvstyrène-co-polv(acrylate de 2-éthylhexyle) et une phase polv(méthacrylate de méthyle)-co-polv(acrylate de 2-éthylhexγle) Etape 1 : Préparation d'un copolymère statistique polystyrène-co-poly(acrylate de 2- éthylhexyle) avec une Tg visée égale à -30°C
En pied de cuve, on introduit, à température ambiante, 276,6 g d'eau, 3,53 g de solution à 40% dans l'eau du surfactant (sel de sodium d'α-oléfine sulfonate), 3,44 g de solution dans l'eau à 40% du Sipomer COPS-I, 3,30g de perbenzoate de t-butyle et ensuite on ajoute de 4% en poids (13,5 g) d'un mélange 1 pré émulsifié comprenant: - 101,9 g d'eau, et - 5,64 g de solution à 40% dans l'eau du surfactant (sel de sodium d'α-oléfme sulfonate), et
- 4,40 g de solution à 50% de Sipomer WAM II, et
- 175,1 g d'acrylate de 2-éthylhexyle, et - 44,9 g de styrène, et
- 4,40 g d'acide acrylique.
Le mélange réactionnel obtenu est agité pendant 30 minutes (200 tr/min) sous azote. La température est ensuite élevée à 75°C, puis on introduit une solution de 0,230 g de persulfate de sodium solubilisé dans 2,1 g d'eau. Le mélange est porté à 80°C.
Après 15 minutes, on démarre l'addition de la quantité restante (96% en poids) de mélange 1 décrit ci-dessus.
On poursuit l'addition pendant 100 minutes.
Simultanément, pendant 100 minutes on ajoute un mélange 2 comprenant : - 0,92 g de persulfate de sodium •
- 22,0 g d'eau.
Après addition complète des divers ingrédients, la température de l'émulsion est portée à 90°C en 15 minutes et l'émulsion de copolymère obtenue est maintenue à 90°C pendant une heure. Un échantillon (~5g) est alors prélevé et la taille de particules du latex est mesuré par diffusion de la lumière (Malvern Zetasizer). Le diamètre moyen obtenu est égal à 95 nm.
Une analyse de l'échantillon par mesure gravimétrique de l'extrait sec révèle que la conversion des monomères est supérieure à 97%.
Etape 2: Préparation d'un deuxième copolymère statistique poly(méthacrylate de méthyle)-co-poly(acrylate de 2-éthylhexyle) avec une Tg visée égale à +30°C
On part du copolymère en émulsion obtenu précédemment en étape 1 après en avoir prélevé ~5 g pour analyse et sans avoir arrêté le chauffage.
Pendant 120 minutes, on lui additionne à 90°C d'un mélange 3 pré émulsifié comprenant:
- 152,8 g d'eau, et - 8,46 g de solution à 40% dans l'eau du surfactant (sel de sodium d'α-oléfme sulfonate), et
- 6,6 g de solution à 50% de Sipomer WAM II, et
- 1 17,5 g d'acrylate de 2-éthylhexyle, et - 212,5 g de méthacrylate de méthyle, et
- 6,60 g d'acide acrylique.
On poursuit l'addition pendant 210 minutes.
Simultanément, on démarre l'addition d'un mélange 4 comprenant : - 1,65 g d'acide érythorbique - 11,0 g d'eau.
On poursuit l'addition pendant 240 minutes
Le système est maintenu à 90°C pendant une heure supplémentaire. Ensuite l'émulsion est refroidie à ~25°C en une heure.
Un échantillon (~5g) est alors prélevé et la taille de particules du latex est mesuré par diffusion de la lumière (Malvern Zetasizer). Le diamètre moyen obtenu est égal à 120 nm.
Une analyse de l'échantillon par chromatographie gazeuse révèle que la conversion des monomères est supérieure à 98%
Une analyse AMD (conditions de la mesure: appareil AMD 861e de Mettler/Toledo; test de balayage en température, de -60 à 120°C à 3°/mn; géométrie en extension, avec des éprouvettes de 10,5x5x0,5 (en mm) avec sollicitation oscillatoire de 2μm d'amplitude à une fréquence de IHz.) révèle que le copolymère obtenu est caractérisé par deux températures vitreuses, TgI= -15°C et Tg2= +53°C.
A température ambiante on ajuste le pH du latex à une valeur d'environ 7.5 en lui ajoutant pendant une heure une solution aqueuse d'hydroxyde de sodium à 10%.
Exemple 2:
Préparation d'un latex avec une phase polv(méthacrylate de méthyl)-co-polv(acrylate de 2-éthylhexyle) et une phase polv(méthacrylate de méthyle)-co-poly(acrylate de butyle)
Etape 1 : Préparation d'un copolymère statistique poly(méthacrylate de méthyl)-co- poly(acrylate de 2-éthylhexyl) avec une Tg visée égale à +30°C En pied de cuve, on introduit, à température ambiante, 276,6 g d'eau, 3,53 g de solution à 40% dans l'eau du surfactant (sel de sodium d'α-oléfme sulfonate), 3,44 g de solution dans l'eau à 40% du Sipomer COPS-I, 3,30g de perbenzoate de t-butyle et ensuite on ajoute de 4% en poids (16,8 g) d'un mélange 1 pré émulsifié comprenant: - 127,3 g d'eau, et
- 7,05 g de solution à 40% dans l'eau du surfactant (sel de sodium d'α-oléfme sulfonate), et
- 5,50 g de solution à 50% de Sipomer WAM II, et
- 97,6 g d'acrylate de 2-éthylhexyle, et - 177,4 g de méthacrylate de méthyle, et
- 5,50 g d'acide acrylique.
Le mélange réactionnel obtenu est agité pendant 30 minutes (200 tr/min) sous azote. La température est ensuite élevée à 75°C, puis on introduit une solution de 0,290 g de persulfate de sodium solubilisé dans 2,60 g d'eau. Le mélange est porté à 80°C.
Après 15 minutes, on démarre l'addition de la quantité restante (96% en poids) de mélange 1 décrit ci-dessus.
On poursuit l'addition pendant 120 minutes.
Simultanément, pendant 120 minutes, on ajoute un mélange 2 comprenant : - 1,14 g de persulfate de sodium
- 27,5 g d'eau.
Après addition complète des divers ingrédients, la température de l'émulsion est portée à 90°C en 15 minutes et l'émulsion de copolymère obtenue est maintenue à 90°C pendant une heure. Un échantillon (~5g) est alors prélevé et la taille de particules du latex est mesuré par diffusion de la lumière (Malvern Zetasizer). Le diamètre moyen obtenu est égal à 118 nm.
Une analyse de l'échantillon par mesure gravimétrique de l'extrait sec révèle que la conversion des monomères est supérieure à 97%.
Etape 2: Préparation d'un deuxième copolymère statistique poly(méthacrylate de méthyle)-co-poly(acrylate de butyle) avec une Tg visée égale à -300C On part du copolymère en émulsion obtenu précédemment en étape 1 après en avoir prélevé ~5 g pour analyse et sans avoir arrêté le chauffage.
Pendant 180 minutes, on lui additionne à 90°C d'un mélange 3 pré émulsifié comprenant: - 132,6 g d'eau, et
- 6,05 g de solution à 60% dans l'eau du surfactant (alcool gras oxyéthyléne), et
- 6,60 g de solution à 50% de Sipomer WAM II, et
- 210,7 g d'acrylate de butyle, et
- 64,35 g de méthacrylate de méthyle, et - 2,75 g d'acide acrylique.
On poursuit l'addition pendant 180 minutes.
Simultanément, on démarre l'addition d'un mélange 4 comprenant :
- 1 ,65 g d'acide érythorbique
- 11,0 g d'eau. On poursuit l'addition pendant 210 minutes
Le système est maintenu à 90°C en une heure supplémentaire. Ensuite l'émulsion est refroidie à ~25°C en une heure.
Un échantillon (~5g) est alors prélevé et la taille de particules du latex est mesuré par diffusion de la lumière (Malvern Zetasizer). Le diamètre moyen obtenu est égal à 141 nm.
Une analyse de l'échantillon par chromato graphie gazeuse révèle que la conversion des monomères est supérieure à 98%.
A température ambiante, on ajuste le pH du latex à une valeur d'environ 7,5 en lui ajoutant pendant une heure une solution aqueuse d'hydroxyde de sodium à 10%. Exemple 3:
Préparation d'un latex avec une phase polv(méthacrylate de méthvP-co-poly(acrylate de butyle) et une phase polvstyrene-co-polγ(acrylate de 2-éthylhexyle)
Etape 1 : Préparation d'un copolymère statistique poly(méthacrylate de méthyl)-co- poly(acrylate de butyle) avec une Tg visée égale à -30°C
En pied de cuve, on introduit, à température ambiante, 276,6 g d'eau, 3,53 g de solution à 40% dans l'eau du surfactant (sel de sodium d'α-oléfine sulfonate), 3,44 g de solution dans l'eau à 40% du Sipomer COPS-I, 3,30g de perbenzoate de t-butyle et ensuite on ajoute de 4% en poids (16,8 g) d'un mélange 1 pré émulsifié comprenant:
- 127,3 g d'eau, et
- 7,05 g de solution à 40% dans l'eau du surfactant (sel de sodium d'α-oléfine sulfonate), et
- 5,50 g de solution à 50% de Sipomer WAM II, et
- 210,9 g d'acrylate de butyle, et
- 64,10 g de méthacrylate de méthyle, et
- 5,50 g d'acide acrylique Le mélange réactionnel obtenu est agité pendant 30 minutes (200 tr/min) sous azote. La température est ensuite élevée à 75°C, puis on introduit une solution de 0,290 g de persulfate de sodium solubilisé dans 2,60 g d'eau. Le mélange est porté à 80°C.
Après 15 minutes, on démarre l'addition de la quantité restante (96% en poids) de mélange 1 décrit ci-dessus.
On poursuit l'addition pendant 120 minutes.
Simultanément, pendant 120 minutes on ajoute un mélange 2 comprenant :
- 1,14 g de persulfate de sodium
- 27,5 g d'eau. Après addition complète des divers ingrédients, la température de l'émulsion est portée à 90°C en 15 minutes et l'émulsion de copolymère obtenue est maintenue à 90°C pendant une heure.
Un échantillon (~5g) est alors prélevé et la taille de particules du latex est mesuré par diffusion de la lumière (Malvern Zetasizer). Le diamètre moyen obtenu est égal à 117 nm.
Une analyse de l'échantillon par mesure gravimétrique de l'extrait sec révèle que la conversion des monomères est supérieure à 97%.
Etape 2: Préparation d'un deuxième copolymère statistique polystyrene-co- poly(acrylate de 2-éthylhexyle) avec une Tg visée égale à +50°C
On part du copolymère en émulsion obtenu précédemment en étape 1 après en avoir prélevé ~5 g pour analyse et sans avoir arrêté le chauffage. Pendant 180 minutes, on lui additionne à 90°C d'un mélange 3 pré émulsifié comprenant:
- 132,6 g d'eau, et
- 6,05 g de solution à 60% dans l'eau du surfactant (alcool gras oxyéthyléné), et - 6,60 g de solution à 50% de Sipomer WAM II, et
- 63,25 g d'acrylate de 2-éthylhexyle, et
- 211,8 g de styrène, et
- 2,75 g d'acide acrylique.
On poursuit l'addition pendant 180 minutes. Simultanément, on démarre l'addition d'un mélange 4 comprenant :
- 1,65 g d'acide érythorbique,
- 11,0 g d'eau.
On poursuit l'addition pendant 210 minutes
Le système est maintenu à 90°C pendant une heure supplémentaire. Ensuite l'émulsion est refroidie à ~25°C en une heure.
Un échantillon (~5g) est alors prélevé et la taille de particules du latex est mesuré par diffusion de la lumière (Malvern Zetasizer). Le diamètre moyen obtenu est égal à 142 nm.
Une analyse de l'échantillon par chromatographie gazeuse révèle que la conversion des monomères est supérieure à 98%
A température ambiante, on ajuste le pH du latex à une valeur d'environ 7,5 en lui ajoutant pendant une heure une solution aqueuse d'hydroxyde de sodium à 10%.
Exemple 4: Préparation d'un latex avec une phase polystyrène-co-polv(acrylate de butyle) et une phase polyfméthacrylate de méthyleVco-polv(acrylate de butyle)
Etape 1 : Préparation d'un copolymère statistique polystyrène-co-poly(acrylate de butyle) avec une Tg visée égale à -35°C
En pied de cuve, on introduit, à température ambiante, 241,7g d'eau, 3,21 g de solution à 40% dans l'eau du surfactant (sel de sodium de l'acide alkylsulfonique), 3,13 g de solution dans l'eau à 40% du Sipomer COPS-I, et ensuite on ajoute de 14% en poids (29,9 g) d'un mélange 1 comprenant:
- 160,8 g d'acrylate de butyle, et
- 39,20 g de styrène, et - 6,22 g d'acide acrylique.
Le mélange réactionnel obtenu est agité pendant 30 minutes (200 tr/min) sous azote. La température est ensuite élevée à 75°C, puis on introduit une solution de 0,350 g de persulfate de sodium solubilisé dans 3,5 g d'eau.
Le mélange est porté à 80°C. Après 15 minutes, on démarre l'addition de la quantité restante (86% en poids) de mélange 1 décrit ci-dessus.
On poursuit l'addition pendant 90 minutes.
Simultanément, pendant 90 minutes on ajoute un mélange 2 comprenant :
- 0,82 g de persulfate de sodium, - 36,0 g d'eau.
Après addition complète des mélanges 1 et 2, on ajoute 3,00 g de perbenzoate de t-butyle. Ensuite la température de l'émulsion est maintenue à 80°C pendant une heure.
Un échantillon (~5g) est alors prélevé et la taille de particules du latex est mesuré par diffusion de la lumière (Malvern Zetasizer). Le diamètre moyen obtenu est égal à 95nm.
Une analyse DSC (les conditions de la mesure: DSC METTLER 822E/200W; Cycle thermique : 20 °C/MN; Intervalle de température : -50°C à 120°C; Atmosphère contrôlée : azote; Capsule aluminium : standard 40 μl) révèle que le copolymère obtenu est caractérisé par température vitreuse égale Tg= -17°C. Une analyse de l'échantillon par mesure gravimétrique de l'extrait sec révèle que la conversion des monomères est supérieure à 97%.
Etape 2: Préparation d'un deuxième copolymère statistique poly(méthacrylate de méthyle)-co-poly(acrylate de butyle) avec une Tg visée égale à +17°C
On part du copolymère en émulsion obtenu précédemment en étape 1 après en avoir prélevé ~5 g pour analyse et sans avoir arrêté le chauffage. Pendant 150 minutes, on lui additionne à 90°C d'un mélange 3 pré émulsifié comprenant:
- 222,0 g d'eau, et
- 12,82 g de solution à 40% dans l'eau du surfactant (sel de sodium de l'acide alkylsulfonique), et
- 10,00 g de solution à 50% de Sipomer WAM II, et - 125,0 g d'acrylate de butyle, et
- 175,0 g de méthacrylate de méthyle, et
- 6,00 g d'acide acrylique. On poursuit l'addition pendant 150 minutes.
Simultanément, on démarre l'addition d'un mélange 4 comprenant :
- 4,00 g de disulfite de sodium - 15,0 g d'eau.
On poursuit l'addition pendant 180 minutes Le système est maintenu à 90°C pendant une heure supplémentaire.
Ensuite l'émulsion est refroidie à ~25°C en une heure.
Un échantillon (~5g) est alors prélevé et la taille de particules du latex est mesuré par diffusion de la lumière (Malvern Zetasizer). Le diamètre moyen obtenu est égal à 130nm. Une analyse de l'échantillon par chromatographie gazeuse révèle que la conversion des monomères est supérieure à 98%.
Une analyse DSC (les conditions de la mesure: DSC METTLER 822E/200W; Cycle thermique : 20 °C/MN; Intervalle de température : -50°C à 1200C; Atmosphère contrôlée : azote; Capsule aluminium: standard 40 μl) révèle que le copolymère obtenu est caractérisé par deux températures vitreuses égale TgI= -10°C et Tg2= +37°C
A température ambiante, on ajuste le pH du latex à une valeur d'environ 7,5 en lui ajoutant pendant une heure une solution aqueuse d'hydroxyde de sodium à 10%.
Exemple 5 (comparatif): Préparation d'un latex avec une phase polv(méthacrylate de méthylVco-polv(acrylate de butyle) et une phase polystyrene-co-poly(acrylate de 2-éthylhexyle) Etape 1 : Préparation d'un copolymère statistique poly(méthacrylate de méthyl)-co- poly(acrylate de butyle) avec une Tg visée égale à +3O0C
En pied de cuve, on introduit, à température ambiante, 276,6 g d'eau, 3,53 g de solution à 40% dans l'eau du surfactant (sel de sodium d'α-oléfine sulfonate), 3,44 g de solution dans l'eau à 40% du Sipomer COPS-I, 3,30g de perbenzoate de t-butyle et ensuite on ajoute de 4% en poids (16,8 g) d'un mélange 1 pré émulsifié comprenant:
- 127,3 g d'eau, et
- 7,05 g de solution à 40% dans l'eau du surfactant (sel de sodium d'α-oléfme sulfonate), et - 5,50 g de solution à 50% de Sipomer WAM II, et
- 93,50 g d'acrylate de butyle, et
- 181,5 g de méthacrylate de méthyle, et
- 5,50 g d'acide acrylique
Le mélange réactionnel obtenu est agité pendant 30 minutes (200 tr/min) sous azote. La température est ensuite élevée à 75°C, puis on introduit une solution de 0,290 g de persulfate de sodium solubilisé dans 2,60 g d'eau. Le mélange est porté à 80°C.
Après 15 minutes, on démarre l'addition de la quantité restante (96% en poids) de mélange 1 décrit ci-dessus. On poursuit l'addition pendant 120 minutes.
Simultanément, pendant 120 minutes on ajoute un mélange 2 comprenant :
- 1,14 g de persulfate de sodium,
- 27,5 g d'eau.
Après addition complète des divers ingrédients, la température de l'émulsion est portée à 90°C en 15 minutes et l'émulsion de copolymère obtenue est maintenue à 900C pendant une heure.
Un échantillon (~5g) est alors prélevé et la taille de particules du latex est mesuré par diffusion de la lumière (Malvern Zetasizer). Le diamètre moyen obtenu est égal à 97 nm. Une analyse de l'échantillon par mesure gravimétrique de l'extrait sec révèle que la conversion des monomères est supérieure à 97%. Etape 2: Préparation d'un deuxième copolymère statistique polystyrène-co- poly(acrylate de 2-ethylhexyle) avec une Tg visée égale à -100C
On part du copolymère en émulsion obtenu précédemment en étape 1 après en avoir prélevé ~5 g pour analyse et sans avoir arrêté le chauffage.
Pendant 180 minutes, on lui additionne à 90°C d'un mélange 3 pré émulsifié comprenant:
- 132,6 g d'eau, et
- 6,05 g de solution à 60% dans l'eau du surfactant (alcool gras oxyéthyléné), et - 6,60 g de solution à 50% de Sipomer WAM II, et
- 171,1 g d'acrylate de 2-éthylhexyle, et
- 104,0 g de styrène, et
- 2,75 g d'acide acrylique.
On poursuit l'addition pendant 180 minutes. Simultanément, on démarre l'addition d'un mélange 4 comprenant :
- 1,65 g d'acide érythorbique, - 11,0 g d'eau.
On poursuit l'addition pendant 210 minutes
Le système est maintenu à 900C pendant une heure supplémentaire. Ensuite l'émulsion est refroidie à ~25°C en une heure.
Un échantillon (~5g) est alors prélevé et la taille de particules du latex est mesuré par diffusion de la lumière (Malvern Zetasizer). Le diamètre moyen obtenu est égal à 130 nm.
Une analyse de l'échantillon par chromatographie gazeuse révèle que la conversion des monomères est supérieure à 98%
A température ambiante, on ajuste le pH du latex à une valeur d'environ 7,5 en lui ajoutant pendant une heure une solution aqueuse dTiydroxyde de sodium à 10%.
Exemple 6: Utilisation des latex synthétisés dans les exemples 1 à 5 dans des formulations de peintures brillantes. Les peintures ont été préparées selon le mode opératoire précédemment décrit. Pour les peintures obtenues, les caractéristiques physiques ont été déterminées comme suit: la TMFF (température minimale de formation du film) est mesurée à l'aide d'un appareil MFFT-BAR-60 de la société RHOPOINT, - le brillant spéculaire est mesuré sous un angle de 20° selon la norme EN ISO
2813,
- la résistance au "Blocking" est mesurée à 23°C et à 45°C, selon une échelle allant de 0 - très mauvais - à 10 - très bon en suivant ce mode opératoire :
" Application de la peinture sur support Leneta (150 μm), • Séchage 7 jours à 23°C,
• On découpe des bandelettes de 2 cm de large,
" On appose les bandelettes 2 à 2, perpendiculairement, face peinte contre face peinte,
• On applique un poids de 500 g pendant 24H, à 23°C (125 g/cm2). " On évalue la force nécessaire pour décoller les 2 bandelettes.
- La "Wet Adhésion" - adhésion sur fonds alkyde vieillis est mesurée avec une l'échelle de notation allant de 0 - très bon - à 10 - très mauvaisselon le mode opératoire suivant :
" application d'une laque glycérophtalique noire sur un support de fibrociment,
• séchage : 24H T ambiante + 7 jours à 50°C,
• application de la peinture à tester,
• séchage 7 jours à température ambiante,
" application d'un buvard humide pendant 3 heures, • Puis test d'adhésion par quadrillage. La note de 0 est attribuée s'il n'y a aucune détérioration ou décollement de la peinture.
- La résistance à la salissure (l'échelle de notation: 0 très bon à 100 très mauvais) est mesurée par colorimétrie, via la perte de blancheur (DL)
Mode opératoire • Application à l'aide d'un pinceau de poudre d'oxyde de fer
" Essuyage avec du papier essuie-tout " Mesure de la perte de blancheur
- Résistance à la déformation sur bois au "crack test" Mode opératoire :
• On fait subir à des éprouvettes de hêtre peintes sur toutes les faces (2 couches de peinture) des cycles de vieillissement simulant les intempéries extérieures. Description du cycle (durée totale : 24h) - 4h à 230C - 3h à 500C
- Ih d'immersion dans l'eau
- 16h au congélateur à -200C
" Observation visuelle du niveau de dégradation après chaque cycle:
S'il n'y a aucune dégradation après 10 cycles , une note de 10 est donnée à la peinture.
Les résultats trouvés sont indiqués dans le tableau 2 ci-après. Tableau 2.
Figure imgf000025_0001

Claims

R E V E N D I C A T I O N S
1. Dispersion aqueuse de polymères sous la forme de particules structurées de diamètre moyen compris entre 70 et 300 nm comprenant au moins un polymère présentant une température de transition vitreuse (TgI) comprise entre -50° et 0°C représentant de 30 à 70 % en poids du poids total des particules et d'au moins un deuxième polymère présentant une température de transition vitreuse (Tg2) comprise entre 10 et 80°C représentant de 70 à 30 % en poids du poids total des particules caractérisée en ce que Tg2 - TgI est compris entre 45 et 1000C.
2. Dispersion aqueuse selon la revendication 1 caractérisée en ce que le polymère 1 et le polymère 2 sont préparés à partir d'un mélange de monomère comprenant au moins un monomère éthyléniquement insaturé choisi parmi les esters de l'acide (méth)acrylique et les monomères vinylaromatiques et les monomères éthyléniques qui peuvent copolymérisés avec.
3. Dispersion aqueuse selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que le polymère 1 et le polymère 2 sont préparés à partir d'un mélange de monomères comprenant : a. De 5 à 90 % en poids d'au moins un monomère (a) choisi parmi le styrène ou le méthacrylate de méthyle, b. De 10 à 95 % en poids d'au moins un monomère (b) choisi parmi les esters de l'acide acrylique en C4-C10 tels que l'acrylate de n-butyle ou l'acrylate de 2-éthylhexyle. c. De 0 à 5 % en poids d'au moins un monomère fonctionnel tel que l'acide acrylique, l'acide méthacrylique, l'acide itaconique, l'acide fumarique, l'acrylate de hydroxyéthyle, le méthacrylate de hydroxyéthyle, l'acrylamide, le méthacrylamide, le sel de sodium du l-allyloxy-2- hydroxypropyl sulfonate (Sipomer COPS-I), le sel de sodium du 1- méthallyloxy-2-hydroxypropyl sulfonate, le l-méthacrylamido,2- imidazolidinone éthane (Sipomer WAM II).
4. Dispersion aqueuse selon la revendication 3 caractérisée en ce que le polymère 1 est de préférence préparé à partir d'un mélange comprenant : i. De 5 à 45 % d'au moins un monomère (a), ii. De 55 à 95 % d'au moins un monomère (b), et iii. De 0 à 5 % d'au moins un monomère (c).
5. Dispersion aqueuse selon la revendication 3 caractérisée en ce que le polymère 2 est de préférence préparé à partir d'u mélange comprenant : i. De 55 à 90 % d'au moins un monomère (a), ii. De 10 à 45 % d'au moins un monomère (b), et iii. De 0 à 5 % d'au moins un monomère (c).
6. Procédé de préparation de dispersion aqueuse selon l'une des revendications 1 à 5 comprenant une étape de polymérisation en émulsion conduisant au polymère 1 et une autre étape de polymérisation conduisant au polymère 2 caractérisé en ce que a. les mélanges de monomères à polymériser lors de la première et de la deuxième étape sont définis de manière à conférer à un des deux polymères une Tg comprise entre -500C et 00C et à l'autre polymère une Tg comprise entre 10°C et 80°C et , b. les quantités de monomères engagés sont tels que le polymère 1 représente de 30 à 70 % en poids et le polymère 2 de 70 à 30% en poids du poids total des particules.
7. Procédé selon la revendication 6 caractérisé en ce que les conditions opératoires de polymérisation sont fixées de manière à avoir des particules de polymères de diamètre moyen compris entre 70 et 300 nm.
8. Procédé selon l'une des revendication 6 à 7 caractérisé en ce que l'introduction des monomères de la seconde étape commence lorsque la conversion des monomères de la première étape est supérieure à 95% et de préférence supérieure à 97%.
9. Procédé selon l'une des revendication 6 à 8 caractérisé en ce que la polymérisation de la deuxième étape est amorcée par un système redox comprenant un oxydant et un réducteur à une température comprise entre 40 et 950C.
10. Procédé selon la revendicaion 9 caractérisé en ce que l'oxydant est choisi dans le groupe comprenannt les peroxydes et hydroperoxydes tels que le perbenzoate de t-butyle et l'hydroperoxyde de t-butyle.
11. Procédé selon la revendication 9 ou 10 caractérisé en ce que l'oxydant est introduit au cours de la première étape de polymérisation.
12. Utilisation de la dispersion selon l'une des revendications 1 à 6 comme liant dans les formulations pour peintures.
13. Formulation pour peintures sans solvant et sans agent de coalescence comprenant une dispersion selon l'une quelconque des revendications 1 à 6.
PCT/EP2006/007165 2005-07-29 2006-07-20 Dispersion aqueuse de polymere structure, son procede d’obtention et ses applications dans les formulations pour peintures WO2007012432A1 (fr)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US11/996,631 US20090326142A1 (en) 2005-07-29 2006-07-20 Aqueous dispersion of structured polymer, manufacturing process and use in coating formulations
EP06776329A EP1910434A1 (fr) 2005-07-29 2006-07-20 Dispersion aqueuse de polymere structure, son procede d obtention et ses applications dans les formulations pour peintures

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR0508167A FR2889196B1 (fr) 2005-07-29 2005-07-29 Dispersion aqueuse de polymere structure, son procede d'obtention et ses applications dans les formulations pour peintures
FR05/08167 2005-07-29

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2007012432A1 true WO2007012432A1 (fr) 2007-02-01

Family

ID=36228596

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2006/007165 WO2007012432A1 (fr) 2005-07-29 2006-07-20 Dispersion aqueuse de polymere structure, son procede d’obtention et ses applications dans les formulations pour peintures

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20090326142A1 (fr)
EP (1) EP1910434A1 (fr)
FR (1) FR2889196B1 (fr)
WO (1) WO2007012432A1 (fr)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8498716B2 (en) 2007-11-05 2013-07-30 Boston Scientific Neuromodulation Corporation External controller for an implantable medical device system with coupleable external charging coil assembly
US8682444B2 (en) 2011-12-21 2014-03-25 Boston Scientific Neuromodulation Corporation System for an implantable medical device having an external charger coupleable to accessory charging coils
WO2014111292A1 (fr) * 2013-01-18 2014-07-24 Basf Se Compositions de revêtement à base de dispersion acrylique

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
MX352168B (es) 2012-02-10 2017-11-13 Arkema Inc Aglutinantes de latex polimericos utiles en composiciones de recubrimiento con bajo o sin contenido de voc.
US20190359843A1 (en) * 2016-12-29 2019-11-28 Dow Global Technologies Llc Aqueous polymer dispersion and aqueous coating composition comprising the same
KR102213455B1 (ko) * 2017-02-01 2021-02-08 한화솔루션 주식회사 에멀젼 및 그 제조 방법

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS56116759A (en) * 1980-02-20 1981-09-12 Daicel Chem Ind Ltd Coating composition for troweling
WO1994021699A1 (fr) * 1993-03-24 1994-09-29 Cray Valley Sa Latex pour peintures sans solvant possedant une lessivabilite amelioree
WO1995013309A1 (fr) * 1993-11-10 1995-05-18 Cray Valley S.A. Dispersion aqueuse de polymere, son procede de fabrication et son application a la formulation de peintures
US6552116B1 (en) * 1999-11-02 2003-04-22 Basf Aktiengesellchaft Multistage emulsion polymer

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2616883A (en) * 1951-07-10 1952-11-04 Us Rubber Co Shortstopping vinyl chloride polymerizations with conjugated dienes
US7285590B2 (en) * 2003-11-13 2007-10-23 Hexion Specialty Chemicals, Inc. Aqueous dispersions containing multi-stage emulsion polymers

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS56116759A (en) * 1980-02-20 1981-09-12 Daicel Chem Ind Ltd Coating composition for troweling
WO1994021699A1 (fr) * 1993-03-24 1994-09-29 Cray Valley Sa Latex pour peintures sans solvant possedant une lessivabilite amelioree
WO1995013309A1 (fr) * 1993-11-10 1995-05-18 Cray Valley S.A. Dispersion aqueuse de polymere, son procede de fabrication et son application a la formulation de peintures
US6552116B1 (en) * 1999-11-02 2003-04-22 Basf Aktiengesellchaft Multistage emulsion polymer

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DATABASE WPI Section Ch Week 198143, Derwent World Patents Index; Class A14, AN 1981-78814D, XP002380064 *
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 005, no. 194 (C - 082) 10 December 1981 (1981-12-10) *
See also references of EP1910434A1 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8498716B2 (en) 2007-11-05 2013-07-30 Boston Scientific Neuromodulation Corporation External controller for an implantable medical device system with coupleable external charging coil assembly
US8682444B2 (en) 2011-12-21 2014-03-25 Boston Scientific Neuromodulation Corporation System for an implantable medical device having an external charger coupleable to accessory charging coils
WO2014111292A1 (fr) * 2013-01-18 2014-07-24 Basf Se Compositions de revêtement à base de dispersion acrylique
US10053597B2 (en) 2013-01-18 2018-08-21 Basf Se Acrylic dispersion-based coating compositions

Also Published As

Publication number Publication date
US20090326142A1 (en) 2009-12-31
EP1910434A1 (fr) 2008-04-16
FR2889196A1 (fr) 2007-02-02
FR2889196B1 (fr) 2011-10-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2456791B2 (fr) Dispersion aqueuse de polymère autoréticulable, à base de particules de polymère structurées en coeur dur et écorce molle et compositions de revêtements ou de traitement
KR100810944B1 (ko) 수성 폴리머 분산물
WO2007012432A1 (fr) Dispersion aqueuse de polymere structure, son procede d’obtention et ses applications dans les formulations pour peintures
EP1934269A1 (fr) Procede pour preparer un copolymere greffe par des acides gras polyinsatures, copolymere greffe par des acides gras polyinsatures susceptible d&#39;etre obtenu par ce procede et ses utilisations
CA2730176A1 (fr) Compositions de revetement ayant une resistance accrue au blocking
JPH04261454A (ja) ポリオルガノシロキサン系エマルジョン
EP0728154B1 (fr) Dispersion aqueuse de polymere, son procede de fabrication et son application a la formulation de peintures
EP0653469A2 (fr) Compositions aqueuses de revêtement à base de latex réticulant notamment à température ambiante
EP3620493B1 (fr) Dispersion aqueuse de particules polymères à plusieurs étages
WO2005035675A2 (fr) Compositions de revêtements comprenant une dispersion aqueuse de polymère filmogène et une silicone polyether, leur procédé de préparation et leurs utilisations
JP3689131B2 (ja) 不粘着性、耐引掻性で且つ耐薬品性の塗料のためのバインダーとしてのポリマー水性分散物
EP0690882B1 (fr) Latex pour peintures sans solvant possedant une lessivabilite amelioree
EP1023411B1 (fr) Liant latex pour composition de revetement
EP3237474A1 (fr) Copolymere dibloc hydrosoluble
WO1999055747A1 (fr) Dispersions aqueuses de polymeres a base de monomeres heterocycliques insatures et leur mise en oeuvre dans les procedes de reticulation
WO2007042683A2 (fr) Procede pour preparer un copolymere greffe, copolymere greffe susceptible d&#39;etre obtenu par ce procede et ses utilisations
EP1451236B1 (fr) Dispersion aqueuse de polymere a lessivabilite elevee, sa preparation et son application comme liant dans des compositions de revetement
FR2526033A1 (fr) Compositions hydrofugeantes, leur procede de preparation et leur mise en oeuvre pour l&#39;hydrofugation et la protection de surfaces diverses
TW201226480A (en) Coating composition with (meth) acrylic polymers and coalescents
AU6266698A (en) Water-based emulsion polymers which resist blocking
JP2001002980A (ja) 水性被覆組成物

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2006776329

Country of ref document: EP

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 2006776329

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 11996631

Country of ref document: US