WO2011104599A1 - Monomere associatif a base d'alcools oxo, polymere acrylique contenant ce monomere, utilisation dudit polymere comme epaississant dans une formulation aqueuse, formulation obtenue - Google Patents

Monomere associatif a base d'alcools oxo, polymere acrylique contenant ce monomere, utilisation dudit polymere comme epaississant dans une formulation aqueuse, formulation obtenue Download PDF

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Denis Ruhlmann
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Definitions

  • the present invention relates to novel rheology modifiers of the HASE type, the associative monomer of which is functionalized by a hydrophobic group based on oxo alcohols.
  • these products lead to a phenomenon of increase of the viscosity over a wide range of shear gradients, and especially for high gradients: they behave therefore as effective thickeners, and as such constitute a new range of products that enriches the library of the paint formulator.
  • these new thickeners can develop, when introduced into an aqueous formulation, much more Newtonian rheological profiles than their predecessors HASE type, and maintaining a level of efficiency economically interesting.
  • Such a result is obtained by the implementation of the particular associative monomers mentioned above. This property is even exacerbated in a preferred embodiment which consists in adjusting in a certain range the dose of chain transfer agent used in the process for manufacturing said polymers.
  • the associative monomers functionalized with hydrophobic groups based on oxo alcohols constitute an object of the present invention.
  • the use of these as thickeners in aqueous formulations and the resulting formulations constitute the latter two objects of the present invention.
  • HEUR Hydrophobically Modified Ethylene Oxide Ethethexide Modified Ethylene Oxide URethane according to the appropriate acronym
  • HASE hydrophobically modified and thickening modified Emulsions in an alkaline medium or Hydrophobically modified Alkali -soluble Emulsions.
  • the former denote polymers resulting from the synthesis between a polyalkylene glycol compound, a polyisocyanate, and an alkyl and / or aryl associative monomer consisting of a hydrophobic end group.
  • the second are polymers of (meth) acrylic acid, an ester of these acids and an associative monomer consisting of an oxyalkylated chain terminated by a hydrophobic group.
  • HEURs are at the origin of many properties in aqueous paints, in particular depending on the nature of their associative monomer.
  • EP 0 639 595 A1 which proposes hydrophobic groups having from 4 to 36 carbon atoms for increasing the Brookfield TM viscosity
  • WO 02/102868 A1 which describes the use of plurystyrylphenols with more than 40 atoms to increase the viscosity irrespective of the shear gradient
  • an associative monomer consisting of di- and tristyrylphenol making it possible to obtain excellent pigment compatibility and high viscosity. low and medium shear rate.
  • a “Newtonian” profile theoretically means that the viscosity remains independent of the shear gradient: such behavior is inaccessible in reality.
  • a person skilled in the art associates such a profile with a small change in viscosity as a function of the shear rate (rheogram all the more flat), as opposed to a pseudo-plastic profile characterized by a marked drop in viscosity. according to this gradient (rheogram all the more steep).
  • the higher the ratio between the Brookfield viscosity at 10 rpm in mPa.s and the cone-plane viscosity called "ICI" approximately corresponding to a speed gradient of 10,000 s " ) is weak, the closer we get to a Newtonian behavior.
  • HEUR are chemical species that are difficult to dissolve in water and must be dissolved in the presence of solvents or surfactants, since their% of active ingredient exceeds about 25%, and as long as they develop Newtonian profiles.
  • This problem is recounted in EP 0 682 094 A1: the solution proposed is based trivially on the use of surfactants.
  • HEUR thickeners highly concentrated and containing surfactants, had been marketed by COATEX under the names COAPUR TM 5035 and COAPUR TM 6050, before the priority date of this application, and as soon as possible. 1993 for the first of them.
  • solvents and surfactants to formulate the thickener type HEUR is not without posing a number of problems.
  • these new thickeners make it possible to develop particularly marked Newtonian profiles, particularly in terms of ratio (Brookfield viscosity at 10 rpm in mPa.s / viscosity ICI), while maintaining a high ICI viscosity;
  • n and n are integers less than 150, at least one of which is non-zero,
  • a and B denote alkyl groups different from each other, and having from 2 to
  • the group AO preferably denoting ethylene oxide and the group BO preferably denoting propylene oxide,
  • R denotes a polymerizable unsaturated functional group, preferentially methacrylate
  • R ' being characterized in that it consists of at least one group of formula (II):
  • One of the keys of the present invention rests on the choice of the compounds of formula (II), as terminal hydrophobic group of the associative monomer of formula (I).
  • the latter is conventionally manufactured by ethoxylation of an alcohol, then functionalization to make it polymerizable.
  • the Applicant has noted that the particular choice of an oxo alcohol allows the synthesis of new associative monomers of formula (I), which ultimately confer all of the properties listed above.
  • a first subject of the invention consists of a monomer of formula (I):
  • n and n are integers less than 150, at least one of which is non-zero,
  • a and B denote alkyl groups different from each other, and having from 2 to
  • the group AO preferably denoting ethylene oxide and the group BO preferably denoting propylene oxide,
  • R denotes a polymerizable unsaturated functional group, preferentially methacrylate, R 'being characterized in that it consists of at least one group of formula (II):
  • a second subject of the present invention consists of a polymer of the HASE type, consisting of: a) (meth) acrylic acid,
  • This polymer is also characterized in that it is constituted, expressed in% by weight of each of its monomers: a) from 20% to 50%, preferably from 35% to 45% of (meth) acrylic acid, b) from 40% to 70%, preferably from 45% to 55% of at least one ester of (meth) acrylic acid,
  • a third object of the The present invention consists of a process for manufacturing a HASE-type polymer, by placing in contact in a reaction medium between: a) (meth) acrylic acid,
  • said process is characterized in that the transfer agent is used and in that its mass introduced into the reaction medium is between 1500 ppm and 4000 ppm relative to the total weight of the components a ), b) and c). Quite unexpectedly, the Newtonian character of the rheological profile induced by the polymer in water is improved, while maintaining a high thickening efficiency with a high shear rate.
  • This process is also characterized in that the chain transfer agent is chosen from N-dodecyl mercaptan, N-decyl mercaptan, octyl mercaptan, 1,8-dimercapto-3,6-dioxaoctane (DMDO, CAS No. 14970-87-7), thiolactic acid.
  • the chain transfer agent is chosen from N-dodecyl mercaptan, N-decyl mercaptan, octyl mercaptan, 1,8-dimercapto-3,6-dioxaoctane (DMDO, CAS No. 14970-87-7), thiolactic acid.
  • a fourth object of the present invention is the use of a HASE type polymer as previously explained as a thickening agent in an aqueous formulation.
  • a fifth and final object of the present invention is an aqueous formulation containing a HASE type polymer as previously explained, including an aqueous paint formulation.
  • Example 1 This test illustrates the implementation of associative thickeners according to the prior art (HASE) and according to the invention, for the purpose of thickening an aqueous gel.
  • This test illustrates the prior art and uses a HASE type associative thickener marketed by COATEX TM under the name Rheotech TM 2100.
  • This thickener contains alkylphenols.
  • HASE associative thickener which is a polymer consisting of, in% by weight of each of its monomers: a) 35.5% of methacrylic acid,
  • a pre-emulsion is prepared by weighing in a beaker: 116.8 grams of bi-permuted water,
  • HASE associative thickener which is a polymer consisting of, in% by weight of each of its monomers: a) 35.5% of methacrylic acid,
  • This monomer was obtained by ethoxylation of the commercial product Liai 123, then rendered polymerizable by functionalization using a methacrylate group.
  • the ethoxylation is carried out by methods well known to those skilled in the art. It is the same for functionalization.
  • This polymer was obtained by bringing into contact in a reaction medium which is water, all of the aforementioned monomers and this, in the presence of 560 ppm of a chain transfer agent which is dodecyl mercaptan.
  • HASE associative thickener which is a polymer consisting of, in% by weight of each of its monomers: a) 35.5% of methacrylic acid,
  • This monomer was obtained by ethoxylation of the commercial product Liai 123, then rendered polymerizable by functionalization using a methacrylate group.
  • the ethoxylation is carried out by methods well known to those skilled in the art. It is the same for functionalization.
  • This polymer was obtained by bringing into contact in a reaction medium which is water, all of the aforementioned monomers and this, in the presence of 560 ppm of a chain transfer agent which is dodecyl mercaptan.
  • HASE associative thickener which is a polymer consisting of, in% by weight of each of its monomers: a) 34.0% of methacrylic acid,
  • This monomer was obtained by ethoxylation of the commercial product Liai 123, then rendered polymerizable by functionalization using a methacrylate group.
  • the ethoxylation is carried out by methods well known to those skilled in the art. It is the same for functionalization.
  • This polymer was obtained by bringing into contact in a reaction medium which is water, all of the aforementioned monomers and this, in the presence of 560 ppm of a chain transfer agent which is dodecyl mercaptan.
  • the performance of the Rheotech TM 2100 product containing alkyl phenols is at least equal, and is greatly improved in the context of the ICI viscosity.
  • Example 2 This test illustrates the implementation of associative thickeners according to the invention, for the purpose of thickening an aqueous gel. It illustrates in particular the influence of the amount of chain transfer agent used during the synthesis of said thickener.
  • HASE associative thickener which is a polymer consisting of, in% by weight of each of its monomers: a) 35.5% of methacrylic acid,
  • This polymer was obtained by bringing into contact in a reaction medium which is water, all of the aforementioned monomers and this, in the presence of 1392 ppm of a chain transfer agent which is dodecyl mercaptan.
  • This test illustrates the invention and implements an associative thickener type HASE according to the invention, which is the same polymer as that used in test No. 8.
  • This polymer was obtained by contacting in a reaction medium which is water, all of the aforementioned monomers and this, in the presence of 1944 ppm of a chain transfer agent which is dodecyl mercaptan.
  • This test illustrates the invention and uses a HASE associative thickener according to the invention, which is the same polymer as that used in test No. 8.
  • This polymer was obtained by contacting in a reaction medium which is water, all of the aforementioned monomers and this, in the presence of 2840 ppm of a chain transfer agent which is dodecyl mercaptan.
  • This test illustrates the invention and implements an associative thickener type HASE according to the invention, which is the same polymer as that used in test No. 8.
  • This polymer was obtained by contacting in a reaction medium which is water, all of the aforementioned monomers and this, in the presence of 4160 ppm of a chain transfer agent which is dodecyl mercaptan.
  • This test illustrates the invention and implements an associative thickener type HASE according to the invention, which is the same polymer as that used in test No. 8.
  • This polymer was obtained by contacting in a reaction medium which is water, all of the aforementioned monomers and this, in the presence of 5600 ppm of a chain transfer agent which is dodecyl mercaptan.
  • Brookfield TM viscosities at 10 and 100 rpm, Stormer TM and ICI TM, as well as the ratio of Brookfield TM viscosity at 10 rpm and ICI TM viscosity were reported in Table 2.
  • This test illustrates the invention, does not implement chain transfer agent, and relates to an aqueous emulsion of a polymer consisting of, in% by weight of each of its monomers: a) 35.5% of methacrylic acid,
  • This polymer was obtained by bringing into contact in a reaction medium which is water, all of the aforementioned monomers. Its synthesis corresponds to that described in tests No. 14 to 19, but without the use of chain transfer agent.
  • each of these fully pre-eutralised emulsions makes it possible to effectively thicken the acrylic binder solution (Table 5).
  • Table 5 The best results are obtained in particular according to the emulsions of tests Nos. 17 and 18 which, while having a Brookfield TM viscosity at 10 rpm less than 20,000 mPa.s for an extract however 25% dry, nevertheless lead to a significant thickening, regardless of the shear gradient.
  • pre-eutralised emulsions of the HASE type are available, which are stable and can be handled for a dry extract of commercial interest, devoid of nonyl phenols, and which can advantageously thicken a latex in aqueous solution.
  • a chain transfer agent which is dodecyl mercaptan, and relates to an aqueous emulsion of a polymer consisting of, in% by weight of each of its monomers:
  • This test illustrates the invention. It implements in particular an associative monomer different from that used in the previous tests (similar to that used in tests No. 14 to 19, but oxyethylated 25 times, the% of the associative monomer here being 10 and 15%).
  • This polymer was obtained by bringing into contact in a reaction medium which is water, all of the aforementioned monomers, according to the same procedure as previously described.
  • pre-eutralised emulsions of the HASE type are available, which are stable and can be handled for a dry extract of commercial interest, devoid of nonyl phenols, and which can advantageously thicken a latex in aqueous solution.
  • tests illustrate areas outside the invention. They implement in particular an associative monomer different from that used in the previous tests, and free of nonylphenols. They put (tests 25 to 27) or not (tests 23 and 24) implemented 2 110 ppm of a chain transfer agent which is dodecyl mercaptan.
  • Tests No. 23 to 27 do not lead to preneutralized emulsions and can be handled as they are at a solids content of 20%; they could not be tested on the acrylic binder.
  • This test illustrates a field outside the invention and uses an emulsion of a HASE polymer marketed by COATEX TM under the name Rheotech TM 2100, which contains nonylphenols.
  • this emulsion contains nonylphenols.
  • Brookfield TM viscosities at 10 and 100 rpm Brook 10T, Brook 100T mpas
  • Stormer TM in KU
  • ICI TM the ratio of Brookfield TM viscosity at 10 rpm to viscosity ICI TM have been reported in Table 6.
  • the performance of the Rheotech TM 2100 product containing alkyl phenols is at least equal, and is greatly improved in the context of the ICI viscosity.
  • Example 5 This test illustrates the implementation of associative thickeners according to the prior art (HASE) and according to the invention, for the purpose of thickening an aqueous gel.
  • Brookfield TM viscosities at 10 and 100 rpm Brook 10T, Brook 100T mpas
  • Stormer TM in KU
  • ICI TM the ratio of Brookfield TM viscosity at 10 rpm to viscosity ICI TM have been reported in Table 7.
  • the performance of the Rheotech TM 2100 product containing alkyl phenols is at least equal, and is greatly improved in the context of the ICI viscosity.

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Abstract

La présente invention concerne de nouveaux modificateurs de rhéologie de type HASE, dont le monomère associatif est fonctionnalisé par un groupe hydrophobe à base d'alcools oxo. Ledit monomère, de même que le procédé de synthèse du polymère, ainsi que l'utilisation du polymère comme épaississant dans des formulations aqueuses et les formulations résultantes sont autant d'objet de la présente invention. Les polymères ainsi fabriqués épaississent avantageusement une peinture aqueuse, et conduisent dans certains cas à des profils rhéologiques particulièrement newtoniens.

Description

MONOMERE ASSOCIATIF A BASE D'ALCOOLS OXO, POLYMERE ACRYLIQUE CONTENANT CE MONOMERE, UTILISATION DUDIT POLYMERE COMME EPAISSISSANT DANS UNE FORMULATION AQUEUSE, FORMULATION OBTENUE
La présente invention concerne de nouveaux modificateurs de rhéologie de type HASE, dont le monomère associatif est fonctionnalisé par un groupe hydrophobe à base d'alcools oxo. Mis en œuvre dans des formulations contenant de l'eau telles que des peintures aqueuses, ces produits conduisent à un phénomène d'augmentation de la viscosité sur une large amplitude de gradients de cisaillement, et tout particulièrement pour des gradients élevés : ils se comportent donc comme des épaississants efficaces, et constituent à ce titre une nouvelle gamme de produits qui vient enrichir la bibliothèque du formulateur de peintures. De manière tout à fait avantageuse, ces nouveaux épaississants peuvent développer, lorsqu'ils sont introduits dans une formulation aqueuse, des profils rhéologiques bien plus newtoniens que leurs prédécesseurs de type HASE et ce, en préservant un niveau d'efficacité économiquement intéressant. Un tel résultat est obtenu par la mise en oeuvre des monomères associatifs particuliers précités. Cette propriété est même exacerbée dans une variante préférentielle qui consiste à ajuster dans un certain intervalle la dose d'agent de transfert de chaîne mis en œuvre dans le procédé de fabrication desdits polymères.
Les monomères associatifs fonctionnalisés par des groupes hydrophobes à base d'alcools oxo constituent un objet de la présente invention. Il en va de même pour les polymères de type HASE incorporant de tels monomères, et pour leur procédé de synthèse. L'utilisation de ces derniers comme épaississants dans des formulations aqueuses et les formulations résultantes constituent les deux derniers objets de la présente invention.
Maîtriser la rhéologie d'une peinture, tant au stade de sa fabrication, que pendant son transport, son stockage ou sa mise en œuvre reste aujourd'hui une priorité. La diversité des contraintes observées au niveau de chacune de ces étapes renvoie à une multiplicité de comportements rhéologiques différents. On peut néanmoins résumer le besoin de l'homme du métier à l'obtention d'un effet d'épaississement de ladite peinture, tant pour des raisons de stabilité au cours du temps, que pour une possible application sur une surface verticale, l'absence d'éclaboussure au moment de la mise en œuvre, ou de coulure par la suite, etc .. De fait, on a désigné les produits qui contribuent à cette régulation du comportement rhéologique sous le terme d'épaississants. Historiquement, on a utilisé dès les années 1950 des gommes et des produits à base cellulosique, dont une des caractéristiques essentielles est leur poids moléculaire élevé. Ces composés présentent cependant un certain nombre d'inconvénients tels que leur instabilité au cours du temps (voir le document US 4 673 518), la nécessité d'en utiliser une quantité importante (voir le document EP 0 250 943 Al), ou leur coût de production, notamment au niveau du traitement des déchets (voir le document US 4 384 096).
Ont ensuite vu le jour les épaississants dits « associatifs » : ce sont des polymères hydrosolubles disposant de groupements hydrophobes insolubles. De telles macromolécules ont un caractère associant : une fois introduits dans l'eau, les groupements hydrophobes sont susceptibles de s'assembler sous forme d'agrégats micellaires. Ces agrégats sont reliés entre eux par les parties hydrophiles des polymères : il y a alors formation d'un réseau tridimensionnel qui provoque l'augmentation de la viscosité du milieu. Leur mécanisme de fonctionnement et leurs caractéristiques sont désormais bien connus et décrits par exemple dans les documents « Rheology modifiers for water-borne paints » (Surface Coatings Australia, 1985, pp. 6-10) et « Rheological modifiers for water-based paints : the most flexible tools for your formulations » (Eurocoat 97, UATCM, vol. 1, pp 423-442).
Parmi ces épaississants associatifs, on distingue la catégorie des HEUR (Uréthane oxyde d'Ethylène modifiés Hydrophobiquement ou Hydrophobically modified Ethylene oxyde URethane selon l'acronyme anglo-saxon approprié) et des HASE (Emulsions modifiées hydrophobiquement et épaississantes en milieu alcalin ou Hydrophobically modified Alkali-soluble Emulsions). Les premiers désignent des polymères résultant de la synthèse entre un composé du type polyalkylène glycol, un polyisocyanate, et un monomère associatif alkyle et/ou aryle constitué d'un groupe terminal hydrophobe. Les seconds désignent des polymères de l'acide (méth)acrylique, d'un ester de ces acides et d'un monomère associatif constitué d'une chaîne oxyalkylée terminée par un groupement hydrophobe. Les HEUR sont à l'origine de nombreuses propriétés dans les peintures aqueuses, notamment fonction de la nature de leur monomère associatif. On pourra citer les demandes de brevet suivantes déposées par la société COATEX™ : EP 0 639 595 Al qui propose des groupements hydrophobes ayant de 4 à 36 atomes de carbone pour augmenter la viscosité Brookfield™, WO 02 / 102868 Al qui décrit l'utilisation de plurystyrylphénols avec plus de 40 atomes pour augmenter la viscosité quel que soit le gradient de cisaillement, et enfin EP 1 425 325 Al qui révèle un monomère associatif constitué de di- et tristyrylphénol, permettant d'obtenir une excellente compatibilité pigmentaire et une viscosité élevée à bas et moyen gradient de cisaillement.
Il en va de même pour les HASE, produits pour lesquels on peut notamment mentionner les demandes de brevet suivantes déposées par COATEX™ : EP 0 577 526 Al qui décrit une chaîne grasse avec des groupes linéaires ou ramifiés du type alkyle et/ou aryle ayant de 26 à 30 atomes de carbone, pour développer de hautes viscosités sous bas gradient de cisaillement, et EP 1 778 797 Al qui décrit une chaîne terminale ramifiée comportant de 10 à 24 atomes de carbone, pour améliorer la compatibilité pigmentaire et augmenter la viscosité de manière générale.
En matière de rhéologie des peintures, s'il est intéressant de disposer d'une nouvelle famille de produits qui permet d'augmenter la viscosité sur une large gamme de gradient de cisaillement, il est aussi très utile de posséder des épaississants qui vont induire un profil rhéologique particulier, fonction du cahier des charges de l'applicateur ou du formulateur. A cet égard, on lit souvent que les peintures brillantes et satinées s'accommodent avantageusement d'un profil « newtonien », ce dernier permettant une amélioration de leur étalement et une réduction des projections pendant leur application.
Un profil « newtonien » signifie de manière théorique que la viscosité reste indépendante du gradient de cisaillement : un tel comportement est inaccessible dans la réalité. En pratique, l'homme du métier associe un tel profil à une faible évolution de la viscosité en fonction du taux de cisaillement (rhéogramme d'autant plus plat), par opposition à un profil pseudo-plastique caractérisé par une chute marquée de la viscosité en fonction de ce gradient (rhéogramme d'autant plus pentu). Concrètement, plus le rapport entre la viscosité Brookfield à 10 tours par minute en mPa.s et la viscosité cône-plan dite « ICI » (correspondant approximativement à un gradient de vitesse de 10 000 s" ) est faible, plus on se rapproche d'un comportement newtonien.
Ceci étant, pour autant qu'on diminue le rapport indiqué ci-dessus, il est souhaitable de ne pas perdre en efficacité épaississante à haut gradient de cisaillement : ceci constitue une seconde exigence, qui peut se traduire par la recherche de manière concomitante d'une viscosité ICI la plus élevée possible.
Aujourd'hui, autant la technologie des HEUR que celle des HASE permet de formuler des épaississants associatifs, qui développent des profils newtoniens une fois introduits dans des formulations aqueuses. Ceci est notamment décrit dans le document « Disperse phase - thickeners interactions and their influence on Newtonian to non-Newtonian flow behavior » (Polymeric Materials, 1995), 73, 195-6). Pour les HEUR, on pourra se reporter au document US 5 500 475, décrivant un épaississant de cette catégorie qui, une fois mis en œuvre dans une peinture aqueuse, développe un profil newtonien tout en conduisant à un film sec ayant une brillance élevée, résistant à l'eau, à l'abrasion et à la contamination microbienne. Cependant, les HEUR sont des espèces chimiques difficilement solubles dans l'eau et doivent être mis en solution en présence de solvants ou de tensio-actifs, dès lors que leur % en matière active excède environ 25 %, et pour autant qu'ils développent des profils newtoniens. Cette problématique est relatée dans le document EP 0 682 094 Al : la solution proposée repose de manière triviale sur l'emploi de tensio-actifs. De plus, on notera que des épaississants de type HEUR, hautement concentrés et contenant des tensio-actifs, avaient été commercialisés par la société COATEX sous les noms COAPUR™ 5035 et COAPUR™ 6050, avant la date de priorité de cette demande, et dès 1993 pour les premiers d'entre eux. Or, la mise en œuvre de solvants et de tensio-actifs pour formuler l'épaississant de type HEUR n'est pas sans poser un certain nombre de problèmes. On rappelle d'une part que les solvants sont soumis à des législations de plus en plus draconiennes visant à restreindre et même proscrire leur utilisation dans les peintures. Quant aux tensio-actifs de la formulation épaississante, ils sont de nature à déstabiliser les peintures, par interaction avec les autres tensio-actifs contenues dans ces dernières. Par conséquent, la formulation de HEUR de type newtonien dans l'eau n'est uniquement possible qu'à condition de restreindre drastiquement la concentration en polyuréthane (de l'ordre de 20 % en poids), ce qui rend ces épaississants peu efficaces.
Parmi les HASE, les seuls qui s'avèrent véritablement efficaces pour développer des profils newtoniens sont des épaississants dont le monomère associatif contient des alkylphénols éthoxylés (APEs selon l'acronyme anglais correspondant). On en trouve une illustration dans le document EP 0 350 414 Al, qui enseigne l'emploi de nonylphénols éthoxylés pour la synthèse du monomère associatif d'un épaississant de type HASE, et démontre que le polymère résultant permet de développer des profils rhéologiques newtoniens une fois introduit dans une peinture aqueuse. Néanmoins, les alkylphénols sont aujourd'hui largement suspectés d'être cancérigènes et dangereux pour la reproduction ; encore tolérés dans l'industrie des peintures, ils n'en demeurent pas moins dans le collimateur des institutions législatives en la matière, notamment européennes.
Or, la Demanderesse est parvenue à mettre au point de nouveaux monomères associatifs, susceptibles de rentrer dans la composition de polymères de type HASE, apportant à l'homme du métier les avantages suivants :
- la possibilité de décliner, sur la base de ces nouveaux monomères associatifs, une nouvelle gamme d'épaississants de type HASE, capables d'épaissir une formulation aqueuse sur un large intervalle de gradient de cisaillement (et notamment sur la plage des gradients élevés), évitant ainsi le recours aux HEUR qui nécessitent solvants et/ou tensio-actifs dans leur formulation pour être efficaces ;
- en outre, ces nouveaux épaississants permettent de développer des profils newtoniens particulièrement marqués, notamment en terme de rapport (viscosité Brookfield à 10 tours par minute en mPa.s / viscosité ICI) et ce, tout en maintenant une viscosité ICI importante ;
- enfin, cette dernière propriété est exacerbée selon une variante particulière de l'invention, qui consiste à ajuster le taux d'agent de transfert de chaîne dans un certain intervalle, au cours du procédé de fabrication de ces épaississants. Lesdits épaississants contiennent un monomère associatif de formule (I) :
R - (AO)m - (BO)„- R' ou
m et n sont des entiers inférieurs à 150 dont au moins un est non nul,
A et B désignent des groupes alkyles différents l'un de l'autre, et ayant de 2 à
4 atomes de carbone, le groupement AO désignant préférentiellement l'oxyde d'éthylène et le groupement BO désignant préférentiellement l'oxyde de propylène,
R désigne une fonction insaturée polymérisable, préférentiellement méthacrylate,
R' étant caractérisé en ce qu'il est constitué d'au moins un groupement de formule (II) :
CH3 - (CH2)p - CH(CH2)rCH3 - (CH2)q - où p et q désignent des entiers dont un au moins est non nul, avec 5 < p + q < 13, r est un entier compris entre 0 et 5, préférentiellement égal à 0.
Une des clés de la présente invention repose sur le choix des composés de formule (II), en tant que groupe hydrophobe terminal du monomère associatif de formule (I). Ce dernier est fabriqué classiquement par éthoxylation d'un alcool, puis fonctionnalisation en vue de le rendre polymérisable. Dans le cadre de la présente invention, la Demanderesse a su remarquer que le choix particulier d'un alcool oxo permettait la synthèse de nouveaux monomères associatifs de formule (I), qui confèrent au final l'ensemble des propriétés énumérées précédemment.
La formule (III) de ces alcools oxo est la suivante :
CH3 - (CH2)P - CH(CH2)rCH3 - (CH2)q - OH où p, q et r ont les significations déjà indiquées. Il s'agit de composés bien connus, obtenus de manière très simple par hydroformylation d'un alcène au moyen d'un gaz de synthèse présentant un rapport H2/CO proche de 1. Cette réaction permet de transformer l'alcène en aldéhyde, lequel n'a plus qu'à être hydrogéné pour que l'alcool puisse être obtenu. On en trouve une illustration dans le document WO 2007 / 066036. Des exemples commerciaux de ces alcools sont les produits commercialisés par la société SASOL™ sous les marque Liai™, Isalchem™, Alchem™ et Safol™, ou par la société BASF™ sous la marque Lutensol™
Le fait d'indiquer que le groupement terminal R' du monomère de formule (I) est constitué d'au moins un groupement de formule (II) -et non pas qu'il est exclusivement constitué de ce groupement- relève du fait que l'alcool oxo de départ résulte de la réaction d'hydroformylation mentionnée ci-dessus, qui peut conduire aussi à la formation d'alcools linéaires. De plus, dans cette formule, la valeur indiquée pour p + q est celle relative à l'espèce majoritaire, les alcools oxo commerciaux étant en général des mélanges ou des coupes.
Si ces alcools ont déjà été utilisés en détergence (voir les documents EP 1 294 837 et US 4 280 919), ils n'ont encore jamais été mis en œuvre pour la synthèse d'un monomère associatif. Enfin, les alcools oxo sont bien connus pour présenter une biodégradabilité élevée (voir le document US 4 280 919 précité), ce qui constitue un des autres avantages de la présente invention.
Aussi, un premier objet de l'invention consiste en un monomère de formule (I) :
R - (AO)m - (BO)n - R'
m et n sont des entiers inférieurs à 150 dont au moins un est non nul,
A et B désignent des groupes alkyles différents l'un de l'autre, et ayant de 2 à
4 atomes de carbone, le groupement AO désignant préférentiellement l'oxyde d'éthylène et le groupement BO désignant préférentiellement l'oxyde de propylène,
R désigne une fonction insaturée polymérisable, préférentiellement méthacrylate, R' étant caractérisé en ce qu'il est constitué d'au moins un groupement de formule (II) :
CH3 - (CH2)p - CH(CH2)rCH3 - (CH2)q - où p et q désignent des entiers dont un au moins est non nul, avec 5 < p + q < 13, r est un entier compris entre 0 et 5, préférentiellement égal à 0.
Préférentiellement, ce monomère est caractérisé en ce que n = 0, AO désigne l'oxyde d'éthylène, et m est compris entre 20 et 40.
Un deuxième objet de la présente invention consiste en un polymère de type HASE, constitué : a) d'acide (méth)acrylique,
b) d'au moins un ester de l'acide (méth)acrylique,
c) d'au moins un monomère ayant la formule (I) précitée.
La Demanderesse précise que la fabrication de ces copolymères, est parfaitement connue de l'homme du métier, qui pourra se reporter à l'enseignement des documents cités auparavant dans l'arrière plan technologique de la présente invention. Sur l'influence de la quantité d'agent de transfert de chaîne mise en œuvre dans leur synthèse, qui fait aussi partie des objets revendiqués dans la présente Demande, toutes les précisions sont données ultérieurement.
Ce polymère est aussi caractérisé en ce qu'il est constitué, exprimé en % en poids de chacun de ses monomères : a) de 20 % à 50 %, préférentiellement de 35 % à 45 % d'acide (méth)acrylique, b) de 40 % à 70 %, préférentiellement de 45 % à 55 % d'au moins un ester de l'acide (méth)acrylique,
c) de 2 % à 20 %, préférentiellement de 3 % à 15 % d'au moins un monomère ayant la formule (I) précitée. Dans une variante préférentielle, ce polymère est caractérisé en ce que, pour le monomère de formule (I), on a n = 0, AO désigne l'oxyde d'éthylène, et m est compris entre 20 et 40. Un troisième objet de la présente invention consiste en un procédé de fabrication d'un polymère de type HASE, par mise en contact dans un milieu réactionnel entre : a) de l'acide (méth)acrylique,
b) au moins un ester de l'acide (méth)acrylique,
c) au moins un monomère ayant la formule (I) précitée, avec introduction éventuelle dans le milieu réactionnel, avant et/ou pendant et/ou après la mise en contact entre les constituant a), b) et c), d'au moins un agent de transfert de chaîne.
Dans une variante préférentielle, ledit procédé est caractérisé en ce que l'agent de transfert est mis en œuvre et en ce que sa masse introduite dans le milieu réactionnel est comprise entre 1 500 ppm et 4 000 ppm par rapport au poids total des constituants a), b) et c). De manière tout à fait inattendue, on améliore à la fois le caractère newtonien du profil rhéologique induit par le polymère dans l'eau, tout en maintenant une efficacité épaississante importante à haut gradient de cisaillement.
Dans une variante préférentielle, le procédé est caractérisé en ce que, pour le monomère de formule (I), on a n = 0, AO désigne l'oxyde d'éthylène, et m est compris entre 20 et 40.
Ce résultat est contraire à l'enseignement général que l'introduction d'un agent de transfert de chaîne va obligatoirement diminuer l'efficacité épaississante du polymère (voir notamment page 7 du document EP 0 013 836 Al). De manière plus précise, on sait aussi qu'un excès d'agent de transfert (au moins 0,1 % -1 000 ppm- en poids par rapport au poids total des monomères engagés) conduit à une amélioration des profils newtoniens et de manière concomitante à une perte de pouvoir épaississant sur toute la gamme de (« Tailoring HASE Rheology through Polymer Design », JCT Research, vol. 2, n° 6, Avril 2005, pp. 423-433). Ce procédé est aussi caractérisé en ce que le milieu réactionnel est constitué d'eau avec un autre solvant organique, préférentiellement uniquement constitué d'eau.
Ce procédé est aussi caractérisé en ce que l'agent de transfert de chaîne est choisi parmi le N-dodécyl mercaptan, le N-décyl mercaptan, l'octyl mercaptan, le l,8-dimercapto-3,6- dioxaoctane (DMDO, n° CAS : 14970-87-7), l'acide thiolactique.
Un quatrième objet de la présente invention consiste en l'utilisation d'un polymère de type HASE tel qu'explicité auparavant, comme agent épaississant dans une formulation aqueuse.
Un cinquième et dernier objet de la présente invention consiste en une formulation aqueuse contenant un polymère de type HASE tel qu'explicité auparavant, dont une formulation de peinture aqueuse.
EXEMPLES
Exemple 1 Cet essai illustre la mise en œuvre d'épaississants associatifs selon l'art antérieur (HASE) et selon l'invention, en vue d'épaissir un gel aqueux.
Pour chacun des essais n° 1 à 6, on introduit dans 215 grammes d'une solution aqueuse constituée de 40 grammes d'eau déionisée et 175 grammes d'un liant acrylique Neocryl XK 90 commercialisé par la société DSM™ une masse fixe égale à 10,7 grammes de l'épaississant à tester ainsi qu'environ 1 gramme d'une solution neutralisante d'hydroxyde d'ammonium à 28 %.
Essai n° 1
Cet essai illustre l'art antérieur et met en œuvre un épaississant associatif de type HASE commercialisé par la société COATEX™ sous le nom Rheotech™ 2100. Cet épaississant contient des alkylphénols.
Essai n° 2
Cet essai illustre l'art antérieur et met en œuvre un épaississant associatif de type HASE commercialisé par la société ROHM & HAAS™ sous le nom Acrysol™ RM5.
Essai n° 3
Cet essai illustre l'invention et met en œuvre un épaississant associatif de type HASE selon l'invention, qui est un polymère constitué de, en % en poids de chacun de ses monomères : a) 35,5 % d'acide méthacrylique,
b) 52,5 % d'acrylate d'éthyle,
c) 12,0 % d'un monomère de formule (I) dans laquelle m = 30, n = 0, AO désigne l'oxyde d'éthylène, R désigne la fonction méthacrylate, R' désigne le groupement de formule (II) avec p + q = 10, r = 0. Ce polymère a été obtenu par mise en contact dans un milieu réactionnel qui est l'eau, de l'ensemble des monomères précités et ce, en présence d'un agent de transfert de chaîne qui est le dodecyl mercaptan. Concrètement, dans un réacteur de 1 litre on pèse 409 grammes d'eau bi permutée et 5,6 grammes de dodecyl sulfate de sodium. On chauffe en pied de cuve à 82°C ± 2°C.
Pendant ce temps, on prépare une pré émulsion, en pesant dans un bêcher : - 116,8 grammes d'eau bi permutée,
1,96 gramme de dodecyl sulfate de sodium,
- 0,139 gramme de dodecyl mercaptan, soit 556 ppm de mercaptan par rapport à la masse de tous les monomères engagés
- 88,84 grammes d'acide méthacrylique,
- 131,1 grammes d'acrylate d'éthyle,
30,0 grammes de macromonomère
On pèse ensuite 0,8 gramme de persulfate d'ammonium dilué dans 6 grammes d'eau bi permutée pour le premier catalyseur, et 0,08 gramme de métabisulfite de sodium dilués dans 4 grammes d'eau bi permutée pour le second catalyseur. Lorsque le pied de cuve est à température, on ajoute les 2 catalyseurs et on effectue la polymérisation pendant 2 heures à 84°C ± 2°C, avec ajout en parallèle de la pré émulsion. On rince la pompe avec 20 grammes d'eau bi permutée et on cuit 1 heure à 84°C ± 2°C. On refroidit enfin à température ambiante et on filtre.
Essai n° 4
Cet essai illustre l'invention et met en œuvre un épaississant associatif de type HASE selon l'invention, qui est un polymère constitué de, en % en poids de chacun de ses monomères : a) 35,5 % d'acide méthacrylique,
b) 52,5 % d'acrylate d'éthyle,
c) 12,0 % d'un monomère de formule (I) dans laquelle m = 25, n = 0, AO désigne l'oxyde d'éthylène, R désigne la fonction méthacrylate, R' désigne le groupement de formule (II) avec p + q = 10, r = 0.
Ce monomère a été obtenu par éthoxylation du produit commercial Liai 123, puis rendu polymérisable par fonctionnalisation à l'aide d'un groupement méthacrylate. L' éthoxylation est réalisée par des méthodes bien connues de l'homme du métier. Il en est de même pour la fonctionnalisation.
Ce polymère a été obtenu par mise en contact dans un milieu réactionnel qui est l'eau, de l'ensemble des monomères précités et ce, en présence de 560 ppm d'un agent de transfert de chaîne qui est le dodecyl mercaptan.
Sa synthèse a été réalisée comme indiqué au niveau de l'essai n° 3.
Essai n° 5
Cet essai illustre l'invention et met en œuvre un épaississant associatif de type HASE selon l'invention, qui est un polymère constitué de, en % en poids de chacun de ses monomères : a) 35,5 % d'acide méthacrylique,
b) 52,5 % d'acrylate d'éthyle,
c) 12,0 % d'un monomère de formule (I) dans laquelle m = 25, n = 0, AO désigne l'oxyde d'éthylène, R désigne la fonction méthacrylate, R' désigne le groupement de formule (II) avec p + q = 10, r = 0.
Ce monomère a été obtenu par éthoxylation du produit commercial Liai 123, puis rendu polymérisable par fonctionnalisation à l'aide d'un groupement méthacrylate. L' éthoxylation est réalisée par des méthodes bien connues de l'homme du métier. Il en est de même pour la fonctionnalisation.
Ce polymère a été obtenu par mise en contact dans un milieu réactionnel qui est l'eau, de l'ensemble des monomères précités et ce, en présence de 560 ppm d'un agent de transfert de chaîne qui est le dodecyl mercaptan.
Sa synthèse a été réalisée comme indiqué au niveau de l'essai n° 3.
Essai n° 6 Cet essai illustre l'invention et met en œuvre un épaississant associatif de type HASE selon l'invention, qui est un polymère constitué de, en % en poids de chacun de ses monomères : a) 34,0 % d'acide méthacrylique,
b) 51 ,0 % d'acrylate d'éthyle,
c) 15,0 % d'un monomère de formule (I) dans laquelle m = 25, n = 0, AO désigne l'oxyde d'éthylène, R désigne la fonction méthacrylate, R' désigne le groupement de formule (II) avec p + q = 10, r = 0.
Ce monomère a été obtenu par éthoxylation du produit commercial Liai 123, puis rendu polymérisable par fonctionnalisation à l'aide d'un groupement méthacrylate.
L' éthoxylation est réalisée par des méthodes bien connues de l'homme du métier. Il en est de même pour la fonctionnalisation.
Ce polymère a été obtenu par mise en contact dans un milieu réactionnel qui est l'eau, de l'ensemble des monomères précités et ce, en présence de 560 ppm d'un agent de transfert de chaîne qui est le dodecyl mercaptan.
Sa synthèse a été réalisée comme indiqué au niveau de l'essai n° 3. Les viscosités Brookfield™ à 10 et 100 tours par minute (Brook 10T, Brook 100T en mPa.s), Stormer™ (en KU) et ICI™, de même que le rapport entre la viscosité Brookfield™ à 10 tours / minute et la viscosité ICI™ ont été reportés dans le tableau 1.
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Tableau 1
Ces résultats démontrent que les polymères HASE de l'invention permettent d'obtenir un profil newtonien plus marqué qu'avec le polymère HASE de l'art antérieur référencé RM 5 et ce, avec une efficacité épaississante bien plus importante à haut gradient de cisaillement.
Au niveau du caractère newtonien, la performance du produit Rheotech™ 2100 contenant des alkyl phénols est au moins égalée, et elle est largement améliorée dans le cadre de la viscosité ICI.
Exemple 2 Cet essai illustre la mise en œuvre d'épaississants associatifs selon l'invention, en vue d'épaissir un gel aqueux. Il illustre notamment l'influence de la quantité d'agent de transfert de chaîne mise en œuvre pendant la synthèse dudit épaississant.
Pour chacun des essais n° 7 à 12, on introduit dans 215 grammes d'une solution aqueuse constituée de 40 grammes d'eau déionisée et 175 grammes d'un liant acrylique Neocryl XK 90 commercialisé par la société DSM™ une masse fixe égale à 10,7 grammes de l'épaississant à tester ainsi qu'environ 1 gramme d'une solution neutralisante d'hydroxyde d'ammonium à 28 %.
Essai n° 7
Cet essai illustre l'art antérieur et met en œuvre un épaississant associatif de type HEUR commercialisé par la société COATEX™ sous le nom Coapur™ 2025.
Essai n° 8
Cet essai illustre l'invention et met en œuvre un épaississant associatif de type HASE selon l'invention, qui est un polymère constitué de, en % en poids de chacun de ses monomères : a) 35,5 % d'acide méthacrylique,
b) 52,5 % d'acrylate d'éthyle,
c) 12,0 % d'un monomère de formule (I) dans laquelle m = 25, n = 0, AO désigne l'oxyde d'éthylène, R désigne la fonction méthacrylate, R' désigne le groupement de formule (II) avec p + = 10, r = 0. Ce monomère a été obtenu par éthoxylation du produit commercial Liai™ 123, puis rendu polymérisable par fonctionnalisation à l'aide d'un groupement méthacrylate. L' éthoxylation est réalisée par des méthodes bien connues de l'homme du métier. Il en est de même pour la fonctionnalisation.
Ce polymère a été obtenu par mise en contact dans un milieu réactionnel qui est l'eau, de l'ensemble des monomères précités et ce, en présence de 1392 ppm d'un agent de transfert de chaîne qui est le dodecyl mercaptan.
Sa synthèse a été réalisée comme indiqué au niveau de l'essai n° 3. Essai n° 9
Cet essai illustre l'invention et met en œuvre un épaississant associatif de type HASE selon l'invention, qui est le même polymère que celui mis en œuvre dans l'essai n° 8. Ce polymère a été obtenu par mise en contact dans un milieu réactionnel qui est l'eau, de l'ensemble des monomères précités et ce, en présence de 1944 ppm d'un agent de transfert de chaîne qui est le dodecyl mercaptan.
Sa synthèse a été réalisée comme indiqué au niveau de l'essai n° 3.
Essai n° 10
Cet essai illustre l'invention et met en œuvre un épaississant associatif de type HASE selon l'invention, qui est le même polymère que celui mis en œuvre dans l'essai n° 8.
Ce polymère a été obtenu par mise en contact dans un milieu réactionnel qui est l'eau, de l'ensemble des monomères précités et ce, en présence de 2840 ppm d'un agent de transfert de chaîne qui est le dodecyl mercaptan.
Sa synthèse a été réalisée comme indiqué au niveau de l'essai n° 3.
Essai n° 11
Cet essai illustre l'invention et met en œuvre un épaississant associatif de type HASE selon l'invention, qui est le même polymère que celui mis en œuvre dans l'essai n° 8. Ce polymère a été obtenu par mise en contact dans un milieu réactionnel qui est l'eau, de l'ensemble des monomères précités et ce, en présence de 4160 ppm d'un agent de transfert de chaîne qui est le dodecyl mercaptan.
Sa synthèse a été réalisée comme indiqué au niveau de l'essai n° 3. Essai n° 12
Cet essai illustre l'invention et met en œuvre un épaississant associatif de type HASE selon l'invention, qui est le même polymère que celui mis en œuvre dans l'essai n° 8. Ce polymère a été obtenu par mise en contact dans un milieu réactionnel qui est l'eau, de l'ensemble des monomères précités et ce, en présence de 5600 ppm d'un agent de transfert de chaîne qui est le dodecyl mercaptan.
Sa synthèse a été réalisée comme indiqué au niveau de l'essai n° 3.
Les viscosités Brookfield™ à 10 et 100 tours par minute, Stormer™ et ICI™, de même que le rapport entre la viscosité Brookfield™ à 10 tours par minute et la viscosité ICI™ ont été reportés dans le tableau 2.
Figure imgf000018_0001
Tableau 2
Outre le fait que ce tableau continue à démontrer la capacité des polymères selon l'invention à épaissir un gel aqueux sur une large gamme de gradients de cisaillement, il illustre aussi l'influence du taux d'agent de transfert de chaîne sur la rhéologie de ce gel. La valeur du rapport viscosité Brookfield à 10 tours par minute / viscosité ICI est largement diminuée lorsque ce taux augmente : on se rapproche d'un comportement très newtonien.
On obtient un compromis optimal entre ce rapport et le maintien de la viscosité ICI à un niveau élevé, pour les essais 9 et 10 qui illustrent la variante préférentielle de l'invention.
Selon cette variante, on améliore les résultats de l'épaississant HEUR de l'art antérieur au niveau du comportement newtonien, mais surtout de la performance épaississante à haut gradient de cisaillement. Exemple 3
Essai n° 13
Cet essai illustre l'invention, ne met pas en œuvre d'agent de transfert de chaîne, et concerne une émulsion aqueuse d'un polymère constitué de, en % en poids de chacun de ses monomères : a) 35,5 % d'acide méthacrylique,
b) 52,5 % d'acrylate d'éthyle,
c) 12,0 % d'un monomère de formule (I) dans laquelle m = 30, n = 0, AO désigne l'oxyde d'éthylène, R désigne la fonction méthacrylate, R' désigne le groupement de formule (II) avec p + q = 9, r = 0 (désigné sous le terme oxo C12OE3o).
Ce polymère a été obtenu par mise en contact dans un milieu réactionnel qui est l'eau, de l'ensemble des monomères précités. Sa synthèse correspond à celle décrite dans les essais n° 14 à 19, mais sans mise en œuvre d'agent de transfert de chaîne.
Essai n° 14 à 19
Ces essais illustrent l'invention, et mettent en œuvre une dose croissante d'un agent de transfert de chaîne qui est le dodecyl mercaptan (variante préférée du procédé de fabrication selon la présente invention), et concernent des émulsions aqueuses d'un polymère constitué de, en % en poids de chacun de ses monomères : a) 35,5 % d'acide méthacrylique,
b) 52,5 % d'acrylate d'éthyle,
c) 12,0 % d'un monomère de formule (I) dans laquelle m = 30, n = 0, AO désigne l'oxyde d'éthylène, R désigne la fonction méthacrylate, R' désigne le groupement de formule (II) avec p + q = 9, r = 0 (désigné sous le terme oxo Ci2OE3o). Ce polymère a été obtenu par mise en contact dans un milieu réactionnel qui est l'eau, de l'ensemble des monomères précités et ce, en présence d'une certaine quantité d'agent de transfert de chaîne qui est le dodecyl mercaptan. Concrètement, pour la synthèse du polymère en présence de 560 ppm de mercaptan (essai n° 14), on commence par peser dans un réacteur de 1 litre 409 grammes d'eau bi permutée et 5,6 grammes de dodecyl sulfate de sodium. On chauffe en pied de cuve à 82°C ± 2°C.
Pendant ce temps, on prépare une pré émulsion, en pesant dans un bêcher :
116,8 grammes d'eau bi permutée,
1,96 gramme de dodecyl sulfate de sodium,
- 0,139 gramme de dodecyl mercaptan, soit 556 ppm de mercaptan par rapport à la masse de tous les monomères engagés,
88,84 grammes d'acide méthacrylique,
131,1 grammes d'acrylate d'éthyle,
- 30,0 grammes de macromonomère.
On pèse ensuite 0,8 gramme de persulfate d'ammonium dilué dans 6 grammes d'eau bi permutée pour le premier catalyseur, et 0,08 gramme de métabisulfite de sodium dilué dans 4 grammes d'eau bi permutée pour le second catalyseur. Lorsque le pied de cuve est à température, on ajoute les 2 catalyseurs et on effectue la polymérisation pendant 2 heures à 84°C ± 2°C, avec ajout en parallèle de la pré émulsion. On rince la pompe avec 20 grammes d'eau bi permutée et on cuit 1 heure à 84°C ± 2°C. On refroidit enfin à température ambiante et on filtre.
Les synthèses correspondant aux essais n° 15 à 19 sont réalisées de manière similaire, en ajustant la dose de mercaptan.
Observations
On constate que seuls les essais mettant à la fois en oeuvre le monomère particulier à base d'alcools oxo et l'agent de transfert de chaîne, conduisent à des valeurs de viscosité Brookfield™ faibles, même à un extrait sec de 25 % (tableau 4).
De plus, chacune de ces émulsions totalement préneutralisée, permet d'épaissir efficacement la solution de liant acrylique (tableau 5). Les meilleurs résultats sont notamment obtenus selon les émulsions des essais n° 17 et 18 qui, tout en ayant un viscosité Brookfield™ à 10 tours par minute inférieure à 20 000 mPa.s pour un extrait sec cependant égal à 25 %, conduisent néanmoins à un épaississement important, quel que soit le gradient de cisaillement.
On dispose donc d'émulsions préneutralisées de type HASE, stables et manipulables pour un extrait sec ayant un intérêt commercial, dénuées de nonyl phénols, et pouvant épaissir avantageusement un latex en solution aqueuse.
Essai n° 20
Cet essai illustre l'invention. Il met notamment en œuvre un monomère associatif différent de celui utilisé précédemment (lien méthacryl-uréthanne).
Il met en œuvre une certaine quantité d'un agent de transfert de chaîne qui est le dodecyl mercaptan, et concerne une émulsion aqueuse d'un polymère constitué de, en % en poids de chacun de ses monomères :
a) 35,5 % d'acide méthacrylique,
b) 52,5 % d'acrylate d'éthyle,
c) 12,0 % d'un monomère de formule (I) dans laquelle m = 30, n = 0, AO désigne l'oxyde d'éthylène, R désigne la fonction méthacryl-uréthanne, R' désigne le groupement de formule (II) avec p + q = 9, r = 0 (désigné sous le terme oxo C12OE30). Ce polymère a été obtenu par mise en contact dans un milieu réactionnel qui est l'eau, de l'ensemble des monomères précités, selon la même procédure que décrite précédemment.
Essais n° 21 et 22
Cet essai illustre l'invention. Il met notamment en œuvre un monomère associatif différent de celui utilisé dans les essais précédents (similaire à celui utilisé dans les essais n° 14 à 19, mais oxyéthylé 25 fois, le % du monomère associatif étant ici de 10 et 15 %).
Ils mettent en œuvre une certaine quantité d'un agent de transfert de chaîne qui est le dodecyl mercaptan, et concerne une émulsion aqueuse d'un polymère constitué de, en % en poids de chacun de ses monomères : a) 33,5 % et 37,5 % d'acide méthacrylique (essais 9 et 10),
b) 52,5 % d'acrylate d'éthyle, c) 10,0 % et 15,0 % d'un monomère de formule (I) dans laquelle (essais n° 21 et 22) m = 25, n = 0, AO désigne l'oxyde d'éthylène, R désigne la fonction méthacrylate, R' désigne le groupement de formule (II) avec p + q = 9, r = 0 (désigné sous le terme oxo C12OE25).
Ce polymère a été obtenu par mise en contact dans un milieu réactionnel qui est l'eau, de l'ensemble des monomères précités, selon la même procédure que décrite précédemment.
Observations
Les résultats selon les essais 20 à 22 corroborent ceux obtenus selon les tests n° 14 à 19. On observe des valeurs de viscosité Brookfield™ faibles.
On dispose donc d'émulsions préneutralisées de type HASE, stables et manipulables pour un extrait sec ayant un intérêt commercial, dénuées de nonyl phénols, et pouvant épaissir avantageusement un latex en solution aqueuse.
Essais n° 23 à 27
Ces essais illustrent des domaines hors invention. Ils mettent notamment en œuvre un monomère associatif différent de celui utilisé dans les essais précédents, et exempt de nonylphénols. Ils mettent (essais 25 à 27) ou non (essais 23 et 24) en œuvre 2 110 ppm d'un agent de transfert de chaîne qui est le dodecyl mercaptan.
Ils concernent une émulsion aqueuse d'un polymère constitué de, en % en poids de chacun de ses monomères : a) 35,5 % d'acide méthacrylique,
b) 52,5 % d'acrylate d'éthyle,
c) 12,5 % d'un monomère qui est : un monomère de formule (I) dans laquelle m = 36, n = 0, AO désigne l'oxyde d'éthylène, R désigne la fonction méthacrylate, R' désigne le 2-hexyl 1-dodécanyle pour l'essai n° 23 (désigné sous le terme iso C20OE36) ; un monomère de formule (I) dans laquelle m = 25, n = 0, AO désigne l'oxyde d'éthylène, R désigne la fonction méthacrylate, R' désigne un groupe alkyle linéaire ayant 12 atomes de carbone pour l'essai n° 24 (désigné sous le terme C12OE25) ; le même monomère que celui selon l'essai n° 23 pour l'essai n° 25 ; un monomère de formule (I) dans laquelle m = 23, n = 0, AO désigne l'oxyde d'éthylène, R désigne la fonction méthacrylate, R' désigne un groupe alkyle linéaire ayant 12 atomes de carbone pour l'essai n° 26 ;
le même monomère que celui selon l'essai n° 26 pour l'essai n° 27 ; cet essai particulier met en œuvre 5 600 ppm de mercaptan.
Ces polymères ont été obtenus par mise en contact dans un milieu réactionnel qui est l'eau, de l'ensemble des monomères précités, selon la même procédure que décrite précédemment.
Observations
On constate selon les essais n° 23 à 27 que le choix d'un monomère hors invention, ou le choix de ne pas utiliser d'agent de transfert de chaîne, conduit à des viscosités Brookfield™ à 10 tours par minute qui s'élèvent très rapidement, en fonction de l'extrait sec. Aucune de ces émulsions ne se prête donc à une pré neutralisation, sous peine d'être trop visqueuse.
Par comparaison entre les essais n° 19 et 27 qui mettent en œuvre la plus grande quantité d'agent de transfert de chaîne (5 600 ppm), on constate les biens meilleurs résultats obtenus avec Pémulsion selon l'invention en termes de rhéologie en l'état.
Les essais n° 23 à 27 ne conduisant pas à des émulsions préneutralisées et manipulables en l'état à un extrait sec de 20 %, elles n'ont pas pu être testées sur le liant acrylique.
Essai n° 28
Cet essai illustre un domaine hors invention et met en œuvre une émulsion d'un polymère HASE commercialisée par la société COATEX™ sous le nom Rheotech™ 2100, qui contient des nonylphénols.
Observations On observe des valeurs de viscosité Brookfïeld™ à 10 tours par minute très faibles, même à 25 % d'extrait sec, ainsi qu'un pouvoir épaississant marqué sur le liant latex, quel que soit le gradient de cisaillement.
Néanmoins, cette émulsion contient des nonylphénols.
Essais n° 29 et 30
Ces essais illustrent un domaine hors invention et mettent en œuvre une émulsion d'un polymère HASE commercialisée sous les noms Acrysol™ TT 615 et Acrysol™ TT 935 par la société ROHM & HAAS™, qui ne contiennent pas le monomère particulier de la présente invention.
Observations
Aucune de ces émulsions ne donne satisfaction en terme de viscosité en l'état, les valeurs de la viscosité Brookfïeld™ à 10 tours par minute étant extrêmement élevées, même à un extrait sec de 10 %. Elles n'ont pas été testées sur le liant acrylique.
Dose agent de transfert
Monomère
Essai n° IN/HI (ppm / masse totale des associatif
monomères)
13 IN oxo C12OE30 0
14 IN oxo C12OE30 560
15 IN oxo C12OE30 1 390
16 IN oxo Ci2OE30 1 800
17 IN oxo C12OE30 2 840
18 IN oxo C12OE30 4 150
19 IN oxo C12OE30 5 600 maeg TDI
20 IN 1 390
oxo C12OE30
oxo C12OE25
21 IN 2 840
(10 % monomère)
oxo C12OE25
22 IN 2 840
(15 % monomère)
23 HI iso C20OE36 0
24 HI C22OE25 0
25 HI iso Ci6OE25 2 110
26 HI C12OE23 2 110
27 HI Ci2OE23 5 600
Tableau 3
IN = invention
HI = hors invention
Figure imgf000026_0001
Tableau 4 Essai n° IN/HI BklO BklOO Stormer ICI
14 IN 5 480 2 540 102 2,4
15 IN 2 320 1 360 87 2
16 IN 1 360 900 77 2
17 IN 1 320 840 75 1,8
18 IN 880 610 68 1,5
19 IN 760 530 66 1,3
Tableau 5 A la lumière de ce dernier tableau, on constate que les émulsions selon l'invention permettent au formulateur d'obtenir une palette de comportements rhéologiques très variés.
Exemple 4
Cet essai illustre la mise en œuvre d'épaississants associatifs selon l'art antérieur (HASE) et selon l'invention, en vue d'épaissir un gel aqueux.
Pour chacun des essais n° 31 à 33, on introduit dans 215 grammes d'une solution aqueuse constituée de 40 grammes d'eau déionisée et 175 grammes d'un liant acrylique Neocryl XK 90 commercialisé par la société DSM™ une masse fixe égale à 10,7 grammes de l'épaississant à tester ainsi qu'environ 1 gramme d'une solution neutralisante d'hydroxyde d'ammonium à 28 %. Ce protocole est identique à celui décrit pour l'exemple n° 1.
Essai n° 31 à 33
Ces essais illustrent l'invention, et mettent en œuvre une dose croissante d'un agent de transfert de chaîne qui est le dodecyl mercaptan (variante préférée du procédé de fabrication selon la présente invention), et concernent des émulsions aqueuses d'un polymère constitué de, en % en poids de chacun de ses monomères : a) 35,5 % d'acide méthacrylique,
b) 52,5 % d'acrylate d'éthyle, c) 12,0 % d'un monomère de formule (I) dans laquelle AO désigne l'oxyde d'éthylène et BO l'oxyde de propylène, R désigne la fonction méthacrylate, R' désigne le groupement de formule (II) avec p + q = 9, r = 0 (désigné sous le terme oxo C12OE3o), avec
m = 50, n = 0 pour l'essai n° 31
m = 40, n = 10 pour l'essai n° 32
m = 15, n = 0 pour l'essai n° 33
Ces polymères ont été obtenus par mise en contact dans un milieu réactionnel qui est l'eau, de l'ensemble des monomères précités et ce, en présence de 560 ppm de dodecyl mercaptan. Par rapport à l'essai n° 14, on fait donc ici varier le nombre de motifs d'oxyde d'éthylène et de propylène.
Les viscosités Brookfield™ à 10 et 100 tours par minute (Brook 10T, Brook 100T en mPa.s), Stormer™ (en KU) et ICI™, de même que le rapport entre la viscosité Brookfield™ à 10 tours / minute et la viscosité ICI™ ont été reportés dans le tableau 6.
Figure imgf000028_0001
Tableau 6
Ces résultats démontrent que les polymères HASE de l'invention permettent d'obtenir un profil newtonien plus marqué qu'avec le polymère HASE de l'art antérieur référencé RM 5 et ce, avec une efficacité épaississante bien plus importante à haut gradient de cisaillement.
Au niveau du caractère newtonien, la performance du produit Rheotech™ 2100 contenant des alkyl phénols est au moins égalée, et elle est largement améliorée dans le cadre de la viscosité ICI.
Exemple 5 Cet essai illustre la mise en œuvre d'épaississants associatifs selon l'art antérieur (HASE) et selon l'invention, en vue d'épaissir un gel aqueux.
Pour chacun des essais n° 34 à 36, on introduit dans 215 grammes d'une solution aqueuse constituée de 40 grammes d'eau déionisée et 175 grammes d'un liant acrylique Neocryl XK 90 commercialisé par la société DSM™ une masse fixe égale à 10,7 grammes de l'épaississant à tester ainsi qu'environ 1 gramme d'une solution neutralisante d'hydroxyde d'ammonium à 28 %. Ce protocole est identique à celui décrit pour l'exemple n° 1.
Essai n° 34 à 36
Ces essais illustrent l'invention, et mettent en oeuvre une dose croissante d'un agent de transfert de chaîne qui est le dodecyl mercaptan (variante préférée du procédé de fabrication selon la présente invention), et concernent des émulsions aqueuses d'un polymère constitué de, en % en poids de chacun de ses monomères : a) 38 %, 36 % et 33 % d'acide méthacrylique, respectivement pour les essais n° 34,
35 et 36
b) 57 %, 56 %, 54 %, % d'acrylate d'éthyle, respectivement pour les essais n° 34, 35 et 36
c) 5 %, 8 %, 15 % respectivement pour les essais n° 34, 35 et 36 d'un monomère de formule (I) dans laquelle AO désigne l'oxyde d'éthylène, m = 30, n = 0, R désigne la fonction méthacrylate, R' désigne le groupement de formule (II) avec p + q = 9, r = 0 (désigné sous le terme oxo C12OE3o). Ces polymères ont été obtenus par mise en contact dans un milieu réactionnel qui est l'eau, de l'ensemble des monomères précités et ce, en présence de 560 ppm de dodecyl mercaptan. Par rapport à l'essai n° 14, on fait donc ici varier les ratios monomériques. Les viscosités Brookfield™ à 10 et 100 tours par minute (Brook 10T, Brook 100T en mPa.s), Stormer™ (en KU) et ICI™, de même que le rapport entre la viscosité Brookfield™ à 10 tours / minute et la viscosité ICI™ ont été reportés dans le tableau 7.
Figure imgf000030_0001
Tableau 7
Ces résultats démontrent que les polymères HASE de l'invention permettent d'obtenir un profil newtonien plus marqué qu'avec le polymère HASE de l'art antérieur référencé RM 5 et ce, avec une efficacité épaississante bien plus importante à haut gradient de cisaillement.
Au niveau du caractère newtonien, la performance du produit Rheotech™ 2100 contenant des alkyl phénols est au moins égalée, et elle est largement améliorée dans le cadre de la viscosité ICI.

Claims

REVENDICATIONS
1 - Monomère de formule (I) :
R - (AO)m - (BO)n - R' ou
- m et n sont des entiers inférieurs à 150 dont au moins un est non nul,
A et B désignent des groupes alkyles différents l'un de l'autre, et ayant de 2 à 4 atomes de carbone, le groupement AO désignant préférentiellement l'oxyde d'éthylène et le groupement BO désignant préférentiellement l'oxyde de propylène,
R désigne une fonction insaturée polymérisable, préférentiellement méthacrylate,
- R' étant caractérisé en ce qu'il est constitué d'au moins un groupement de formule (II) : CH3 - (CH2)P - CH(CH2)rCH3 - (CH2)q - où p et q désignent des entiers dont un au moins est non nul, avec 5 < p + q < 13, r est un entier égal à 0. 2 - Monomère selon la revendication 1, caractérisé en ce que n = 0, AO désigne l'oxyde d'éthylène, et m est compris entre 20 et 40.
3 - Polymère de type HASE, constitué : a) d'acide (méth)acrylique,
b) d'au moins un ester de l'acide (méth)acrylique,
c) d'au moins un monomère de formule (I),
R - (AO)m - (BO)n - R' où :
m et n sont des entiers inférieurs à 150 dont au moins un est non nul,
A et B désignent des groupes alkyles différents l'un de l'autre, et ayant de 2 à 4 atomes de carbone, le groupement AO désignant préférentiellement l'oxyde d'éthylène et le groupement BO désignant préférentiellement l'oxyde de propylène,
R désigne une fonction insaturée polymérisable, préférentiellement méthacrylate,
R' étant caractérisé en ce qu'il est constitué d'au moins un groupement de formule (II) :
- (CH2)P - CH(CH2)rCH3 - (CH2)q où p et q désignent des entiers dont un au moins est non nul, avec 5 < p + q < 13, r est un entier égal à 0.
4 - Polymère selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il est constitué, exprimé en % en poids de chacun de ses monomères : a) de 20 % à 50 %, préférentiellement de 35 % à 45 % d'acide (méth)acrylique, b) de 40 % à 70 %, préférentiellement de 45 % à 55 % d'au moins un ester de l'acide (méth)acrylique,
c) de 2 % à 20 %, préférentiellement de 3 % à 15 % d'au moins un monomère de formule (I).
5 - Polymère selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que, pour le monomère de formule (I), on a n = 0, AO désigne l'oxyde d'éthylène, et m est compris entre 20 et 40.
6 - Procédé de fabrication d'un polymère de type HASE, par mise en contact dans un milieu réactionnel entre : a) de l'acide (méth)acrylique,
b) au moins un ester de l'acide (méth)acrylique, c) au moins un monomère de formule (I),
R - (AO)m - (BO)„- R' où :
- m et n sont des entiers inférieurs à 150 dont au moins un est non nul,
- A et B désignent des groupes alkyles différents l'un de l'autre, et ayant de 2 à 4 atomes de carbone, le groupement AO désignant préférentiellement l'oxyde d'éthylène et le groupement BO désignant préférentiellement l'oxyde de propylène,
R désigne une fonction insaturée polymérisable, préférentiellement méthacrylate,
- R' étant caractérisé en ce qu'il est constitué d'au moins un groupement de formule (II) :
CH3 - (CH2)P - CH(CH2)rCH3 - (CH2)q - (H) où p et q désignent des entiers dont un au moins est non nul, avec 5 < p + q < 13, r est un entier égal à 0, avec introduction éventuelle dans le milieu réactionnel, avant et/ou pendant et/ou après la mise en contact entre les constituant a), b) et c), d'au moins un agent de transfert de chaîne.
7 - Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'agent de transfert est mis en œuvre et en ce que sa masse introduite dans le milieu réactionnel est comprise entre 1 500 ppm et 4 000 ppm par rapport au poids total des constituants a), b) et c). 8 - Procédé selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que, pour le monomère de formule (I), on a n = 0, AO désigne l'oxyde d'éthylène, et m est compris entre 20 et 40. 9 - Procédé selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que le milieu réactionnel est constitué d'eau avec un autre solvant organique, préférentiellement uniquement constitué d'eau. 10 - Procédé selon l'une des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que l'agent de transfert de chaîne est choisi parmi N-dodécyl mercaptan, le N-décyl mercaptan, l'octyl mercaptan, le l,8-dimercapto-3,6-dioxaoctane (DMDO, n° CAS : 14970-87-7), l'acide thiolactique. 11 - Utilisation d'un polymère de type HASE selon l'une des revendications 3 à 5, comme agent épaississant dans une formulation aqueuse.
12 - Formulation aqueuse contenant un polymère de type HASE selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisée en ce qu'elle est une peinture aqueuse.
PCT/IB2011/000327 2010-02-26 2011-02-17 Monomere associatif a base d'alcools oxo, polymere acrylique contenant ce monomere, utilisation dudit polymere comme epaississant dans une formulation aqueuse, formulation obtenue WO2011104599A1 (fr)

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