WO2012084692A1 - Polymère comportant une fonction hydrolysable utile comme fluidifiant - Google Patents

Polymère comportant une fonction hydrolysable utile comme fluidifiant Download PDF

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WO2012084692A1
WO2012084692A1 PCT/EP2011/072954 EP2011072954W WO2012084692A1 WO 2012084692 A1 WO2012084692 A1 WO 2012084692A1 EP 2011072954 W EP2011072954 W EP 2011072954W WO 2012084692 A1 WO2012084692 A1 WO 2012084692A1
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polymer
group
integer
hydraulic composition
cation
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PCT/EP2011/072954
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Mathias Agnely
Pascal Boustingorry
Kamel CHOUGRANI
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Chryso
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Definitions

  • Polymer having a hydrolysable function useful as a fluidizer having a hydrolysable function useful as a fluidizer
  • the present invention relates to a polymer, its method of preparation and its uses as a fluidizer in hydraulic compositions.
  • the hydraulic compositions are compositions comprising a hydraulic binder.
  • a hydraulic binder is a binder that forms and hardens by chemical reaction with water.
  • hydraulic binders may be mentioned the compositions of plasters, sulphates and calcium aluminates, lime and cement. Mortars and concretes, especially prefabricated concretes and ready-mix concretes, are of particular importance. These materials may be intended in particular for building, civil engineering works or prefabrication.
  • fluidizers also called plasticizers or superplasticizers
  • hydraulic binders which make it possible to fluidify the hydraulic composition and thus to reduce the water content of the hydraulic binder paste.
  • the hydraulic binder paste has, after hardening, a denser structure. This results in a higher mechanical strength.
  • PCP Polyoxyalkylene polycarboxylates
  • Fluidifiers with a structure evolving over time in fresh concrete have been developed. These fluidifiers are comb polymers whose side chains contain ester functions, which are hydrolysed under the basic conditions prevailing in the hydraulic compositions, releasing carboxylate functions over time. These carboxylate functions are capable of being adsorbed on the grains of hydraulic binder, in particular of cement, which induces a repulsion between the grains and thus makes it possible to maintain a good fluidity of the composition over time.
  • Such fluidifiers are in particular described in US 2002/0007019 (Schober et al.), WO 2004/099099 (Nippon Shokubai) and EP 0 846 090 (Kao corporation). [Technical problem]
  • One of the objectives of the invention is to provide compounds that are useful as fluidizers for improving the fluidity maintenance of hydraulic compositions over time more effectively than the prior art fluidifiers.
  • the invention relates to a polymer comprising a main chain comprising units of formulas (A):
  • X represents O or NH
  • q represents an integer of 0 to 5
  • Y represents a group - [(CH 2 ) n - (CO) -O] m -H or a group - [- O- (CO) - (CH 2 ) n ] m -OH, where n is an integer ranging from 1 to 6 and m is an integer ranging from 1 to 5 with the proviso that when Y is - [- O- (CO) - (CH 2 ) n ] m -OH, q is other than 0,
  • R 7 0 represents a group (R 7 0) z R 8 , with:
  • R 7 represents a C 2 -C 3 alkylene group
  • R 8 represents H, an optionally substituted alkyl, an optionally substituted CC 12 cycloalkyl or aryl, and
  • the polymer according to the invention comprises side chains comprising R 2 groups.
  • Each group R 2 can be linked to the main chain of the polymer by:
  • the polymer may for example comprise vinyl groups carrying R 2 groups ),
  • the polymer may for example comprise allylic groups bearing an R 2 group
  • the polymer may for example comprise (alkyl) acrylate groups carrying R 2 groups ).
  • R 2 groups are linked to the main chain of the polymer by ester functions, and the polymer typically comprises units of the following formulas (A) and (B):
  • X represents O or NH
  • q represents an integer of 0 to 5
  • Y represents a group - [(CH 2 ) n - (CO) -O] m -H or a group - [- O- (CO) - (CH 2 ) n ] m -OH, where n is an integer ranging from 1 to 6 and m is an integer from 1 to 5, with the proviso that when Y is - [- O- (CO) - (CH 2 ) n ] m -OH, q is other than 0,
  • R 7 0 represents a group (R 7 0) z R 8 , with:
  • R 7 represents a C 2 -C 3 alkylene group
  • R 8 represents H, optionally substituted C 1 -C 2 alkyl, cycloalkyl or aryl, and
  • z represents an integer of 1 to 250
  • R 10 - R 10 , Ru and R 12 independently represent a group selected from H, alkyl, -COO-alkyl, COOR 2 and COO (M) 1 / c where M represents a cation and c is an integer representing the valence of the cation M .
  • the hydraulic compositions comprising the abovementioned polymers have a good maintenance of fluidity over time, generally up to one hour, or even more than two hours, after mixing the components of the hydraulic composition. It is considered that the fluidity is maintained when the spreading value of the composition has decreased by less than 50%, especially less than 30%, preferably less than 10% from its initial value, just after preparation of the hydraulic composition. .
  • the polymer according to the invention has a structure evolving over time when it is added in the hydraulic compositions. Indeed, the units of formula (A) are hydrolyzed slowly under the basic conditions prevailing in the hydraulic compositions, thus releasing carboxylate functions. These carboxylate functions are capable of being adsorbed on the grains of hydraulic binder, which is supposed to contribute to maintaining a good fluidity of the hydraulic composition over time. It is called "hydrolysable pattern" from a “hydrolyzable monomer”.
  • the polymer may contain one or more units from monomers selected from the following monomers:
  • ionic or ionizable monomer of the phosphonic, sulphonic or carboxylic type examples include phosphonic monomers are phosphoethyl methacrylate or monomethacrylates of polyethylene glycol phosphate esters, such as the monomers of the Sipomer PAM range marketed by Rhodia. Vinyl sulphonic acid and its salts, styrene sulphonic acid and its salts, 2-acrylamido-2-methylpropanesulphonic acid and its salts, allyoxyhydroxypropylsulphonic acid and its salts and methallylsulphonic acid and its salts may be used as sulfonic monomers.
  • Examples of carboxylic monomers are acrylic acid, methacrylic acid, maleic acid, fumaric acid, itaconic acid and crotonic acid.
  • PEG polyethylene glycol
  • polyalkylene glycol (meth) acrylate especially polyethylene glycol (PEG), the PEG acrylate monomers being advantageously used because of their hydrolysable nature in hydraulic compositions;
  • PEG polyethylene glycol
  • polyalkylene glycol maleate especially polyethylene glycol
  • polyalkylene glycol vinyl ether especially polyethylene glycol, or
  • allyl of polyalkylene glycol, in particular of polyethylene glycol, in particular allyl of polyethylene glycol methyl ether (of formula CH CH-CH 2 - (0-
  • CH 2 -CH 2 ) n-OMe the molecular weight of which is for example between 100 and 10,000, preferably between 350 and 7000 and advantageously between 350 and 5000; and or
  • hydrolysable monomer such as PEG acrylate or alkyl-PEG ether acrylates, acrylamide and its derivatives, acrylonitrile and its derivatives, alkyl acrylates such as ethyl acrylate hydroxyalkyl acrylates, such as hydroxyethyl acrylate, vinyl esters of carboxylic acids such as vinyl acetate, copolymerizable carboxylic anhydrides such as maleic anhydride or methacrylic anhydride, imide functional monomers such as maleimide and its derivatives.
  • non-hydrolyzable monomer such as styrene, alkyl methacrylates such as methyl methacrylate.
  • the aforementioned monomers are introduced into the polymer by copolymerization (incorporation in the main chain) or by postfunctionalization, in particular postesterification (incorporation into the side chains).
  • copolymerization in the main chain
  • postfunctionalization in particular postesterification
  • the hydrolysable monomers (including the monomers corresponding to the units of formula (A)) generally represent from 5% to 95% molar of all the monomers used, preferably from 10% to 60% by mol of all the monomers implemented.
  • X represents O.
  • the side chain carrying the Y group is linked to the main chain by an ester function, which hydrolyzes more easily than an amide function (when X represents NH ) to form carboxylate functions, which maintain a good fluidity of the hydraulic composition (as explained below).
  • R 10 , R and R 2 are H or alkyl.
  • R 10 and R are H and R 2 is methyl.
  • the polymer comprises the following units of formulas (A), (B) and (C):
  • - Ri represents H or a methyl
  • R 7 represents a C 2 -C 3 alkylene group
  • R 8 represents H, a C 1 -C 12 alkyl or cycloalkyl, or an optionally substituted aryl, and
  • z represents an integer of 1 to 250
  • X represents O or NH
  • q represents an integer of 0 to 5
  • Y represents a group - [(CH 2 ) n - (CO) -O] m -H or a group - [- O- (CO) - (CH 2 ) n ] m -OH, where n is an integer ranging from 1 to 6 and m is an integer from 1 to 5, provided that when Y is - [- O- (CO) - (CH 2 ) n ] m -OI-1, q is not 0 M represents H or a cation and c is an integer representing the valence of the cation M.
  • the polymer consists of a sequence of the three aforementioned units without incorporation of other units, and therefore has the following formula (I):
  • i, j and k independently represent an integer of 1 to 1000
  • polymer is understood to mean a compound comprising the covalent linking of monomeric units (or units) identical to or different from each other, generally of more than 10 monomeric units, typically of more than 100 monomer units. .
  • a copolymer comprises a covalent linking of at least two different types of patterns.
  • side chain or “pendant chain” means a chain covalently bonded to the main chain of the polymer.
  • the COOR 2 and COX (CH 2 ) q -Y groups are side chains of the polymer of formula (I).
  • hydrocarbon chain means a chain comprising one or more carbon atoms and one or more hydrogen atoms, this chain being functionalized or non-functionalized, straight, branched or cyclic, saturated or unsaturated.
  • the hydrocarbon chains present in a polymer according to the invention preferably comprise from 1 to 12 carbon atoms, preferably less than 6 carbon atoms.
  • alkyl groups represent monovalent saturated hydrocarbon chains, straight or branched chain or cyclic (for example a cyclohexyl radical), from 1 to 12 carbon atoms, preferably from 1 to 12 carbon atoms. 6 carbon atoms.
  • alkyl radicals may be mentioned in particular:
  • alkylene radicals represent divalent saturated hydrocarbon radicals, straight or branched chain, of 1 to 10 carbon atoms, preferably 1 to 6 carbon atoms. Methylene, ethylene and propylene radicals are particularly preferred.
  • aryl radicals represent hydrocarbon aromatic systems, mono or bicyclic of 6 to 10 carbon atoms.
  • aryl radicals there may be mentioned the phenyl or naphthyl radical.
  • alkyl, cycloalkyl and / or aryl groups are optionally substituted by one or more halogen groups, in particular fluorine, chlorine or bromine, in particular alkyl alkyl or alkoxy, in particular methoxy.
  • a cation is an ion carrying a positive charge.
  • Ammonium or metal cations especially of alkali metal or alkaline earth metal, are preferred.
  • the alkali metal cations are preferably Li + , Na + , K + and Cs + .
  • the alkaline earth metal cations are preferably Ca 2+ and Mg 2+ .
  • An ammonium cation is a cation having a nitrogen atom carrying a positive charge. The ammonium cation corresponds to:
  • the index "co” means that the arrangement of the consecutive units of the polymer is not specified.
  • the arrangement of the units in the polymer may for example be block, alternating, statistical or composition gradient.
  • * it is meant that the different units can be assembled to each other in any order, each unit being generally assembled from head to tail.
  • R 7 represents an ethylene group
  • R 8 represents H or a C 12 alkyl, especially a methyl or an ethyl
  • z represents an integer between 8 and 230, in particular between 15 and 15, typically 108,
  • R 2 is a group - (CH 2 -CH 2 -O) 10 8-Me, obtainable by esterification with a poly (ethylene glycol) methyl ether of molecular mass of 4750 g / mol (MPEG 4750),
  • i, j and k independently represent an integer from 1 to 100
  • q 0, 1 or 2, preferably 0 or 2
  • n 1 or 2
  • n 2 or 5
  • Y represents a group - [(CH 2 ) 2 - (CO) -O] -H, a group - [(CH 2 ) 2 - (CO) -O] 2 -H or a group - [- O- (-) - CO) - (CH 2 ) 5 ] 2 -OH
  • the ratio i / (i + j + k) is from 0.01 to 0.8, especially from 0.01 to 0.2, in particular from 0.02 to 0.05,
  • the ratio j / (i + j + k) is from 0.01 to 0.65, in particular from 0.2 to 0.5,
  • the ratio k / (i + j + k) is from 0.05 to 0.90, in particular from 0.3 to 0.7.
  • the polymer comprises from 2 to 20% by weight, typically from 2 to 10% by weight of unit of formula (A).
  • the weight-average molecular weight of the polymer is 5,000 to 500,000 g / mol.
  • the polymer according to the invention has one of the following formulas (Ia), (Ib) and (Ie):
  • R 1, R 2 , M, c, i, j and k are as defined above.
  • the invention relates to a process for preparing a polymer as defined above comprising a monomer copolymerization step a1) of formula (XII) below:
  • R 2 , Rio, R and R 2 are as defined above.
  • the alkene functions of the two monomers react with one another to form the main chain of the polymer.
  • the side chains of the polymer formed comprise in particular groups of formulas [COX (CH 2 ) q -Y] and COO (R 7 0) z R 8 .
  • step a1) of copolymerization in particular those mentioned above, such as ionic or ionizable monomers of the phosphonic, sulfonic or carboxylic type, the monomers comprising a polyalkylene glycol group, the hydrolysable monomers and or the non-hydrolysable monomers.
  • the polymers are prepared according to the conditions known to those skilled in the art, in particular by following the procedures described in patent FR 2 892 420.
  • the preparation process notably makes it possible to prepare the polymer comprising the following units of formulas:
  • the process for the preparation of this polymer preferably comprises a step a1) of copolymerization of monomers of formulas (X), (XI) and (XII) as follows:
  • the monomer (XII) used in step a1) has one of the following formulas (XI la), (XI Ib) or (XI le):
  • the monomers (Xllb) and (Xllc) being advantageously available commercially, for example under the name Sipomer B CEA (Rhodia).
  • the process for preparing the polymer comprises the steps of:
  • M 3 is H, a metal cation or an ammonium cation and c3 is an integer representing the valence of the M 3 cation,
  • R 10 , R and R 12 are as defined above and M 2 is H, a metal cation or an ammonium cation and c 2 is an integer representing the valence of the M 2 cation,
  • step a2) esterifying the polymer obtained in step a2) with compounds of formula G PR (R 7 O) z R 8 , Y- (CH 2 ) q -GP 2 in which R 7 , R 8 , z, Y and q are as defined above and GPi and GP 2 are independently selected from -OH, -OTs, -OMs, -Cl and Br.
  • the method comprises the steps of:
  • M 2 is H, a metal cation or an ammonium cation and c 2 is an integer representing the valence of the M 2 cation
  • (XXV) b) esterifying the polymer (XXV) with compounds of formula R 2 -GP 1, Y- (CH 2 ) q -GP 2 in which R 2 , Y and q are as defined above and GPi and GP 2 are independently selected from -OH, -OTs (tosylate), OMs (mesylate), -Cl and -Br.
  • step b) the compounds of formula R 2 -GP 1 (or GPi - (R 7 O) z R 8 ) and Y - (CH 2 ) q - GP 2 react non-regioselectively with the carboxylic functions or carboxylate, which leads to the random grafting of the groups R 2 and Y- (CH 2 ) q on the carboxylate or carboxylic functions of the polymer obtained at the end of step a2), in particular of formula (XXV). Therefore, the polymer blend obtained at the end of step b) comprises the polymer as defined above.
  • the first embodiment of the method (comprising step a1)) is preferred because it makes it possible to obtain the polymer with an improved purity compared to the second embodiment.
  • the copolymerization step is carried out by radical polymerization, typically in the presence of an initiator and a transfer agent.
  • the initiator is for example hydrogen peroxide, a redox pair, the oxidizing agent being in particular ammonium persulfate and the reducing agent being in particular alkali metal metabisulfite, for example sodium, or an initiator water-soluble azo such as 2,2'-azobis (2-amidinopropane) dihydrochloride or 2,2'-azobis (2-methylpropionamide) dihydrate.
  • the transfer agent may in particular be sodium methallyl sulfonate, 2-mercaptoethanol, mercaptoacetic acid, mercaptosuccinic acid or an alkyl mercaptan.
  • the process may be carried out batchwise or semi-continuously, and is preferably semi-continuous.
  • the pH is generally adjusted between 1 and 3, preferably of the order of 2, according to methods known to those skilled in the art.
  • the temperature during the polymerization is generally 40 to 80 ° C, preferably 60 to 70 ° C.
  • the preparation processes described above do not use acrylate monomers of lower alkyl (in particular methyl or ethyl acrylate) or lower hydroxyalkyl acrylates (especially 2-hydroxyethyl acrylate). , unlike the processes for the preparation of certain fluidifiers of the prior art. These monomers are difficult to use because of their low flash point (close to 2 ° C. and ⁇ 5 ° C. for methyl and ethyl acrylate) or their toxicity in the case of the acrylate of 2- hydroxyethyl.
  • the corresponding released alcohols are volatile (VOC) in the case of methanol and ethanol and / or toxic in the case of methylene glycol and methanol.
  • VOC volatile
  • the monomers used in the preparation processes according to the invention are advantageously low in toxicity and have high flash points, which is advantageous in terms of safety.
  • the invention relates to the use of the polymer as defined above as a plasticizer (or plasticizer) for hydraulic compositions, in particular to improve the maintenance of fluidity of hydraulic compositions over time, generally up to at one hour, or even more than two hours, after mixing the components of the hydraulic composition.
  • a plasticizer or plasticizer
  • the good maintenance of fluidity can be explained by virtue of the specific structure of the polymers according to the invention, which is evolving. in time in the hydraulic composition, which is an alkaline medium, generally pH between 1 1 and 13.
  • the invention relates to the use of a polymer as defined above for the preparation of a hydraulic composition
  • a polymer as defined above for the preparation of a hydraulic composition
  • a hydraulic composition comprising:
  • the hydraulic compositions can in particular be concrete, mortar or plaster.
  • the hydraulic compositions are prepared in a conventional manner by mixing the aforementioned constituents.
  • the invention also relates to the process for preparing a hydraulic composition comprising the mixing step:
  • the polymer according to the invention may be added to the other components of the dry hydraulic composition (generally in powder form) or in solution, preferably in aqueous solution.
  • a plasticizer or plasticizer for hydraulic compositions comprising the polymer as defined above in solution in a solvent, in particular in aqueous solution, preferably at 50% by weight of polymer, especially from 10 to 30% by weight, in particular of the order of 20% by weight relative to the total weight of the solution.
  • the water of said aqueous solution can in particular be the prewetting water.
  • pre-wetting water is meant a part of the total water, which is used to moisten the aggregates before mixing to simulate the hygrometric state of aggregates, often wet, in a concrete plant or on site.
  • Said aqueous solution comprising the polymer may optionally comprise other additives, for example an anti-foaming agent, an anti-entrainment additive, an accelerator or set retarder, a rheology modifying agent, another plasticizer (plasticizer or superplasticizer) and / or any other additive conventionally used in hydraulic compositions.
  • said aqueous solution comprising the polymer comprises a plasticizer, in particular a superplasticizer, for example a CHRYSO®Fluid Premia 180 or CHRYSO®Fluid Premia 196 superplasticizer.
  • aggregates means a set of mineral grains with a mean diameter of between 0 and 125 mm. Depending on their diameter, aggregates are classified into one of six families: fillers, sand, sand, gravel, chippings and ballast (standard XP P 18-545). The most used aggregates are:
  • chippings with a diameter of between 2 mm and 63 mm.
  • Sand is therefore included in the definition of granulate according to the invention.
  • the fillers can in particular be of calcareous or dolomitic origin.
  • additives for example a mineral addition and / or additives, for example an anti-entrainment additive, an antifoaming agent, an accelerator or set retarder, a a rheology modifying agent, another plasticizer (plasticizer or superplasticizer), in particular a superplasticizer, for example a CHRYSO®Fluid Premia 180 or CHRYSO®Fluid Premia 196 superplasticizer.
  • a mineral addition and / or additives for example an anti-entrainment additive, an antifoaming agent, an accelerator or set retarder, a rheology modifying agent, another plasticizer (plasticizer or superplasticizer), in particular a superplasticizer, for example a CHRYSO®Fluid Premia 180 or CHRYSO®Fluid Premia 196 superplasticizer.
  • a superplasticizer for example a CHRYSO®Fluid Premia 180 or CHRYSO®Fluid Premia 196 superplasticizer.
  • Standard addition means a finely divided mineral material used in concrete to improve certain properties or to confer particular properties.
  • the NF EN 206-1 standard distinguishes two types of mineral additions: additions almost inert (type I) and additions of pozzolanic or latent hydraulic nature (type II).
  • Type II additions include:
  • the invention relates to a hydraulic composition
  • a hydraulic composition comprising:
  • the hydraulic composition may further comprise the aforementioned additives.
  • the invention also relates to a method of improving the maintenance of fluidity over time of a hydraulic composition comprising a step of bringing into contact a hydraulic composition or a component of a hydraulic composition with a polymer as defined above .
  • the constituents of a hydraulic composition are in particular those mentioned above.
  • the attached figure shows the spread in mm versus time in minutes of mortar compositions of Example 2 comprising:
  • aqueous solution (231 g) containing a mixture of sodium methallyl sulfonate (1.4 g) (ALTICHEM) and sodium metabisulphite (3.1 g) (ALTICHEM).
  • the pH of the mixture was adjusted to 2 by moderate addition of 96% sulfuric acid (0.4 g) (ALTICHEM).
  • the mixture was maintained under vigorous stirring and under strong nitrogen bubbling for 1 h and brought to a temperature of 65 ° C.
  • Aqueous solution 100 g) containing ammonium persulfate (3.7 g) (ALTICHEM) and a solution containing MPEG 4750 methacrylate (642.1 g) (CHRYSO) and a solution containing methacrylic acid (18.5 g) (EVONIK).
  • the addition times were 3 h for the monomer mixture and 4 h for the ammonium persulfate solution.
  • the reaction mixture was cooled to 20 ° C. and diluted with water to a level of 20% solids.
  • aqueous solution 350 g containing a mixture of sodium methallyl sulfonate (1.14 g) (ALTICHEM) and sodium metabisulfite (1.72 g) (ALTICHEM).
  • the pH of the mixture was adjusted to 2 by moderate addition of 96% sulfuric acid (0.9 g) (ALTICHEM).
  • the mixture was maintained under vigorous stirring and under strong nitrogen bubbling for 1 h and brought to a temperature of 65 ° C.
  • aqueous solution 350 g containing a mixture of sodium methallyl sulfonate (1.2 g) (ALTICHEM) and sodium metabisulfite (1.1 g) (ALTICHEM).
  • the pH of the mixture was adjusted to 2 by moderate addition of 96% sulfuric acid (0.9 g) (ALTICHEM).
  • the mixture was maintained under vigorous stirring and under strong nitrogen bubbling for 1 h and brought to a temperature of 65 ° C.
  • Example 2 Use of Polymers (A) and (B) as Fluidifiers Dispersants at 20% solids (consisting of a mixture of polymers (A), (B), (C1) or (C2) at 20% in water) were evaluated by a measure of workability on mortar .
  • the composition of the mortar was that of Table 1: Mass component (g)
  • the mold After mixing the polymer-containing mortar, the mold was filled, the top surface of the cone was then leveled, then the cone was lifted vertically and the spread was measured at 90 ° with a tape measure.
  • the result of the spread measurement is the average of the 2 values at +/- 10 mm.
  • the tests were carried out at 20 ° C. The tests were repeated at different times at 5, 30, 60, 90 and 120 minutes in 2 diameters.
  • the percentages by weight of polymer (A), (B), (C1) or (C2) dry were adjusted so as to obtain an initial spreading value of 250 ⁇ 20 mm.
  • the dose of polymer (B), (C1) or (C2) to be used is therefore greater than the polymer dose (A), which can be explained by the fact that initially (before hydrolysis of the ester functions) , the polymers (B), (C1) and (C2), comprising hydrolysable monomers, comprise in proportion less carboxylate functions capable of bonding to the grains of hydraulic binder than the polymer (A).
  • the percentages by weight of polymers (C1) and (C2) by dry extract are of the same order of magnitude, which is explained by the chemical structures are close to these two polymers. The evolution of the spread over time is illustrated in the attached figure.
  • Example 2 was reproduced by adding a CHRYSO®Fluid Premia 180 superplasticizer to the composition in addition to the polymer (B) according to the invention.
  • the percentages by weight of polymer (B) and CHRYSO®Fluid Premia 180 were adjusted so as to obtain an initial spreading value of 250 mm ⁇ 20 mm.
  • 0.8% of the polymer mixture (B) and CHRYSO®Fluid Premia 180 in dry weight were used in the mortar.
  • the dose of the mixture of the two polymers is lower than that of the polymer (B) used alone (see Example 2), which can be explained by a greater water-reducing character of CHRYSO®Fluid Premia 180 which makes it possible to lower the overall dosage.

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Abstract

La présente invention concerne un polymère comprenant les motifs: et des chaînes latérales comprenant des groupes R2, son procédé de préparation et ses utilisations à titre de fluidifiant dans des compositions hydrauliques.

Description

Polymère comportant une fonction hydrolysable utile comme fluidifiant
La présente invention concerne un polymère, son procédé de préparation et ses utilisations comme fluidifiant dans des compositions hydrauliques.
[Art antérieur]
Les compositions hydrauliques sont des compositions comprenant un liant hydraulique. Un liant hydraulique est un liant qui se forme et durcit par réaction chimique avec de l'eau. A titre de liants hydrauliques peuvent être citées les compositions de plâtres, de sulfates et aluminates de calcium, de chaux et de ciment. Les mortiers et les bétons, notamment les bétons préfabriqués et les bétons prêts à l'emploi, sont d'importance particulière. Ces matériaux peuvent être destinés notamment au bâtiment, aux ouvrages de génie civil ou à la préfabrication.
Il est connu d'ajouter aux liants hydrauliques des fluidifiants (également appelés plastifiants ou superplastifiant) qui permettent de fluidifier la composition hydraulique et ainsi de diminuer la teneur en eau de la pâte de liant hydraulique. Ainsi, la pâte de liant hydraulique présente, après durcissement, une structure plus dense. Ceci se traduit par une résistance mécanique plus élevée.
On connaît notamment les polycarboxylates de polyoxyalkylène (PCP), particulièrement efficaces pour fluidifier les compositions hydrauliques, et aussi appelés superplastifiants.
Récemment, on a développé des fluidifiants permettant de maintenir une fluidité améliorée des compositions hydrauliques dans le temps. Des fluidifiants ayant une structure évoluant dans le temps dans le béton frais ont été développés. Ces fluidifiants sont des polymères peignes dont les chaînes latérales comportent des fonctions ester, qui sont hydrolysés dans les conditions basiques régnant dans les compositions hydrauliques en libérant au cours du temps des fonctions carboxylate. Ces fonctions carboxylate sont susceptibles de s'adsorber sur les grains de liant hydraulique, notamment de ciment, ce qui induit une répulsion entre les grains et permet ainsi de maintenir une bonne fluidité de la composition dans le temps. De tels fluidifiants sont notamment décrits dans US 2002/0007019 (Schober et al.), WO 2004/099099 (Nippon Shokubai) et EP 0 846 090 (Kao corporation). [Problème technique]
Un des objectifs de l'invention est de fournir des composés utiles comme fluidifiants permettant d'améliorer le maintien de fluidité de compositions hydrauliques dans le temps plus efficacement que les fluidifiants de l'art antérieur.
[Description de l'invention]
[Polymère]
Selon un premier aspect, l'invention concerne un polymère comprenant une chaîne principale comprenant des motifs de formules (A) :
et des chaînes latérales comprenant des groupes R2,
où :
- X représente O ou NH,
- q représente un nombre entier de 0 à 5,
- Y représente un groupe -[(CH2)n-(CO)-0]m-H ou un groupe -[-0-(CO)-(CH2)n]m-OH, où n est un nombre entier variant de 1 à 6 et m est un nombre entier variant de 1 à 5, sous réserve que, quand Y représente -[-0-(CO)-(CH2)n]m-OH, q soit différent de 0,
- R2 représente un groupe (R70)zR8, avec :
- R7 représente un groupe alkylène en C2-C3,
- R8 représente H, un alkyle, un cycloalkyle en C C12 ou un aryle éventuellement substitués, et
- z représente un nombre entier de 1 à 250. Le polymère selon l'invention comprend des chaînes latérales comprenant des groupes R2. Chaque groupe R2 peut être lié à la chaîne principale du polymère par:
- une liaison simple (le polymère peut par exemple comprendre des groupes vinylique porteur de groupe R2),
- un groupe méthylène (le polymère peut par exemple comprendre des groupes allylique porteur de groupe R2),
une fonction amide, - une fonction ester (le polymère peut par exemple comprendre des groupes (alkyl)acrylate porteur de groupe R2).
Généralement, les groupes R2 sont lié à la chaîne principale du polymère par des fonctions ester, et le polymère comprend typiquement des motifs de formules (A) et (B) respectives suivantes :
Figure imgf000004_0001
dans lesquelles :
- X représente O ou NH,
- q représente un nombre entier de 0 à 5,
- Y représente un groupe -[(CH2)n-(CO)-0]m-H ou un groupe -[-0-(CO)-(CH2)n]m-OH, où n est un nombre entier variant de 1 à 6 et m est un nombre entier variant de 1 à 5, sous réserve que, quand Y représente -[-0-(CO)-(CH2)n]m-OH, q soit différent de 0,
- R2 représente un groupe (R70)zR8, avec :
- R7 représente un groupe alkylène en C2-C3,
- R8 représente H, un alkyle, un cycloalkyle en C Ci2 ou un aryle éventuellement substitués, et
- z représente un nombre entier de 1 à 250,
- R10, Ru et R12 représentent indépendamment un groupe choisi parmi H, alkyle, -COO- alkyle, COOR2 et COO(M)1/c où M représente un cation et c est un nombre entier représentant la valence du cation M.
Avantageusement, les compositions hydrauliques comprenant les polymères susmentionnés présentent un bon maintien de fluidité dans le temps, généralement jusqu'à une heure, voire plus de deux heures, après mélange des composants de la composition hydraulique. On considère que la fluidité est maintenue lorsque la valeur d'étalement de la composition a diminué de moins de 50%, notamment moins de 30%, de préférence moins de 10% par rapport à sa valeur initiale, juste après préparation de la composition hydraulique. Le polymère selon l'invention a une structure évoluant dans le temps lorsqu'il est ajouté dans les compositions hydrauliques. En effet, les motifs de formule (A) sont hydrolysés lentement dans les conditions basiques régnant dans les compositions hydrauliques, libérant ainsi des fonctions carboxylate. Ces fonctions carboxylate sont susceptibles de s'adsorber sur les grains de liant hydraulique, ce qui est supposé contribuer à maintenir une bonne fluidité de la composition hydraulique dans le temps. On parle de « motif hydrolysable >> issu d'un « monomère hydrolysable >>.
En plus des motifs de formule [-CH2-CH(COX(CH2)q-Y)-] et des chaînes latérales comprenant des groupes R2 de formule (R70)zR8, le polymère peut contenir un ou plusieurs motifs provenant de monomères choisis parmi les monomères suivants :
- monomère ionique ou ionisable du type phosphonique, sulfonique ou carboxylique. Le méthacrylate de phosphoéthyle ou les monométhacrylates d'esters de phosphate de polyéthylène glycol, tels que les monomères de la gamme Sipomer PAM commercialisés par la société Rhodia sont des exemples de monomères phosphonique. L'acide vinyl sulfonique et ses sels, l'acide styrène sulfonique et ses sels, l'acide 2-acrylamido-2-methylpropane sulfonique et ses sels, l'acide allyoxyhydroxypropyle sulfonique et ses sels et l'acide méthallylsulfonique et ses sels peuvent être utilisés comme monomères sulfonique. L'acide acrylique, l'acide méthacrylique, l'acide maléique, l'acide fumarique, l'acide itaconique, l'acide crotonique sont des exemples de monomères carboxyliques.
- monomère comprenant un groupe polyalkylène glycol, notamment polyéthylène glycol (PEG), par exemple :
- (méth)acrylate de polyalkylène glycol, notamment de polyéthylène glycol (PEG), les monomères de type acrylate de PEG étant avantageusement utilisés du fait de leur caractère hydrolysable dans les compositions hydrauliques;
- maléate de polyalkylène glycol, notamment de polyéthylène glycol,
- vinyl éther de polyalkylène glycol, notamment de polyéthylène glycol, ou
- allyle de polyalkylène glycol, notamment de polyéthylène glycol, en particulier l'allyle de l'éther méthylique de polyéthylène glycol (de formule CH=CH-CH2-(0-
CH2-CH2)n-OMe), dont le poids moléculaire est compris par exemple entre 100 et 10000, de préférence entre 350 et 7000 et avantageusement entre 350 et 5000 ; et/ou
- monomère hydrolysable, tel que l'acrylate de PEG ou les acrylates d'éther d'alkyl- PEG, l'acrylamide et ses dérivés, l'acrylonitrile et ses dérivés, les acrylates d'alkyle tel que l'acrylate d'éthyle, les acrylates d'hydroxyalkyle tels que l'hydroxyéthyl acrylate, les esters de vinyle d'acides carboxyliques tels que l'acétate de vinyle, les anhydrides carboxyliques copolymérisables tels que l'anhydride maléique ou l'anhydride méthacrylique, les monomères à fonctions imide tels que la maléimide et ses dérivés. - monomère non hydrolysable, tel que le styrène, les méthacrylates d'alkyle comme le méthacrylate de méthyle.
Les monomères susmentionnés sont introduits dans le polymère par copolymérisation (incorporation dans la chaîne principale) ou par postfonctionnalisation, notamment postestérification (incorporation dans les chaînes latérales). Les procédés de préparation sont décrits ci-après.
Les monomères hydrolysables (y compris les monomères correspondant aux motifs de formule (A)) représentent généralement de 5 % à 95 % molaire de l'ensemble des monomères mis en œuvre, de préférence de 10 % à 60 % molaire de l'ensemble des monomères mis en œuvre.
De préférence, X représente O. En effet, lorsque X représente O, la chaîne latérale porteuse du groupe Y est liée à la chaîne principale par une fonction ester, qui s'hydrolyse généralement plus facilement qu'une fonction amide (lorsque X représente NH) pour former des fonctions carboxylate, qui permettent de maintenir une bonne fluidité de la composition hydraulique (comme explicité ci-dessous).
Typiquement, R10, R et Ri2 représentent H ou un alkyle. De préférence, R10 et Ru représentent H et Ri2 représente un méthyle.
Dans un mode de réalisation préféré, le polymère comprend les motifs de formules (A), (B) et (C) suivantes :
Figure imgf000006_0001
(C) (B) (A)
dans lesquels :
- Ri représente H ou un méthyle,
- R2 représente un groupe (R70)zR8, avec : - R7 représente un groupe alkylène en C2-C3,
- R8 représente H, un alkyle ou un cycloalkyle en C1-C12, ou un aryle éventuellement substitués, et
- z représente un nombre entier de 1 à 250,
- X représente O ou NH,
- q représente un nombre entier de 0 à 5,
- Y représente un groupe -[(CH2)n-(CO)-0]m-H ou un groupe -[-0-(CO)-(CH2)n]m-OH, où n est un nombre entier variant de 1 à 6 et m est un nombre entier variant de 1 à 5, sous réserve que, quand Y représente -[-0-(CO)-(CH2)n]m-OI-l, q soit différent de 0, - M représente H ou un cation et c est un nombre entier représentant la valence du cation M.
De préférence, le polymère consiste en un enchaînement des trois motifs précités sans incorporation d'autres motifs, et a donc la formule (I) suivante :
Figure imgf000007_0001
dans laquelle :
- i, j et k représentent indépendamment un nombre entier de 1 à 1000,
- M, c, Ri , R2, q, X et Y sont tels que définis ci-dessus. Dans le cadre de cet exposé, par « polymère >>, on entend un composé comprenant l'enchaînement covalent de motifs (ou unités) monomères identiques ou différents entre eux, généralement de plus de 10 motifs monomères, typiquement de plus de 100 motifs monomères. Un copolymère comprend un enchaînement covalent d'au moins deux types de motifs différents.
Dans le cadre de cet exposé, par « chaîne latérale >> ou « chaîne pendante >>, on entend une chaîne liée de façon covalente à la chaîne principale du polymère. Par exemple, les groupes COOR2 et COX(CH2)q-Y sont des chaînes latérales du polymère de formule (I). Dans le cadre de cet exposé, et sauf mention contraire, par « chaîne hydrocarbonée >>, on entend une chaîne comprenant un ou plusieurs atomes de carbone et un ou plusieurs atomes d'hydrogène, cette chaîne étant fonctionnalisée ou non fonctionnalisée, droite, ramifiée ou cyclique, saturée ou insaturée. Les chaînes hydrocarbonées présentes au sein d'un polymère selon l'invention comprennent de préférence de 1 à 12 atomes de carbone, de préférence moins de 6 atomes de carbone.
Dans le cadre de cet exposé, et sauf mention contraire, les groupes alkyle représentent des chaînes hydrocarbonées saturées monovalentes, en chaîne droite ou ramifiée ou cyclique (par exemple un radical cyclohexyle), de 1 à 12 atomes de carbone, de préférence de 1 à 6 atomes de carbone. Comme exemples de radicaux alkyle peuvent notamment être cités :
- lorsqu'ils sont linéaires, les radicaux méthyle, éthyle, propyle, butyle, pentyle, hexyle, octyle, nonyle, décyle, dodécyle, tétradécyle, hexadécyle, et octadécyle,
- lorsqu'ils sont ramifiés, les groupements isopropyle, s-butyle, isobutyle et f-butyle.
Dans le cadre de cet exposé, et sauf mention contraire, les radicaux alkylène représentent des radicaux hydrocarbonés saturés divalents, en chaîne droite ou ramifiée, de 1 à 10 atomes de carbone, de préférence de 1 à 6 atomes de carbone. Les radicaux méthylène, éthylène et propylène sont particulièrement préférés.
Dans le cadre de cet exposé, et sauf mention contraire, les radicaux aryle représentent des systèmes aromatiques hydrocarbonés, mono ou bicycliques de 6 à 10 atomes de carbone. Parmi les radicaux aryles, on peut notamment citer le radical phényle ou naphtyle.
Les groupes alkyle, cycloalkyle et/ou aryle sont éventuellement substitués par un ou plusieurs groupes halogène, notamment fluor, chlore ou brome, alkyle notamment méthyle, ou alkoxy, notamment méthoxy.
Un cation est un ion porteur d'une charge positive. Les cations ammonium ou métalliques, notamment de métal alcalin ou alcalinoterreux sont préférés. Les cations de métal alcalin sont de préférence Li+, Na+, K+ et Cs+. Les cations de métal alcalino-terreux sont de préférence Ca2+ et Mg2+. Un cation ammonium est un cation comportant un atome azote porteur d'une charge positive. Le cation ammonium correspond :
- soit à la forme protonée d'une fonction aminé, qui peut être primaire, secondaire, tertiaire ou aromatique,
- soit à un cation ammonium quaternaire, par exemple un tétraalkylammonium.
Par l'indice « co >>, on entend que l'arrangement des unités consécutives du polymère n'est pas spécifié. L'arrangement des motifs dans le polymère peut par exemple être à blocs, alterné, statistique ou à gradient de composition. Par « * >>, on entend que les différentes unités peuvent être assemblées les unes aux autres en tout ordre, chaque unité étant généralement assemblée de tête à queue.
Les modes de réalisations préférentiels suivants peuvent être mis en œuvre de façon combinée ou indépendante :
- X représente O,
- R7 représente un groupe éthylène,
- R8 représente H ou un alkyle en C C12, notamment un méthyle ou un éthyle,
- z représente un nombre entier entre 8 et 230, notamment entre 15 et 1 15, typiquement 108,
- R2 est un groupe -(CH2-CH2-O)108-Me, susceptible d'être obtenu par estérification avec un méthyl éther poly(éthylène glycol) de masse moléculaire de 4750 g/mol (MPEG 4750),
i, j et k représentent indépendamment un nombre entier compris entre 1 et 100,
- q représente 0, 1 ou 2, de préférence 0 ou 2,
- m représente 1 ou 2,
- n représente 2 ou 5,
- Y représente un groupe -[(CH2)2-(CO)-0]-H, un groupe -[(CH2)2-(CO)-0]2-H ou un groupe -[-0-(CO)-(CH2)5]2-OH
- Le rapport i/(i+j+k) est de 0,01 à 0,8, notamment de 0,01 à 0,2, en particulier de 0,02 à 0,05,
- le rapport j/(i+j+k) est de 0,01 à 0,65, notamment de 0,2 à 0,5,
- le rapport k/(i+j+k) est de 0,05 à 0,90, notamment de 0,3 à 0,7.
Généralement, le polymère comprend de 2 à 20% en masse, typiquement de 2 à 10% en masse d'unité de formule (A).
De préférence, la masse moléculaire en poids du polymère est de 5000 à 500 000 g/mol.
De préférence, le polymère selon l'invention a l'une des formules (la), (Ib) et (le) suivantes :
Figure imgf000010_0001
Figure imgf000010_0003
Figure imgf000010_0002
(le) dans lesquelles R1 5 R2, M, c, i, j et k sont tels que définis ci-dessus.
[Procédé de préparation] Selon un deuxième aspect, l'invention concerne un procédé de préparation d' polymère tel que défini ci-dessus comprenant une étape a1 ) de copolymérisation d' monomère de formule (XII) suivante :
Figure imgf000011_0001
dans laquelle q, X et Y sont tels que définis ci-dessus,
avec un monomère de formule (ΧΓ) suivante :
^10 ^12
C=C
I I FL . C=0
1 1 I
o
I
F
5 (XI')
dans laquelle R2, Rio, R et Ri2 sont tels que définis ci-dessus.
Les fonctions alcène des deux monomères réagissent entre-elles pour former la chaîne principale du polymère. Les chaînes latérales du polymère formé comprennent notamment des groupes de formules [COX(CH2)q-Y] et COO(R70)zR8.
D'autres monomères peuvent être ajoutés lors de l'étape a1 ) de copolymérisation, notamment ceux mentionnés ci-dessus, comme les monomères ioniques ou ionisables du type phosphonique, sulfonique ou carboxylique, les monomères comprenant un groupe polyalkylène glycol, les monomères hydrolysables et/ou les monomères non hydrolysables. La préparation des polymères se fait selon les conditions connues de l'homme de l'art, notamment en suivant les procédures décrites dans le brevet FR 2 892 420.
Le procédé de préparation permet notamment de préparer le polymère comprenant les motifs de formules suivantes :
Figure imgf000012_0001
mettant en œuvre une polymérisation des monomères correspondant aux unités recherchées ou de leurs précurseurs le cas échéant.
Le procédé de préparation de ce polymère comprend de préférence une étape a1 ) de copolymérisation de monomères de formules (X), (XI) et (XII) suivantes :
Figure imgf000012_0002
dans laquelle Ri , M et c sont tels que définis ci-dessus,
Figure imgf000012_0003
dans laquelle R2 est tel que défini ci-dessus,
Figure imgf000012_0004
dans laquelle q, X et Y sont tels que définis ci-dessus.
De préférence, le monomère (XII) mis en œuvre dans l'étape a1 ) a l'une des formules (XI la), (XI Ib) ou (XI le) suivantes :
Figure imgf000013_0001
qui correspond à l'acrylate de 2-oxepanone, avantageusement disponible dans le commerce,
Figure imgf000013_0002
les monomères (Xllb) et (Xllc) étant avantageusement disponibles dans le commerce, par exemple sous la dénomination Sipomer B CEA (Rhodia).
Dans un autre mode de réalisation, le procédé de préparation du polymère comprend les étapes consistant à :
a2) copolymériser un monomère de formule (XXII) suivante :
Figure imgf000013_0003
3/ 1 c3 (xxii) dans laquelle M3 représente H, un cation métallique ou un cation ammonium et c3 est un nombre entier représentant la valence du cation M3,
avec un monomère de formule (ΧΧΓ) suivante :
^10 ^ 2
C=C
I I
Ru C=0
1 1 I
O
I
(M )l/c2 (xx|.)
dans laquelle R10, R et R12 sont tels que définis ci-dessus et M2 représente H, un cation métallique ou un cation ammonium et c2 est un nombre entier représentant la valence du cation M2,
b) estérification du polymère obtenu lors de l'étape a2) par des composés de formule GPr(R70)zR8, Y-(CH2)q-GP2 dans lesquelles R7, R8, z, Y et q sont tels que définis ci- dessus et GPi et GP2 sont indépendamment choisis parmi -OH, -OTs, -OMs, -Cl et Br.
En particulier, le procédé comprend les étapes consistant à :
a2) copolymériser des monomères de for (XXI) et (XXII) suivantes :
HPC
2
Figure imgf000014_0001
dans laquelle R M et c sont tels que définis ci-dessus,
Figure imgf000014_0002
dans laquelle M2 représente H, un cation métallique ou un cation ammonium et c2 est un nombre entier représentant la valence du cation M2,
Figure imgf000015_0001
dans laquelle M3 représente H, un cation métallique ou un cation ammonium et c3 est un nombre entier représentant la valence du cation M3, pour obtenir un polymère (XXV) comprenant des motifs de formules suivantes :
Figure imgf000015_0002
(XXV) b) estérification du polymère (XXV) par des composés de formule R2-GPi , Y-(CH2)q-GP2 dans lesquelles R2, Y et q sont tels que définis ci-dessus et GPi et GP2 sont indépendamment choisis parmi -OH, -OTs (tosylate), OMs (mésylate), -Cl et -Br.
Lors de l'étape b), les composés de formule R2-GPi (ou GPi-(R70)zR8) et Y-(CH2)q- GP2 réagissent de façon non régiosélective avec les fonctions carboxyliques ou carboxylate, ce qui conduit au greffage statistique des groupes R2 et Y-(CH2)q sur les fonctions carboxylate ou carboxylique du polymère obtenu à la fin de l'étape a2), notamment de formule (XXV). Par conséquent, le mélange de polymères obtenu à la fin de l'étape b) comprend le polymère tel que défini ci-dessus. Ainsi, le premier mode de réalisation du procédé (comprenant l'étape a1 )) est préféré car il permet d'obtenir le polymère avec une pureté améliorée par rapport au deuxième mode de réalisation.
De préférence, l'étape de copolymérisation est effectuée par polymérisation radicalaire, typiquement en présence d'un initiateur et d'un agent de transfert.
L'initiateur est par exemple du peroxyde d'hydrogène, un couple oxydoréducteur, l'agent oxydant étant notamment du persulfate d'ammonium et l'agent réducteur étant notamment du métabisulfite de métal alcalin, par exemple de sodium, ou un amorceur azoïque hydrosoluble comme par exemple le dihydrochlorure du 2,2'-azobis(2- amidinopropane) ou le dihydrate du 2,2'-azobis( 2-methylpropionamide).
L'agent de transfert peut notamment être du méthallyl sulfonate de sodium, du 2- mercaptoéthanol, l'acide mercaptoacétique, l'acide mercaptosuccinique ou un alkyl mercaptan.
Le procédé peut être réalisé en batch ou semi-continu, et est de préférence semi- continu. Lors de la polymérisation, le pH est généralement ajusté entre 1 et 3, de préférence de l'ordre de 2, selon des méthodes connues de l'homme du métier.
La température lors de la polymérisation est généralement de 40 à 80 °C, de préférence de 60 à 70°C. De préférence, les procédés de préparation décrits ci-dessus ne mettent pas en œuvre des monomères acrylates d'alkyle inférieur (notamment l'acrylate de méthyle ou d'éthyle) ou d'hydroxyalkyle inférieur (notamment l'acrylate de 2-hydroxyéthyle), contrairement aux procédés de préparation de certains fluidifiants de l'art antérieur. Ces monomères sont délicats à utiliser en raison de leur point éclair bas (proche de 2°C et ~\ 5°C pour l'acrylate de méthyle et d'éthyle) ou de leur toxicité dans le cas de l'acrylate de 2-hydroxyéthyle. De plus, les alcools libérés correspondants sont volatiles (COV) dans le cas du méthanol et de l'éthanol et/ou toxiques dans le cas de Méthylène glycol et du méthanol. Les monomères utilisés dans les procédés de préparation selon l'invention sont avantageusement peu toxiques et ont des points éclair élevés, ce qui est avantageux en termes de sécurité.
[Utilisations]
Selon un troisième aspect, l'invention concerne l'utilisation du polymère tel que défini ci-dessus à titre de fluidifiant (ou plastifiant) pour des compositions hydrauliques, notamment pour améliorer le maintien de fluidité de compositions hydrauliques dans le temps, généralement jusqu'à une heure, voire plus de deux heures, après mélange des composants de la composition hydraulique.
Sans vouloir être lié par une théorie particulière, le bon maintien de fluidité peut s'expliquer grâce à la structure spécifique des polymères selon l'invention, qui évolue dans le temps dans la composition hydraulique, qui est un milieu alcalin, généralement de pH compris entre 1 1 et 13.
En effet, dans ces conditions, on observe une hydrolyse progressive des fonctions latérales du motif de formule (A):
Figure imgf000017_0001
dans la composition hydraulique, qui génère au cours du temps des fonctions carboxylate sur le polymère (par hydrolyse de la fonction amide ou ester (C=0)X et/ou des fonctions esters des groupes Y), susceptibles de s'adsorber sur les grains de liant hydraulique, créant de ce fait une répulsion entre les grains et permettant ainsi de maintenir une bonne fluidité de la composition hydraulique,
Par contre, la fonction ester du motif de formule (B):
Figure imgf000017_0002
est stable en milieu alcalin. Il est donc possible de moduler l'hydrolyse du polymère en variant la teneur respective des différents motifs dans le polymère.
Il a été démontré que le maintien de fluidité d'une composition hydraulique comprenant comme adjuvant un polymère selon l'invention est amélioré par rapport à celui d'une composition hydraulique comprenant comme adjuvant un polymère exempt de fonctions esters latérales hydrolysables, notamment de formule (W) suivante :
Figure imgf000017_0003
co
(W)
dans laquelle R1 5 R2, M, c, i et j sont tels que définis ci-dessus. De plus, il a été démontré que le maintien de fluidité d'une composition hydraulique comprenant comme adjuvant un polymère selon l'invention est amélioré par rapport à celui d'une composition hydraulique comprenant comme adjuvant un polymère comprenant des motifs porteurs de fonctions latérales esters hydrolysables de type ester d'éther d'alkyl poly(éthylène glycol) de formule suivante :
Figure imgf000018_0001
(CH2O)^AIkyle
Selon un quatrième aspect, l'invention concerne l'utilisation d'un polymère tel que défini ci-dessus pour la préparation d'une composition hydraulique comprenant :
- un polymère tel que défini ci-dessus,
- un liant hydraulique,
- au moins un granulat, et
- de l'eau.
Les compositions hydrauliques peuvent notamment être du béton, du mortier ou du plâtre.
Les compositions hydrauliques sont préparées de façon classique par mélange des constituants susmentionnés. L'invention concerne également le procédé de préparation d'une composition hydraulique comprenant l'étape de mélange :
- d'un polymère tel que défini ci-dessus,
- d'un liant hydraulique,
- d'au moins un granulat,
- d'eau,
les composants étant mélangés dans un ordre quelconque.
Le polymère selon l'invention peut être ajouté aux autres composants de la composition hydraulique à sec (généralement en poudre) ou en solution, de préférence en solution aqueuse. Ainsi, selon un autre aspect, l'invention concerne un fluidifiant (ou plastifiant) pour compositions hydrauliques comprenant le polymère tel que défini ci- dessus en solution dans un solvant, notamment en solution aqueuse, de préférence de 5 à 50% en poids de polymère, notamment de 10 à 30% en poids, en particulier de l'ordre de 20% en poids par rapport au poids total de la solution. L'eau de ladite solution aqueuse peut notamment être l'eau de prémouillage. Par « eau de prémouillage >>, on entend une partie de l'eau totale, qui sert à humidifier les granulats avant le gâchage permettant de simuler l'état hygrométrique des granulats, souvent humide, dans une usine à béton ou sur le chantier. Ladite solution aqueuse comprenant le polymère peut éventuellement comprendre d'autres additifs, par exemple un agent anti-mousse, un additif antientraînement d'air, un accélérateur ou retardateur de prise, un agent modificateur de rhéologie, un autre fluidifiant (plastifiant ou superplastifiant) et/ou tout autre additif classiquement utilisé dans les compositions hydrauliques. Dans un mode de réalisation préféré, ladite solution aqueuse comprenant le polymère comprend un fluidifiant, notamment un superplastifiant, par exemple un superplastifiant CHRYSO®Fluid Premia 180 ou CHRYSO®Fluid Premia 196.
Par « granulats >>, on entend un ensemble de grains minéraux de diamètre moyen compris entre 0 et 125 mm. Selon leur diamètre, les granulats sont classés dans l'une des six familles suivantes: fillers, sablons, sables, graves, gravillons et ballast (norme XP P 18-545). Les granulats les plus utilisés sont les suivants:
- les fillers, qui ont un diamètre inférieur à 2 mm et pour lesquels au moins 85 % des granulats ont un diamètre inférieur à 1 ,25 mm et au moins 70 % des granulats ont un diamètre inférieur à 0,063 mm,
- les sables de diamètre compris entre 0 et 4 mm (dans la norme 13-242, le diamètre pouvant aller jusqu'à 6 mm),
- les graves de diamètre supérieur à 6,3 mm,
les gravillons de diamètre compris entre 2 mm et 63 mm.
Les sables sont donc compris dans la définition de granulat selon l'invention.
Les fillers peuvent notamment être d'origine calcaire ou dolomitique.
Lors de l'étape de mélange, d'autres additifs peuvent être ajoutés, par exemple une addition minérale et/ou des additifs, par exemple un additif anti-entraînement d'air, un agent antimousse, un accélérateur ou retardateur de prise, un agent modificateur de rhéologie, un autre fluidifiant (plastifiant ou superplastifiant), notamment un superplastifiant, par exemple un superplastifiant CHRYSO®Fluid Premia 180 ou CHRYSO®Fluid Premia 196.
Par « addition minérale», on entend un matériau minéral finement divisé utilisé dans le béton afin d'améliorer certaines propriétés ou de lui conférer des propriétés particulières. La norme NF EN 206 - 1 distingue deux types d'additions minérales : les additions quasiment inertes (de type I) et les additions à caractère pouzzolanique ou hydraulique latent (de type II).
Les additions de type I sont :
- les fillers calcaires, conformes à ΓΕΝ 12620:2000
- les pigments, conformes à ΓΕΝ 12878
- les additions calcaires, conformes à la norme NF P 18-508
les additions siliceuses, conformes à la norme NF P 18-509
Les additions de type II regroupent :
les cendres volantes, conformes à la norme NF EN 450
- les fumées de silice, conformes à ΙΈΝ 13263-1
Généralement, 0,1 à 3%, notamment entre 1 ,0 et 2,0%, en poids d'extrait sec, de polymère selon l'invention sont utilisés dans la composition hydraulique. Selon un cinquième aspect, l'invention concerne une composition hydraulique comprenant :
un polymère selon l'invention tel que défini ci-dessus,
- un liant hydraulique,
- un granulat,
- de l'eau.
La composition hydraulique peut comprendre en outre les additifs susmentionnés.
L'invention concerne également un procédé d'amélioration du maintien de fluidité dans le temps d'une composition hydraulique comprenant une étape consistant à mettre en contact une composition hydraulique ou un constituant d'une composition hydraulique avec un polymère tel que défini ci-dessus. Les constituants d'une composition hydraulique sont notamment ceux mentionnés ci-dessus.
[Figure]
La figure annexée représente l'étalement en mm en fonction du temps en min de compositions de mortier de l'exemple 2 comprenant :
- soit le polymère (A) de l'exemple comparatif (losanges),
- soit les polymères (C1 ) et (C2) de l'exemple comparatif 2 (respectivement triangles et ronds),
soit le polymère (B) selon l'invention de l'exemple 1 (carrés). [Exemple]
Exemple comparatif : Synthèse d'un polymère de formule (A) exempt de chaîne latérale hvdrolysable
Figure imgf000021_0001
Dans un réacteur en verre, équipé d'une agitation mécanique et d'un réfrigérant, a été introduite en pied de cuve une solution aqueuse (231 g) contenant un mélange de methallyl sulfonate de sodium (1 ,4 g) (ALTICHEM) et de métabisulfite de sodium (3,1 g) (ALTICHEM). Le pH du mélange a été ajusté à 2 par addition modérée d'acide sulfurique 96% (0,4 g) (ALTICHEM). Le mélange a été maintenu sous forte agitation et sous fort bullage d'azote pendant 1 h et porté à une température de 65 °C. On a ajouté ensuite, et en parallèle, une solution aqueuse (100 g) contenant du persulfate d'ammonium (3,7 g) (ALTICHEM) et une solution contenant du méthacrylate de MPEG 4750 (642,1 g) (CHRYSO) et de l'acide méthacrylique (18,5 g) (EVONIK). Les temps d'addition étaient de 3 h pour le mélange de monomères et de 4 h pour la solution de persulfate d'ammonium. Après une heure d'agitation à 65 °C, le mélange réactionnel a été refroidi à 20 °C et dilué dans de l'eau à hauteur de 20% d'extrait sec.
Exemple comparatif 2 : Synthèse de polymères de formules (CD et (C2) comportant une chaîne latérale hvdrolysable de type ester d'éther d'alkyl poly(éthylène qlycol)
* Polymère (C1 ) comprenant une chaîne latérale hydrolysable de type acrylate de MPEG350
Figure imgf000022_0001
Dans un réacteur en verre, équipé d'une agitation mécanique et d'un réfrigérant, a été introduite en pied de cuve une solution aqueuse (350 g) contenant un mélange de methallyl sulfonate de sodium (1 ,14 g) (ALTICHEM) et métabisulfite de sodium (1 ,72 g) (ALTICHEM). Le pH du mélange a été ajusté à 2 par addition modérée d'acide sulfurique 96% (0,9 g) (ALTICHEM). Le mélange a été maintenu sous forte agitation et sous fort bullage d'azote pendant 1 h et porté à une température de 65 °C. On a ajouté ensuite, et en parallèle, une solution aqueuse (100 g) contenant du persulfate d'ammonium (1 ,3 g) (ALTICHEM) et une solution contenant du méthacrylate de MPEG 4750 (506 g) (CHRYSO), l'acide méthacrylique (1 ,6 g) (EVONIK) et de l'acrylate de MPEG 350 (47,4g) (Sartomer CD551 ). Les temps d'addition étaient de 3 h pour le mélange de monomères et de 4 h pour la solution de persulfate d'ammonium. Après une heure d'agitation à 65 °C, le mélange réactionnel a été refroidi à 20 °C et dilué dans de l'eau à hauteur de 20% d'extrait sec.
* Polymère (C2) comprenant une chaîne latérale hydrolysable de type acrylate de MPEG550
Figure imgf000023_0001
Dans un réacteur en verre, équipé d'une agitation mécanique et d'un réfrigérant, a été introduite en pied de cuve une solution aqueuse (290 g) contenant un mélange de methallyl sulfonate de sodium (0,99 g) (ALTICHEMJ et métabisulfite de sodium (1 ,49 g) (ALTICHEM). Le pH du mélange a été ajusté à 2 par addition modérée d'acide sulfurique 96% (0,9 g). Le mélange a été maintenu sous forte agitation et sous fort bullage d'azote pendant 1 h et porté à une température de 65 °C. On a ajouté ensuite, et en parallèle, une solution aqueuse (100 g) contenant du persulfate d'ammonium (1 ,79 g) fALTICHEM) et une solution contenant du méthacrylate de MPEG 4750 (438 g) (CHRYSO), l'acide méthacrylique (0,7 g) (EVONIK) et de l'acrylate de MPEG 550 (66,3 g) (Sartomer CD278). Les temps d'addition étaient de 3 h pour le mélange de monomères et de 4 h pour la solution de persulfate d'ammonium. Après une heure d'agitation à 65°C, le mélange réactionnel a été refroidi à 20 °C et dilué dans de l'eau à hauteur de 20% d'extrait sec.
Exemple 1 : Synthèse d'un polymère selon l'invention comprenant des chaînes latérales hvdrolysables de formule (B) :
Figure imgf000024_0001
Dans un réacteur en verre, équipé d'une agitation mécanique et d'un réfrigérant, a été introduite en pied de cuve une solution aqueuse (350 g) contenant un mélange de methallyl sulfonate de sodium (1 ,2 g) (ALTICHEM) et métabisulfite de sodium (1 ,1 g) (ALTICHEM). Le pH du mélange a été ajusté à 2 par addition modérée d'acide sulfurique 96% (0,9 g) (ALTICHEM). Le mélange a été maintenu sous forte agitation et sous fort bullage d'azote pendant 1 h et porté à une température de 65 °C. On a ajouté ensuite, et en parallèle, une solution aqueuse (100 g) contenant du persulfate d'ammonium (1 ,3 g) (ALTICHEM)et une solution contenant du méthacrylate de MPEG 4750 (520 g) (CHRYSO), l'acide méthacrylique (2,4 g) (EVONIK) et de l'acrylate de 2-Oxepanone (54,2 g) (Sartomer SR 495B), ayant un point éclair de 136^ et dont l'alcool correspondant de
Figure imgf000024_0002
formule suivante a un point éclair de 235°C :
Les temps d'addition étaient de 3 h pour le mélange de monomères et de 4 h pour la solution de persulfate d'ammonium. Après une heure d'agitation à 65^, le mélange réactionnel a été refroidi à 20 °C et dilué dans de l'eau à hauteur de 20% d'extrait sec.
Exemple 2 : Utilisation des polymères (A) et (B) comme fluidifiants. Les dispersants à 20% d'extrait sec (consistant en un mélange des polymères (A), (B), (C1 ) ou (C2) à 20% dans l'eau) ont été évalués par une mesure d'ouvrabilité sur mortier. La composition du mortier était celle du tableau 1 : Composant masse (g)
CEM 1 52,5 N LE HAVRE 624,9
Filler calcaire ERBRAY 412,1
Sable AFNOR 1350
Fulchiron (sable correcteur) 587
Eau totale 375
Tableau 1 : Composition du mortier
L'ouvrabilité a été évaluée par mesure de diamètre d'étalement (slump flow - diamètre de la flaque formée après écoulement) comme suit. On a rempli un moule sans fond de forme tronconique, de reproduction à l'échelle 0,5 du cône d'Abrams (voir norme NF 18-451 , 1981 ) de dimensions suivantes :
diamètre du cercle de la base supérieure 5 cm
diamètre du cercle de la base inférieure 10 cm
hauteur 15 cm
Après malaxage du mortier renfermant le polymère, on a rempli le moule, on a arasé ensuite la surface supérieure du cône puis on a soulevé le cône verticalement et on a mesuré l'étalement à 90° avec un mètre à ruban. Le résultat de la mesure d'étalement est la moyenne des 2 valeurs à +/- 10 mm. Les essais ont été réalisés à 20°C. Les essais ont été répétés à différentes échéances à 5, 30, 60, 90 et 120 minutes selon 2 diamètres.
Les pourcentages en poids de polymère (A), (B), (C1 ) ou (C2) en sec ont été ajustés de manière à obtenir une valeur d'étalement initiale de 250 ±20 mm. Ainsi, respectivement 0,5%, 2,0%, 2,2% et 2,5% de polymère (A), (B), (C1 ) ou (C2) en poids sec ont été utilisés dans le mortier. La dose de polymère (B), (C1 ) ou (C2) à utiliser est donc plus importante que la dose de polymère (A), ce qui peut s'expliquer par le fait qu'initialement (soit avant hydrolyse des fonctions esters), les polymères (B) , (C1 ) et (C2), comprenant des monomères hydrolysables, comprennent en proportion moins de fonctions carboxylate apte à se lier aux grains de liant hydraulique que le polymère (A). Les pourcentages en poids de polymères (C1 ) et (C2), par extrait sec sont du même ordre de grandeur, ce qui s'explique par les structures chimiques sont proches de ces deux polymères. L'évolution de l'étalement au cours du temps est illustrée sur la figure en annexe.
Ces résultats montrent que le maintien de fluidité dans le temps est nettement amélioré lorsque le polymère (B) selon l'invention est utilisé. La fluidité est maintenue au moins deux heures après mélange des constituants du mortier, alors qu'elle baisse de façon significative avec les trois autres polymères au cours de la première heure.
Exemple 3 : Formulation du polymère (B) avec le superplastifiant CHRYSO®Fluid Premia 180 :
L'exemple 2 a été reproduit en ajoutant un superplastifiant CHRYSO®Fluid Premia 180 à la composition en plus du polymère (B) selon l'invention. Les pourcentages en poids de polymère (B) et du CHRYSO®Fluid Premia 180 ont été ajustés de manière à obtenir une valeur d'étalement initiale de 250 mm ± 20 mm. Ainsi 0,8% du mélange polymère (B) et CHRYSO®Fluid Premia 180 en poids sec ont été utilisés dans le mortier. La dose du mélange des deux polymères est inférieure à celle du polymère (B) utilisé seul (cf exemple 2), ce qui peut s'expliquer par un caractère réducteur d'eau plus important du CHRYSO®Fluid Premia 180 permettant d'abaisser le dosage global.
L'évolution de l'étalement au cours du temps est décrite dans le tableau 2 ci-dessous :
Etalement (mm)
Mélange Polymère B +
Temps
CHRYSO®Fluid Premia 180
(min)
(0,8%)
240
30 200
60 190
90 150
120 120
Tableau 2 : Evolution de l'étalement au cours du temps

Claims

REVENDICATIONS
1 . - Composition hydraulique comprenant :
- un liant hydraulique,
- un granulat,
- de l'eau,
- un polymère comprenant une chaîne principale comprenant des motifs de formules (A) :
Figure imgf000027_0001
et des chaînes latérales comprenant des groupes R2,
où :
- X représente O ou NH,
- q représente un nombre entier de 0 à 5,
- Y représente un groupe -[(CH2)n-(CO)-0]m-H ou un groupe -[-O-(CO)- (CH2)n]m-OH, où n est un nombre entier variant de 1 à 6 et m est un nombre entier variant de 1 à 5,
sous réserve que, quand Y représente -[-0-(CO)-(CH2)n]m-OH, q soit différent de 0,
- R2 représente un groupe (R70)zR8, avec :
- R7 représente un groupe alkylène en C2-C3,
- R8 représente H, un alkyle, un cycloalkyle en C C12 ou un aryle éventuellement substitués, et
- z représente un nombre entier de 1 à 250.
2. - Composition hydraulique selon la revendication 1 , dans laquelle le polymère comprend des motifs de formules (A) et (B) suivantes :
Figure imgf000028_0001
dans lesquelles :
- X, q, Y et R2 sont tels que définis dans la revendication 1 , et
- R10, Ru et R12 représentent indépendamment un groupe choisi parmi H, alkyle, -COO- alkyle, COOR2 et COO(M)1/c où M représente un cation et c est un nombre entier représentant la valence du cation M.
3.- Composition hydraulique selon la revendication 2, dans laquelle le polymère comprend les motifs de formules (A), (B) et (C) suivantes :
Figure imgf000028_0002
(C) (B) (A)
dans lesquels :
- X, q, Y et R2 sont tels que définis dans la revendication 1 ,
- Ri représente H ou un méthyle,
- M représente H ou un cation et c est un nombre entier représentant la valence du cation M.
4. Composition hydraulique selon la revendication 3, dans laquelle le polymère a la formule (I) suivante :
Figure imgf000029_0001
dans laquelle :
- i, j et k représentent indépendamment un nombre entier de 1 à 1000,
- M, c, R R2, q, X et Y sont tels que définis dans la revendication 3.
5.- Composition hydraulique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, où q représente 0, 1 ou 2 et/ou m représente 1 ou 2.
6.- Composition hydraulique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, où Y représente un groupe -[(CH2)2-(CO)-0]-H, un groupe -[(CH2)2-(CO)-0]2-H ou un groupe -[-0-(CO)-(CH2)5]2-OH.
7. - Composition hydraulique selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, où :
- le rapport i/(i+j+k) est de 0,01 à 0,8, et/ou
- le rapport j/(i+j+k) est de 0,01 à 0,65, et/ou
- le rapport k/(i+j+k) est de 0,05 à 0,90.
8. - Composition hydraulique selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans laquelle le polymère comprend de 2 à 10% en masse d'unité de formule (A).
9.- Composition hydraulique selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans laquelle le polymère a une masse moléculaire en poids de 5000 à 500 000 g/mol.
10.- Composition hydraulique selon l'une quelconque des revendications 4 à 9, dans lequel le polymère a l'une des formules (la), (Ib) et (le) suivantes :
Figure imgf000030_0001
Figure imgf000030_0002
Figure imgf000030_0003
(le) dans lesquelles R15 R2, M, c, i, j et k sont tels que définis dans la revendication 4.
1 1 . - Composition hydraulique selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, où la composition hydraulique est du béton, du mortier ou du plâtre.
12. - Utilisation du polymère tel que défini dans l'une quelconque des revendications 1 à 10 pour améliorer le maintien de fluidité de compositions hydrauliques.
13. - Polymère comprenant une chaîne principale comprenant des motifs de formules (A) :
Figure imgf000031_0001
et des chaînes latérales comprenant des groupes R2,
où :
- X représente O ou NH,
- q représente un nombre entier de 0 à 5,
- Y représente un groupe -[(CH2)2-(CO)-0]-H, un groupe -[(CH2)2-(CO)-0]2-H ou un groupe -[-0(CO)-(CH2)5]2-OH,
sous réserve que, quand Y représente -[-0-(CO)-(CH2)5]2-OH, q soit différent de 0,
- R2 représente un groupe (R70)zR8, avec :
- R7 représente un groupe alkylène en C2-C3,
- R8 représente H, un alkyle, un cycloalkyle en C C12 ou un aryle éventuellement substitués, et
- z représente un nombre entier de 8 à 230.
14.- Polymère selon la revendication 13 comprenant des motifs de formules (A) et (B) suivantes :
Figure imgf000031_0002
(B) dans lesquelles :
- X, q, Y et R2 sont tels que définis dans la revendication 13, et
- Rio, Ru et R12 représentent indépendamment un groupe choisi parmi H, alkyle, -COO- alkyle, COOR2 et COO(M)1/c où M représente un cation et c est un nombre entier représentant la valence du cation M.
15.- Polymère selon la revendication 14 comprenant les motifs de formules (A), (B) et (C) suivantes :
Figure imgf000032_0001
(C) (A)
dans lesquels :
- X, q, Y et R2 sont tels que définis dans la revendication 13,
- Ri représente H ou un méthyle,
- M représente H ou un cation et c est un nombre entier représentant la valence du cation M.
16. Polymère selon la revendication 15, de formule (I) suivante :
Figure imgf000032_0002
dans laquelle :
- i, j et k représentent indépendamment un nombre entier de 1 à 1000,
- M, c, Ri , R2, q, X et Y sont tels que définis dans la revendication 15.
17.- Polymère selon la revendications 16,
le rapport i/(i+j+k) est de 0,01 à 0,8, et/ou - le rapport j/(i+j+k) est de 0,01 à 0,65, et/ou
- le rapport k/(i+j+k) est de 0,05 à 0,90.
18.- Polymère selon l'une quelconque des revendications 13 à 17, comprenant de 2 à 10% en masse d'unité de formule (A).
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AS et al. Agnely et al.(43) Pub. Date: NOV. 14, 2013

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