WO2012131242A1 - Modifiant choc et utilisations dudit modifiant choc dans les materiaux thermodurs - Google Patents

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methacrylate
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Thomas Fine
Jean-Loup Lacombe
Laurent Breysse
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Arkema France
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Definitions

  • the present invention relates to a shock modifier, a device and a method for manufacturing said impact modifier, and to a method for preparing a thermoset material, or a precursor of thermoset material, from said modifier. shock.
  • the invention will advantageously find application in the field of the preparation of thermoset materials and in particular thermoset materials with improved impact strength. These materials can be used in various fields such as aeronautics, electronics, automotive or industry, including as structural adhesives, matrices for composite materials or as protection elements for electronic components .
  • impact modifier in the present application, a compound which, mixed with a thermosetting material improves the mechanical properties of the polymerized thermosetting material. This can be reflected, for example, in improving elongation at break, impact resistance or fatigue resistance.
  • thermoset material in the present application, a material formed of polymeric chains of variable lengths interconnected by covalent bonds so as to form a three-dimensional network.
  • thermosets epoxy, (metha) crylic, cyanoacrylate, bismaleimide, unsaturated polyesters, vinyl ester, phenolic and polyurethane.
  • thermosets can be obtained by mixing a first so-called resin part with a second so-called hardener part.
  • Shock modifiers can be in one or both parts or in both parts.
  • block copolymers that can be found in the form of granules or powder such as those described in patents EP 1 866 369 and EP 1 290 088.
  • these particles in powder form are characterized by a ratio between the standard deviation and the median particle size high, greater than 15%.
  • This very wide particle size distribution makes the process of solubilization of these impact modifiers in the form of a powder in the thermosetting precursor random.
  • the present invention also aims to provide a shock modifier whose structure facilitates the preparation of a thermoset material and more precisely its precursors.
  • the present invention also aims to provide a device and a reliable manufacturing process of this impact modifier.
  • the invention relates to an impact modifier for a thermosetting resin comprising at least one copolymer chosen from block copolymers of type A-B-A, A-B and A-B-C, in which:
  • A is a PMMA homopolymer or a copolymer of methyl methacrylate
  • C is either (i) a homopolymeric PMMA or a methyl methacrylate copolymer (MMA) or (ii) a polymer based on monomers or a mixture of vinyl monomers; blocks A and C may be identical;
  • said shock modifier is in the form of microgranules of diameter between 400 and 1500 ⁇ , preferably between 400 and 1000 ⁇ , and advantageously between 500 and 800 ⁇ .
  • the dissolution rate of the impact modifier in the form of microgranules is greater than or equal to that of the impact modifier in powder form conventionally used.
  • the handling of these microgranules is also facilitated by the absence of fines generated by the associated manufacturing process.
  • the ratio of the standard deviation / average particle size is less than 10%, preferably less than 5%, and advantageously less than 3%. This very narrow particle size distribution for the impact modifier according to the invention enables it to provide better control of the solubilization process in the precursor during the preparation of thermoset materials.
  • extrusion means in the cradle of the invention the extrusion bi-screw, single screw, BUSS, LIST or any other method for melting the impact modifier and pass through a die.
  • the invention also relates to a device for manufacturing an impact modifier, as mentioned above, in which the extruder comprises a die with at least one orifice of between 0.3 and 0.5 mm and preferably between 0.35 and 0.37 mm.
  • FIG. 1 represents an exemplary embodiment, in front view, of a die made according to the invention
  • FIG. 2 represents an embodiment detail referenced I in FIG. 1 according to the sectional view A-A,
  • FIG. 3 is a front view of an exemplary embodiment of a separation grid made according to the invention.
  • FIG. 4 represents a 4a) image of the conventional granules of copolymer 1, for example, lifted in Example 1, whereas FIG. 4b) represents the microgranules according to the invention obtained at the end of the manufacturing process of the Example No. 1,
  • FIG. 5 is a diagram illustrating the continuous measurement over time of the viscosity of two resin mixtures obtained by mixing a precursor and a powder or microgranules.
  • each block is connected to the other by means of a covalent bond or an intermediate molecule connected to one of the blocks by a covalent bond and to the other block by another covalent bond,
  • A is a PMMA homopolymer or a copolymer of methyl methacrylate
  • A is preferably compatible with said resin
  • AB, ABA or ABC block copolymers may be manufactured by any means of polymerization.
  • the controlled radical polymerization or anionic polymerization processes implemented using the solvent, emulsion, suspension or other method are used.
  • A is a PMMA homopolymer or a copolymer of methyl methacrylate.
  • the comonomers used are preferably those based on alkyl methacrylate for forming a block A compatible with the thermoset resin.
  • alkyl methacrylates in which the alkyl group contains from 1 to 18 carbons: methyl methacrylate, ethyl methacrylate, propyl methacrylate, n-butyl methacrylate, t-butyl methacrylate and methacrylate.
  • n-hexyl cyclohexyl methacrylate, ethyl hexyl methacrylate, n-octyl methacrylate, lauryl methacrylate, tridecyl methacrylate stearyl methacrylate, isobornyl methacrylate.
  • PEG polyethylene glycol
  • vinyl monomers such as N-vinyl pyrrolidone or any other monomer soluble in water.
  • reactive monomer is meant a chemical group capable of reacting with the functions of thermosetting resins.
  • Block A can be formed of only one of these (meth) acrylic monomers or of several.
  • the Tg of B is less than 0 ° C. and preferably less than -40 ° C.
  • Tg is meant the glass transition temperature of a polymer measured by DSC according to the ASTM standard. E1356.
  • the monomer used to synthesize the elastomeric B block may be a diene chosen from butadiene, isoprene, 2,3-dimethyl-1,3-butadiene, 1,3-pentadiene and 2-phenyl-1,3 butadiene.
  • B is advantageously chosen from poly (dienes), especially poly (butadiene), poly (isoprene) and their random copolymers, or else from partially or completely hydrogenated poly (dienes).
  • Blocks B can also be hydrogenated.
  • the monomer used to synthesize block B may also be an alkyl (meth) acrylate, in which case the following Tg values are given in parentheses, following the name of the acrylate: ethyl acrylate ( -24 ° C), butyl acrylate (-54 ° C), 2-ethylhexyl acrylate (-85 ° C), hydroxyethyl acrylate (-15 ° C) and methacrylate 2 - ethylhexyl (-10 ° C). Butyl acrylate is advantageously used.
  • Block B may also consist of a mixture of monomers. The acrylates are different from those of the block A to respect the condition of incompatibility of the blocks A and B.
  • C is either (i) a PMMA homopolymer or a methyl methacrylate copolymer as defined above (ii) a polymer based on monomers or a mixture of vinyl monomers.
  • the two blocks A and C of the triblock A-B-C may be identical or different. They can be different in their molar mass but consist of the same monomers. If block C contains a comonomer it may be the same or different from the comonomer of block A.
  • Block B consists of the same monomers and possibly comonomers as block B of diblock A-B or triblock ABA.
  • the blocks B of the triblock A-B-C and diblock A-B may be identical or different.
  • shock modifiers are known for example from the WO document
  • Shock modifiers according to the invention are in the form of microgranules of diameter between 400 and 1500 ⁇ , preferably between 400 and 1000 ⁇ , and advantageously between 500 and 800 ⁇ .
  • the ratio of the standard deviation / average particle size is less than 10%, preferably less than 5%, and advantageously less than 3%.
  • the invention relates to a method of manufacturing the impact modifier described above in the form of microgranules with a diameter of between 400 and 1500 ⁇ , preferably between 400 and 1000 ⁇ , and advantageously between 500 and 800 ⁇ .
  • the pellet production line of a few millimeters in diameter comprises a feed system, a granulator with an extruder and a die as well as underwater cutting means, the chain further comprises a conveying line, means for separating and drying the granules.
  • microgranules For the production of microgranules, tests have shown that the production line must be modified and that special adaptations were necessary both at the granulator and the dryer. The manufacturing process must also be modified to obtain microgranules of diameter between 400 and 1500 ⁇ , and preferably between 400 and 1000 ⁇ .
  • a die 1 is shown for the production of microgranules. This die 1 is intended to be fixed on the axis of the granulator, not shown in the accompanying figures.
  • the die 1 comprises at least one orifice 2 comprised between 0.3 and 0.5 mm and preferably between 0.35 and 0.37 mm.
  • the die 1 has orifices 2 distributed in cluster 3.
  • the die 1 comprises a set of clusters 3, each grouping one number of orifices 2 greater than ten.
  • Other configurations are of course conceivable and the number of orifices 2 distributed over the entire die 1 can easily be modified depending on the characteristics desired for the granulator.
  • the orifices 2 of one and the same cluster 3 are distributed in a front hole 4. This arrangement is advantageous in that it limits the pressure drops. at the level of the sector 1.
  • the die 1 comprises 6 before hole 4, each grouping a cluster 3.
  • Each cluster 3 has 15 orifices 2 of diameter 0.36 ⁇ .
  • the thickness of the wall at the openings 2 is of the order of 4 mm, while the total thickness of the die being of the order of 55 to 60 mm.
  • the diameter of each front hole 4 is of the order of 70 mm.
  • this separation grid 5 comprises circularly shaped openings 6 made in a plate 7.
  • the openings 6 advantageously have a diameter of between 1.5 and 2 mm and preferably 1.7 mm.
  • the separation grid 5 further comprises a square section mesh 8 disposed on the plate 7, the space between the meshes is between 180 and 220 ⁇ .
  • Table 1 below makes it possible to compare different orders of quantities between the granules conventionally produced and the microgranules of the present invention.
  • the microgranules can quickly plug the orifices of the die 1. To avoid this phenomenon, it was found by the applicant, the need to increase the temperature of the die 1.
  • the extrusion step is performed through a die 1 having at least one orifice 2 having a diameter of between 0.3 and 0.5 mm at a die temperature sufficiently high to maintain the microgranules in the liquid state.
  • the underwater cutting step is performed in a granulator at a cutting water temperature above 70 ° C.
  • Pulse air output pellet blowing 3 seconds / pause 3 seconds
  • FIG. 4b represents a photograph of the microgranules obtained by this first example of microgranulation. It can be seen from this FIG. 4b that the method implemented in this example makes it possible to obtain good control of the section and homogeneous microgranules between them. Conventional granules obtained from the same copolymer 1 are presented for comparison in Figure 4a.
  • This second example made it possible to obtain microgranules of sizes below one micrometer.
  • the particle size distribution by weight of the microgranules of the copolymer 2 is shown in Table 3. These results are obtained during a passage through the vibrating screen.
  • the impact modifier in the form of microgranules obtained in Examples 1 and 2 can then be used for the preparation of a thermoset material.
  • the impact modifier in the form of microgranules can thus be used in a process for preparing a thermosetting material or a hardener.
  • the process for preparing the thermosetting material comprises a step of dissolution in the precursor of a composition comprising a shock modifier comprising at least one copolymer chosen from AB, ABA, ABC block copolymers in the form of microgranules with a diameter of between 400 and 1500. Dm, preferably between 400 and 1000 ⁇ , and advantageously between 500 and 800 ⁇ .
  • the impact modifier is chosen from block copolymers A-B, ABA or ABC.
  • thermosetting material It has been found that the use of a shock modifier for the manufacture of the thermosetting material considerably improves the preparation of the thermosetting material.
  • the problems related to the agglomeration and the manipulation of the impact modifier in the form of powder are eliminated and, on the other hand, the dissolution of the impact modifier in the form of microgranules makes it possible surprisingly to dissolve faster than under the shape of a powder.
  • Comparative tests have made it possible to compare the characteristics of resins obtained by mixing a precursor and a powder or microgranules. Referring to the appended FIG. 5, it is also possible to measure the viscosity of the two mixtures continuously over time.
  • the viscosity of the mixture having used the impact modifier in the form of microgranules is of the same order of magnitude as that with the powder, the viscosities of each mixture remaining stable over time.
  • thermoset material from a shock modifier in the form of microgranules.
  • the grades have an average particle size:
  • the size distribution shows a polydispersity 5 to 6 times higher for NP powder grades than for MG microgranules.

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Abstract

La présente invention concerne un modifiant choc, un dispositif et un procédé de fabrication dudit modifiant choc, ainsi qu'un procédé de préparation d'un matériau thermodur, ou d'un précurseur de matériau thermodur, à partir dudit modifiant choc. Ledit modifiant choc comprend au moins un copolymère choisi parmi les copolymères à blocs de type A-B-A, A-B et A-B-C, dans lesquels: chaque bloc est relié à l'autre au moyen d'une liaison covalente ou d'une molécule intermédiaire reliée à l'un des blocs par une liaison covalente et à l'autre bloc par une autre liaison covalente, A est un PMMA homopolymère ou un copolymère de méthacrylate de méthyle; A est préférentiellement compatible avec la résine, C est soit (i) un PMMA homopolymère ou un copolymère de méthacrylate de méthyle soit (ii) un polymère à base de monomères ou mélange de monomères vinyliques; les blocs A et C peuvent être identiques, B est incompatible ou partiellement compatible avec la résine thermodure et incompatible avec le bloc A et l'éventuel bloc C, De manière caractéristique, modifiant choc se présente sous la forme de microgranulés de diamètre inférieur à 1500 μιη, avantageusement inférieur à 1000 μιη, de préférence compris entre 400 et 1000 μιη. Le rapport écart-type/taille moyenne des particules est inférieur à 10%, de préférence inférieur à 5%.

Description

MODIFIANT CHOC ET UTILISATIONS DUDIT MODIFIANT
CHOC DANS LES MATERIAUX THERMODURS La présente invention concerne un modifiant choc, un dispositif et un procédé de fabrication dudit modifiant choc, ainsi qu'un procédé de préparation d'un matériau thermodur, ou d'un précurseur de matériau thermodur, à partir dudit modifiant choc. L'invention trouvera avantageusement application dans le domaine de la préparation de matériaux thermodurs et notamment de matériaux thermodurs à tenue au choc améliorée. Ces matériaux pourront être utilisés dans des domaines variés tels que l'aéronautique, l'électronique, l'automobile ou encore l'industrie, notamment en tant qu'adhésifs structuraux, matrices pour des matériaux composites ou encore comme éléments de protection de composants électroniques. ARRIERE PLAN DE L'INVENTION
Par « modifiant choc », on entend dans la présente demande, un composé qui, mélangé avec un matériau thermodurcissable permet d'améliorer les propriétés mécaniques du matériau thermodurcissable polymérisé. Cela peut se traduire, par exemple, par une amélioration de l'allongement à rupture, de la résistance aux chocs ou de la résistance à la fatigue.
Par « matériau thermodur », on entend dans la présente demande, un matériau formé de chaînes polymères de longueurs variables liées entre elles par des liaisons covalentes de manière à former un réseau tridimensionnel. A titre d'exemple non limitatif, on peut citer les familles suivantes des thermodurs : époxy, (métha)crylique, cyanoacrylate, bismaléimide, polyesters insaturés, vinyl ester, phénolique et polyurethane.
Les thermodurs peuvent être obtenus par le mélange d'une première partie dite résine avec une seconde partie dite durcisseur. Les modifiants choc peuvent être dans l'une ou l'autre des parties ou dans les deux parties.
Parmi les différents types de modifiants choc utilisés dans les résines thermodurcissables, on peut citer par exemple les modifiants choc que l'on solubilise dans le précurseur de thermodurcissables avant polymérisation. Ces modifiants choc se distinguent des modifiants chocs type particules cœur-écorce que l'on disperse dans le précurseur avant polymérisation. La première gamme de modifiants choc a le grand avantage de ne pas nécessiter d'outils de dispersion coûteux et n'est pas sujet à des effets de ségrégation ou déstabilisation de la dispersion.
Plus particulièrement, on s'intéresse aux copolymères blocs que l'on peut trouver sous forme de granulés ou de poudre tels que ceux décrits dans les brevets EP 1 866 369 et EP 1 290 088.
En pratique, la dissolution du modifiant choc sous forme de granulés n'est pas souhaitable pour des contraintes industrielles. En effet, pour une simple raison de rapport surface d'échange sur volume, on se trouve automatiquement dans un cas de figure très défavorable. Aussi pour parvenir à dissoudre le modifiant choc de manière plus rapide, on préfère l'utilisation d'un modifiant choc sous la forme d'une poudre. Cette poudre peut être dissoute dans la solution liquide de précurseur (matériau thermodurcissable ou durcisseur) ; toutefois la manipulation de la poudre reste délicate et la dissolution difficile.
En effet, les grains, lorsqu'ils sont versés dans la solution liquide de précurseur, ont tendance à s'agglomérer entre eux à la surface du liquide créant des agglomérats très difficilement so lubies. Pour limiter ce phénomène, il est nécessaire de verser très lentement les grains afin d'en assurer une dispersion optimale dans la solution liquide. Toutefois, un versement lent ne permet pas toujours d'éviter la formation d'agglomérats car la poudre, même avant versement, peut avoir tendance à se constituer sous forme de mottes compte tenu du pourcentage élevé de l'ordre de 30 à 60% de phase molle du modifiant choc sous forme de poudre et de la présence de fines particules.
Par ailleurs, ces fines particules compliquent d'une manière générale la manipulation du modifiant choc et notamment sa pesée et son dosage, et de plus nécessite de respecter la réglementation européenne sur les Atmosphères Explosibles (ATEX).
Enfin, ces particules sous forme de poudre se caractérisent par un rapport entre l'écart type et la taille médiane des particules élevé, supérieur à 15%. Cette distribution granulométrique très large rend aléatoire le processus de solubilisation de ces modifiants choc sous forme de poudre dans le précurseur de thermodurcissable. Compte tenu des inconvénients précités on comprend que l'étape de dissolution du modifiant choc, telle qu'actuellement pratiquée, est perfectible tant en terme de commodité que de rapidité ou encore de résultat quant au mélange obtenu. OBJET DE L'INVENTION
La présente invention a pour objet de présenter un modifiant choc dont la structure limite les risques d'agglomération à la fois lors de son stockage et lors de l'étape de mélange dans la solution liquide de précurseur.
La présente invention a également pour objet de proposer un modifiant choc dont la structure facilite la préparation d'un matériau thermodur et plus précisément de ses précurseurs.
La présente invention a également pour objet de proposer un dispositif et un procédé de fabrication fiable de ce modifiant choc. RESUME DE L'INVENTION
A cet effet l'invention concerne un modifiant choc pour résine thermodurcissable comprenant au moins un copolymère choisi parmi les copolymères à blocs de type A-B-A, A-B et A-B-C, dans lesquels:
chaque bloc est relié à l'autre au moyen d'une liaison covalente ou d'une molécule intermédiaire reliée à l'un des blocs par une liaison covalente et à l'autre bloc par une autre liaison covalente,
A est un PMMA homopolymère ou un copolymère de méthacrylate de méthyle, C est soit (i) un PMMA homopolymère ou un copolymère de méthacrylate de méthyle (MMA) soit (ii) un polymère à base de monomères ou mélange de monomères vinyliques ; les blocs A et C peuvent être identiques ;
B est incompatible ou partiellement compatible avec ladite résine et incompatible avec le bloc A et l'éventuel bloc C, et sa température de transition vitreuse Tg est inférieure à celle des blocs A et C.
De manière caractéristique, ledit modifiant choc se présente sous la forme de microgranulés de diamètre compris entre 400 et 1500 μιη, de préférence compris entre 400 et 1000 μιη, et avantageusement compris entre 500 et 800 μιη. Cette caractéristique est particulièrement avantageuse puisque le modifiant choc sous cette forme ne se concentre pas en mottes, que ce soit lors de son stockage en phase sèche ou lors de sa dispersion dans le liquide précurseur. De plus, de manière surprenante, la vitesse de dissolution du modifiant choc sous forme de microgranulés est supérieure ou égale à celle du modifiant choc sous forme de poudre utilisée classiquement. La manipulation de ces microgranulés est également facilitée par l'absence de fines générées par le procédé de fabrication associé. Avantageusement, le rapport écart-type/taille moyenne des particules est inférieur à 10%, de préférence inférieur à 5%, et avantageusement inférieur à 3%. Cette distribution granulométrique très étroite pour le modifiant choc selon l'invention lui permet d'assurer un meilleur contrôle du processus de solubilisation dans le précurseur lors de la préparation de matériaux thermodurs.
La présente invention concerne également un procédé de fabrication d'un modifiant choc tel que précité, par voie solvant, ledit procédé comportant une étape d'extrusion, une étape de coupe sous eau et une étape de séchage. Selon l'invention, l'étape d'extrusion est réalisée à travers une filière comportant au moins un orifice d'un diamètre compris entre 0,3 et 0,5 mm à une température de filière dépendante de la nature du modifiant choc et, l'étape de coupe sous eau est réalisée dans un granulateur à une température d'eau de coupe permettant d'obtenir un modifiant choc sous forme de microgranulés de diamètre compris entre 400 et 1500 μιη, et de préférence compris entre 400 et 1000 μπι.
Le terme « extrusion » signifie dans le cade de l'invention l'extrusion bi-vis, monovis, BUSS, LIST ou tout autre procédé permettant de fondre le modifiant choc et de le passer à travers une filière.
L'invention concerne aussi un dispositif de fabrication d'un modifiant choc, tel que précité, dans lequel l'extrudeuse comporte une filière avec au moins un orifice compris entre 0,3 et 0,5 mm et de préférence entre 0,35 et 0,37 mm.
L'invention concerne enfin un procédé de préparation d'un matériau thermodur à partir dudit modifiant choc. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
La présente invention sera mieux comprise à la lecture d'un exemple détaillé de réalisation en référence aux dessins annexés, fournis à titre d'exemple non limitatif, parmi lesquels :
- la figure 1 représente un exemple de réalisation, en vue de face, d'une filière réalisée conformément à l'invention,
- la figure 2 représente un détail de réalisation référencé I à la figure 1 selon la vue en coupe A- A,
- la figure 3 représente en vue de face, un exemple de réalisation d'une grille de séparation réalisée conformément à l'invention,
- la figure 4 représente an 4a) l'image des granulés classiques de copolymère 1 exemp lifté dans l'exemple 1, alors que la figure 4b) représente les microgranulés selon l'invention obtenus à l'issue du procédé de fabrication de l'exemple n°l,
la figure 5 représente un diagramme illustrant la mesure en continu dans le temps de la viscosité de deux mélanges de résines obtenus par le mélange d'un précurseur et d'une poudre ou de microgranulés.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
Selon un premier aspect, la présente invention concerne un modifiant choc pour résine thermodurcissable comprenant au moins un copolymère choisi parmi les copolymères à blocs de type A-B-A, A-B et A-B-C, dans lesquels:
chaque bloc est relié à l'autre au moyen d'une liaison covalente ou d'une molécule intermédiaire reliée à l'un des blocs par une liaison covalente et à l'autre bloc par une autre liaison covalente,
A est un PMMA homopolymère ou un copolymère de méthacrylate de méthyle ;
A est préférentiellement compatible avec ladite résine,
C est soit (i) un PMMA homopolymère ou un copolymère de méthacrylate de méthyle soit (ii) un polymère à base de monomères ou mélange de monomères vinyliques ; les blocs A et C peuvent être identiques,
- B est incompatible ou partiellement compatible avec ladite résine et incompatible avec le bloc A et l'éventuel bloc C. Ces copolymères à blocs A-B, A-B-A ou A-B-C peuvent être fabriqués par tout moyen de polymérisation. Préférentiellement, on utilise les procédés de polymérisation radicalaire contrôlée ou de polymérisation anionique, mis en œuvre par voie solvant, émulsion, suspension ou autre.
S'agissant du dibloc A-B ou tribloc ABA, A est un PMMA homopolymère ou un copolymère du méthacrylate de méthyle. Dans le cas où A est un copolymère, les comonomères utilisés sont de préférence ceux à base de méthacrylate d'alkyle permettant de former un bloc A compatible avec la résine thermodure. On peut citer à titre d'exemple les méthacrylates d'alkyle dans lesquels le groupe alkyle contient de 1 à 18 carbones : méthacrylate de méthyle, méthacrylate d'éthyle, méthacrylate de propyle, méthacrylatede n-butyle, méthacrylate de t-butyle méthacrylate de n-hexyle, méthacrylate de cyclohexyle, méthacrylate de 2 éthyl-hexyle, méthacrylate de n-octyle, méthacrylate de lauryle, méthacrylate de tridécyle méthacrylate de stéaryle, méthacrylate d'isobornyle. On peut également citer à titre d'exemple tous les comonomères solubles dans l'eau tel que l'acide acrylique ou méthacrylique, les amides dérivés de ces acides tels que par exemple le diméthyle acrylamide, le 2-méthoxyéthyl acrylate ou méthacrylate, les acrylates ou méthacrylates de 2-amino éthyle éventuellement quaternarisés, les (méth)acrylates de polyéthylène glycol (PEG), les monomères vinyliques hydrosolubles tels que la N-vinyl pyrrolidone ou tout autre monomère soluble dans l'eau. On peut également citer à titre d'exemple tous les comonomères réactifs copolymérisables avec le méthacrylate de méthyle. Par monomère réactif on entend un groupement chimique capable de réagir avec les fonctions des résines thermodurcissables. Le bloc A peut être formé d'un seul de ces monomères (méth)acrylique ou de plusieurs. On peut citer à titre d'exemple, le méthacrylate d'hydroxyéthyl, le méthacrylate de glycidyle, l'anhydride maléique, l'acide acrylique ou méthacrylique.
Le bloc A peut être fabriqué par tout moyen de polymérisation et en particulier par polymérisation radicalaire contrôlée ou anionique.
S'agissant du bloc B, avantageusement la Tg de B est inférieure à 0°C et de préférence inférieure à - 40° C. Par « Tg » on entend la température de transition vitreuse d'un polymère mesurée par DSC selon la norme ASTM E1356. Le monomère utilisé pour synthétiser le bloc B élastomérique peut être un diène choisi parmi le butadiène, l'isoprène, le 2,3-diméthyl-l,3-butadiène, le 1,3-pentadiène, le 2-phényl-l,3-butadiène. B est choisi avantageusement parmi les poly(diènes) notamment poly(butadiène), poly(isoprène) et leurs copolymères statistiques, ou encore parmi les poly(diènes) partiellement ou totalement hydrogénés. Parmi les polybutadiènes on utilise avantageusement ceux dont la Tg est la plus faible, par exemple le polybutadiène-1,4 de Tg ( vers -90° C) inférieure à celle du polybutadiène- 1,2. (vers 0° C). Les blocs B peuvent aussi être hydrogénés.
Le monomère utilisé pour synthétiser le bloc B peut être aussi un (méth)acrylate d'alkyle, et dans ce cas on obtient les Tg indiquées ci-après entre parenthèses, suivant le nom de l'acrylate: l'acrylate d'éthyle (-24°C), l'acrylate de butyle, (-54°C), l'acrylate de 2-éthylhexyle (-85°C), l'acrylate d'hydroxyéthyle (-15°C) et le méthacrylate de 2- éthylhexyle (-10°C). On utilise avantageusement l'acrylate de butyle. Le bloc B peut également être constitué d'un mélange de monomères. Les acrylates sont différents de ceux du bloc A pour respecter la condition d'incompatibilité des blocs A et B.
Dans le tribloc A-B-C, C est soit (i) un PMMA homopolymère ou un copolymère de méthacrylate de méthyle tel que défini précédemment (ii) un polymère à base de monomères ou mélange de monomères vinyliques.
Les deux blocs A et C du tribloc A-B-C peuvent être identiques ou différents. Ils peuvent être aussi différents par leur masse molaire mais constitués des mêmes monomères. Si le bloc C contient un comonomère il peut être identique ou différent du comonomère du bloc A.
S'agissant de (ii) à titre d'exemple de blocs C on peut citer ceux qui dérivent de composés vinylaromatiques tels que styrène, α-méthyl styrène, vinyl toluène, et ceux qui dérivent d'alkyl esters des acides acrylique et/ou méthacrylique ayant de 1 à 18 atomes de carbone dans la chaîne alkyle.
Le bloc B est constitué des mêmes monomères et éventuellement comonomères que le bloc B du dibloc A-B ou du tribloc ABA. Les blocs B du tribloc A-B-C et du dibloc A-B peuvent être identiques ou différents.
De tels modifiants choc sont connus par exemple du document WO
2008/110564, qui décrit des copolymères triblocs de type SBM, comme le Nanostrength SBM Powder AFX E21, ou de type MBM, comme le Nanostrength MAM M22, commercialisés par la Demanderesse. Ces modifiants choc diffèrent de ceux suivant l'invention par la taille de leurs particules (ils se présentent sous forme de poudres ayant un diamètre moyen inférieur à 240 μιη) ainsi que par le rapport écart-type/taille moyenne (qui est supérieur à 16%, comme montré dans l'exemple n° 3 de la présente demande).
Les modifiants choc selon l'invention se présentent sous la forme de microgranulés de diamètre compris entre 400 et 1500 μιη, de préférence compris entre 400 et 1000 μιη, et avantageusement compris entre 500 et 800 μιη. Avantageusement, le rapport écart-type/taille moyenne des particules est inférieur à 10%, de préférence inférieur à 5%, et avantageusement inférieur à 3%.
Selon un deuxième aspect, l'invention a trait à un procédé de fabrication du modifiant choc décrit ci-dessus sous forme de microgranulés de diamètre compris entre 400 et 1500 μιη, de préférence compris entre 400 et 1000 μιη, et avantageusement compris entre 500 et 800 μιη. De manière classique, la chaîne de fabrication de granulés de quelques millimètres de diamètres comprend un système d'alimentation, un granulateur avec une extrudeuse et une filière ainsi que des moyens de coupe sous eau, la chaîne comporte en outre une ligne de convoyage, des moyens de séparation et de séchage des granulés.
Pour la fabrication de microgranulés, des essais ont montré que la chaîne de fabrication devait être modifiée et que des adaptations particulières étaient nécessaires à la fois au niveau du granulateur et du sécheur. Le procédé de fabrication doit également être modifié pour obtenir des microgranulés de diamètre compris entre 400 et 1500 μιη, et de préférence compris entre 400 et 1000 μιη.
Plus précisément et en se reportant à la figure 1 on voit représentée une filière 1 pour la fabrication des microgranulés. Cette filière 1 est destinée à être fixée sur l'axe du granulateur, non représenté dans les figures annexées.
Selon l'invention la filière 1 comprend au moins un orifice 2 compris entre 0,3 et 0,5 mm et de préférence entre 0,35 et 0,37 mm.
Dans l'exemple de la figure 1, la filière 1 comporte des orifices 2 répartis en grappe 3. La filière 1 comporte un ensemble de grappes 3 regroupant chacune un nombre d'orifices 2 supérieur à dix. D'autres configurations sont bien entendu envisageables et le nombre d'orifices 2 répartis sur l'ensemble de la filière 1 pourra aisément être modifié en fonction des caractéristiques souhaitées pour le granulateur.
Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, et tel que représenté à la figure 2, les orifices 2 d'une même grappe 3 sont répartis dans un avant trou 4. Cette disposition est intéressante en ce sens qu'elle limite les pertes de charge au niveau de la filière 1.
Dans l'exemple des figures 1 et 2, la filière 1 comprend 6 avant trou 4 regroupant chacun une grappe 3. Chaque grappe 3 comporte 15 orifices 2 de diamètre 0,36 μιη. L'épaisseur de la paroi au niveau des orifices 2 est de l'ordre de 4 mm, tandis que l'épaisseur totale de la filière étant de l'ordre de 55 à 60 mm. Le diamètre de chaque avant trou 4 est de l'ordre de 70 mm.
En se reportant cette fois à la figure 3, on voit représentée une grille de séparation 5, cette grille de séparation 5 comprend des ouvertures 6 de forme circulaire pratiquées dans une plaque 7. Les ouvertures 6 ont avantageusement un diamètre compris entre 1,5 et 2 mm et de préférence 1,7 mm. La grille de séparation 5 comprend en outre un maillage à section carrée 8 disposée sur la plaque 7, l'espace entre les mailles est compris entre 180 et 220 μιη.
Des essais ont montré que le procédé de fabrication de granulés de taille classique n'était pas adapté pour obtenir des microgranulés de diamètre inférieur à 1,5 mm.
Le tableau 1 ci-dessous permet de comparer différents ordres de grandeurs entre les granulés réalisés classiquement et les microgranulés de la présente invention.
Hypothèses : granulés microgranulés p = 920 kg/m3 ; Q = 60 kg/h
Diamètre granulés (mm) 3 0,4
Rapport Surf ace /Volume (1/mm) = 6 / D 2 15
Poids de 100 granulés (gramme) 1,3 0,025
Nombre de granulés au gramme (granulés /g) 77 4000
Surface des granulés (cm /g de granulés) 21,8 20,1
Tableau 1
Compte tenu de la taille des microgranulés et des trous de la filière, les microgranulés peuvent venir boucher rapidement les orifices de la filière 1. Pour éviter ce phénomène, il a été constaté, par la demanderesse, la nécessité d'augmenter la température de la filière 1. A cet effet, l'étape d'extrusion est réalisée à travers une filière 1 comportant au moins un orifice 2 d'un diamètre compris entre 0,3 et 0,5 mm à une température de filière suffisamment élevée pour maintenir les microgranulés à l'état liquide.
Par ailleurs, compte tenu du rapport important entre la surface et le volume de chaque microgranulé, il a été constate que les microgranulés se refroidissaient jusqu'à leur cœur lors de l'étape de coupe sous eau. Par conséquent, il est nécessaire de fixer une température d'eau de coupe importante pour parvenir à réaliser l'évaporation de l'eau jusqu'à la surface du microgranulé. Pour ce faire, l'étape de coupe sous eau est réalisée dans un granulateur à une température d'eau de coupe supérieure à 70°C.
Les deux exemples de fabrication décrits ci-après on été obtenus à partir de la filière 1 et de la grille à maillage carrée 5 détaillés ci-dessus et ont permis d'obtenir chacun des échantillons de microgranulés de diamètre compris entre 400 et 1500 μιη, et de préférence compris entre 400 et 1000 μιη. Le matériel utilisé par la réalisation des exemples 1 et 2 comportait en outre les éléments suivants :
Système d'alimentation
Doseur volumétrique
Extrudeuse bivis corotative Φ 26, longueur 36D
Pompe à engrenage
Pas de fîltration
Granulateur
7 couteaux à angle d'attaque 45'
vitesse maximum 5000 rpm
Ligne vers séparateur
Longueur d'environ 3 m en DN 40
Débit 6 m3/h
Essoreuse et sécheur eau / granulés
Modèle LPU sans capteur d'agglomérats
Rotor à vitesse fixe 1500 rpm
Impulsion d'air sortie granulés : soufflage 3 secondes / pause 3 secondes
Exemple n°l de micro granulation du copolymère 1
Le modifiant choc «copolymère 1» correspond au copolymère tribloc A-B-A dans lequel A est un copolymère de méthacrylate de méthyle (MMA) et de diméthyle acrylamide (DMA) et le bloc B est un homopolymère de l'acrylate de butyle.
Températures :
eau : 75°C
filière : 295°C
melt : 22 FC
microgranulés : 45°C
Pression melt à 137 bar obtenue à environ 30 kg/h de melt
Granulateur
7 couteaux à angle d'attaque 45'
Vitesse maximum des couteaux 5000 rpm
Filière : 90 trous de diamètre 0,36 mm Séparateur / sécheur :
Impulsion d'air par toutes les 3 secondes pour évacuer les granulés de la descente sortie sécheur.
La figure 4b représente une photographie des microgranulés obtenus par ce premier exemple de microgranulation. On peut constater sur cette figure 4b que le procédé mis en œuvre dans cet exemple permet d'aboutir à une bonne maîtrise de la coupe et à des microgranulés homogènes entre eux. Les granulés classiques obtenus à partir du même copolymère 1 sont présentés pour comparaison dans la figure 4a.
La répartition granulométrique en poids des microgranulés du copolymère 1 est présentée dans le tableau 2. Ces résultats sont obtenus lors d'un passage au tamis vibrant.
Figure imgf000013_0001
Tableau 2
Exemple n°2 de micro granulation du copolymère 2.
Le modifiant choc « copolymère 2 » correspond au copolymère polystyrène- polybutadiène-polyméthacrylate de méthyle.
Températures :
eau : 65°C puis passage à 85°C
filière : 350°C
melt : 225°C microgranulés : 42°C
Pression melt à 132 bar à 16 kg/h
Granulateur
7 couteaux à angle d'attaque 45'
Vitesse maximum des couteaux 5000 rpm
Filière avec 90 trous Φ 0,36
Ce second exemple a permis l'obtention de microgranulés de tailles inférieures au micromètre. La répartition granulométrique en poids des microgranulés du copolymère 2 est présentée dans le tableau 3. Ces résultats sont obtenus lors d'un passage au tamis vibrant.
Figure imgf000014_0001
Tableau 3
Le modifiant choc sous la forme des microgranulés obtenu dans les exemples 1 et 2 peut ensuite être utilisé pour la préparation d'un matériau thermodur. Le modifiant choc sous la forme des microgranulés pourra ainsi être utilisé dans un procédé de préparation d'un matériau thermodurcissable ou d'un durcisseur.
Le procédé de préparation du matériau thermodurcissable comporte une étape de dissolution dans le précurseur d'une composition comportant un modifiant choc comprenant au moins un copolymère choisi parmi les copolymères à blocs A-B, A-B-A, A-B-C sous forme de microgranulés de diamètre compris entre 400 et 1500 Dm, de préférence compris entre 400 et 1000 μιη, et avantageusement compris entre 500 et 800 μιη De manière préférée, le modifiant choc est choisi parmi les copolymères à blocs A- B, A-B-A ou A-B-C.
Il a été constaté que l'emploi d'un modifiant choc pour la fabrication du matériau thermodurcissable améliorait considérablement la préparation du matériau thermodurcissable .
D'une part les problèmes liés à l'agglomération et à la manipulation du modifiant choc sous forme de poudre sont supprimés et d'autre part la dissolution du modifiant choc sous forme de microgranulés permet, de manière surprenante, une dissolution plus rapide que sous la forme d'une poudre.
Les propriétés mécaniques du matériau thermodurcissable obtenu à partir d'un modifiant choc sous la forme de microgranulés sont de plus très proches de celles d'un matériau obtenu à partir d'un modifiant choc sous la forme de poudre.
Des tests comparatifs ont permis de comparer les caractéristiques de résines obtenues par le mélange d'un précurseur et d'une poudre ou de microgranulés. En se reportant à la figure 5 annexée, on voit également la mesure en continu dans le temps de la viscosité des deux mélanges. La viscosité du mélange ayant utilisé le modifiant choc sous forme de microgranulés est du même ordre de grandeur que celui fait avec la poudre, les viscosités de chaque mélange restant stables dans le temps.
Ces tests montrent l'intérêt de réaliser un précurseur d'un matériau thermodur à partir d'un modifiant choc sous forme de microgranulés.
En effet la manipulation du modifiant choc est facilitée et le temps de dissolution des microgranulés dans le liquide précurseur est réduit par rapport au temps de dissolution d'une poudre. D'autres caractéristiques de l'invention auraient également pu être envisagées sans pour autant sortir du cadre de l'invention définie par les revendications ci-après.
Exemple n°3 de granulométrie comparative des modifiants choc : granules et poudres
Des mesures de tailles de particule pour des modifiants choc selon l'invention (sous forme de microgranulés) et pour des modifiants choc selon le document WO 2008/110564 (sous forme de poudres) ont été réalisées sur le même appareil de mesure (automatique l'ALPAGA 500 nano® développé par la société OCCHIO).
Les évaluations de l'étude concernent la détermination de la granulométrie moyenne des Nanostrength suivants :
grades micro granulés (MG)
- E21 10C028 B076#3
- M22N 11MG008
- M52N 11MG001
grades poudre (NP) - E21 NP 10M1032
- M22N NP 10M1030
- M52N NP 9M1812
Les résultats sont présentés dans le tableau 4 ci-dessous. Moyenne % écart
Grade mesure taille (μιη) Ecart type
(μπι) type
1 284,99
2 174,87
E21 NP 10M1032 3 230,81 233,48 39,46 17
4 231,84
5 244,87
1 117,52
2 128,08
M22N NP 10M1030 3 241,1 178,11 53,32 30
4 208,8
5 195,04
1 118,41 26
2 156,52
M52N NP 9M1812 3 240,43 180,66 47,16
4 209,95
5 178
E21 10C028 B076 1 694,43 <1
691,94 3,52
#3 2 689,45
1 755,1 <1
M22N 11MG008 751,54 5,03
2 747,98
1 658,06 2
M52N 11MG001 647,54 14,88
2 637,02
Tableau 4
Les grades ont une taille moyenne de particule :
- E21 MG (microgranulé): 692 μιη contre 233 μιη en grade NP (poudre)
- M22N MG : 751,5 μιη
- E21 MG : 647,5 μιη contre 233 μιη en grade NP.
La distribution des tailles met en évidence une polydispersité 5 à 6 fois plus importante pour les grades poudres NP que pour les microgranulés MG.

Claims

REVENDICATIONS
1 Modifiant choc pour résine thermodurcissable comprenant au moins un copolymère choisi parmi les copolymères à blocs de type A-B-A, A-B et A-B-C, dans lesquels:
chaque bloc est relié à l'autre au moyen d'une liaison covalente ou d'une molécule intermédiaire reliée à l'un des blocs par une liaison covalente et à l'autre bloc par une autre liaison covalente,
- A est un PMMA homopolymère ou un copolymère de méthacrylate de méthyle
((MMA) ;
C est soit (i) un PMMA homopolymère ou un copolymère de méthacrylate de méthyle soit (ii) un polymère à base de monomères ou mélange de monomères vinyliques ;
- les blocs A et C étant identiques ou différents ;
B est un polymère élastomérique incompatible ou partiellement compatible avec ladite résine et incompatible avec le bloc A et l'éventuel bloc C,
caractérisé en ce que ledit modifiant choc se présente sous la forme de microgranulés de diamètre compris entre 400 et 1500 μιη, et de préférence compris entre 400 et 1000 μιη, et en ce que le rapport écart-type/taille moyenne des particules est inférieur à 10%, et de préférence inférieur à 5%.
2. Modifiant choc selon la revendication 1 dans lequel le bloc A étant un copolymère de MMA, le comonomère est choisi parmi :
- les méthacrylates d'alkyle dans lesquels le groupe alkyle contient de 1 à 18 carbones à savoir méthacrylate de méthyle, méthacrylate d'éthyle, méthacrylate de propyle, méthacrylatede n-butyle, méthacrylate de t-butyle méthacrylate de n- hexyle, méthacrylate de cyclohexyle, méthacrylate de 2 éthyl-hexyle, méthacrylate de n-octyle, méthacrylate de lauryle, méthacrylate de tridécyle méthacrylate de stéaryle, méthacrylate d'isobornyle ; les comonomères solubles dans l'eau tel que l'acide acrylique ou méthacrylique, les amides dérivés de ces acides tels que par exemple le diméthyle acrylamide, le 2-méthoxyéthyl acrylate ou méthacrylate, les acrylates ou méthacrylates de 2- amino éthyle éventuellement quaternarisés, les (méth)acrylates de polyéthylène glycol (PEG), les monomères vinyliques hydrosolubles tels que la N-vinyl pyrrolidone ou tout autre monomère soluble dans l'eau.
3. Modifiant choc selon l'une des revendications 1 et 2 dans lequel le bloc A est compatible avec ladite résine.
4. Modifiant choc selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel la Tg du bloc B est inférieure à 0°C, de préférence inférieure à - 40°C.
5. Modifiant choc selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel le monomère utilisé pour synthétiser le bloc B est choisi parmi :
les diènes tels que le butadiène, l'isoprène, le 2,3-diméthyl-l,3-butadiène, le 1,3- pentadiène, le 2-phényl-l,3-butadiène ;
les poly(diènes) notamment poly(butadiène), poly(isoprène) et leurs copolymères statistiques ;
- les poly(diènes) partiellement ou totalement hydrogénés ;
les polybutadiènes, par exemple le polybutadiène-1,4 ;
les (méth)acrylates d'alkyle tels que l'acrylate d'éthyle, l'acrylate de butyle, l'acrylate de 2-éthylhexyle, l'acrylate d'hydroxyéthyle et le méthacrylate de 2- éthylhexyle.
6. Modifiant choc selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel le monomère utilisé pour synthétiser le bloc C est choisi parmi les composés vinylaromatiques tels que styrène, α-méthyl styrène, vinyl toluène, ou les esters d'alkyle des acides acrylique et/ou méthacrylique ayant de 1 à 18 atomes de carbone dans la chaîne alkyle.
7. Procédé de fabrication d'un modifiant choc selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, ledit procédé comportant une étape d'extrusion, une étape de coupe sous eau et une étape de séchage et dans lequel :
• l'étape d'extrusion est réalisée à travers une filière comportant au moins un orifice d'un diamètre compris entre 0,3 et 0,5mm,
l'étape de coupe sous eau est réalisée dans un granulateur à une température d'eau de coupe supérieure à 70°C permettant d'obtenir un modifiant choc sous forme de microgranulés de diamètre compris entre 400 et 1500 μιη, de préférence compris entre 400 et 1000 μιη, et avantageusement compris entre 500 et 800 μιη.
8. Dispositif de fabrication d'un modifiant choc selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel l'extrudeuse comporte une filière (1) avec au moins un orifice (2) compris entre 0,3 et 0,5 mm et de préférence entre 0,35 et 0,37mm.
9. Dispositif de fabrication d'un modifiant choc selon la revendication 8 dans lequel la filière (1) comporte un ensemble de grappes (3) comportant chacune un nombre d'orifices (2) supérieur à dix.
10. Dispositif de fabrication d'un modifiant choc selon la revendication 8 dans lequel la filière (1) comporte 6 grappes (3) de 15 orifices (2) de diamètre 0,36mm.
11. Dispositif de fabrication d'un modifiant choc selon la revendication 8 dans lequel chaque grappe (3) est disposée dans un avant trou (4) pour diminuer la perte de charge au niveau de la filière (1).
12. Dispositif de fabrication d'un modifiant choc selon l'une quelconque des revendications 8 à 11 dans lequel le séparateur/sécheur assurant l'étape de séchage comprend une grille de séparation (5) avec des ouvertures de diamètre compris entre 1,5 à 2 mm et un maillage carré (6) dont l'espace entre les mailles (6) est compris entre 180 et 220 μιη.
13. Procédé de préparation d'un matériau thermodur à partir d'un matériau thermodurcissable et d'un durcisseur dont au moins un est obtenu par la dissolution, dans un précurseur, d'une composition comportant un modifiant choc selon l'une quelconque des revendications 1 à 6.
14. Procédé de préparation d'un matériau thermodurcissable comportant une étape de dissolution dans un précurseur d'une composition comportant un modifiant choc selon l'une quelconque des revendications 1 à 6.
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