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APPLICATION DES LATEX A L'IMPREGNATION DE SUBSTRATS POREUX
La présente invention se rapporte au domaine de
traitement de surfaces, particulièrement au traitement
renforçant de surfaces des substrats poreux et plus
particulièrement au traitement renforçant des substrats
poreux à l'aide d'un latex renfermant des fonctions acides.
La mise en peinture d'un bâtiment neuf ou à
restaurer nécessite souvent l'application d'une impression
l0 ou d'un primaire permettant l'accrochage de la peinture sur
le support, les besoins étant suivant les cas différents,
car dans le cas d'une rénovation, les fonds sont friables et
farinants contrairement à une construction récente où les
supports sont sains.
1S Les bâtiments sont par ailleurs constitués de
supports de natures très variées comme le ciment, le bëton,
le plâtre ou le bois, et nécessitent donc des impressions en
phase aqueuse ou solvant " universelle ou multifond ".
Les produits utilisés dans ce domaine sont encore
20 principalement à base de solvant, comme c'est le cas de
l'Impriderme, ce qui constitue un problème en termes
d'émission de composés organiques volatils et en termes
d'odeur. D'autres produits en phase aqueuse présentant
d'extrêmement fines tailles de particules sont maintenant
25 proposés mais ces produits présentent l'inconvénient de
n'être que très faiblement concentrés.
>;P 0 644 205 A1 décrit un procédé d'obtention de
latex de très fine taille de particules (inférieure à 100 nm
et de préférence comprise entre 5 et 40 nm), présentant des
30 taux de solide plutôt faibles, de l'ordre de 25~, et son
utilisation dans divers domaines liés aux revêtements
(préservation du bois, produit d'imperméabilisation, produit
pour la papeterie, etc ...) .
Ce document s'appuie essentiellement sur la fine
35 taille des particules de latex, la partie applicative étant
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essentiellement exemplifiée en termes de pénétration dans le
bois et de traitement du textile.
Les Rhodopas Ultrafine, comme l'Ultrafine PR 3500,
fabriqués et commercialisés par Rhodia, présentent des
vertus en termes de taille de particules, de pénétration et
de rhéologie. De ce fait, ils sont appliqués aux domaines de
la consolidation de fonds farinants, du blocage des
remontées salines.
La demanderesse a trouvé que les problèmes évoqués
précédemment peuvent être résolus par l'utilisation d'un
latex ayant une faible taille de particules et renfermant
des fonctions acides.
La présente invention concerne l'utilisation de
latex synthétisés en présence de rësines alcali solubles
comportant des groupements acides, comme des copolymères
styrène anhydride maléfique ou styrène acide (méth)acrylique,
latex qui présentent donc des teneurs en fonction acide
élevées, ce qui n'est pas le cas des latex
traditionnellement utilisés dans le domaine de la peinture
comme le REPOLEM 2423 dont le taux massique de monomère
acide est inférieur à 5~.
Selon une deuxième forme, l'invention concerne
l'utilisation des latex synthétisés en présence d'un
tensioactif macro ou macromoléculaire dont le polymère
dispersé contient des fonctions acides.
Quelle que soit la forme de l'invention, les latex
présentent des tailles de particules moyennes voisines de
100 nm, mais peuvent être obtenus à des taux de solides plus
élevés, supérieurs à 25~ et pouvant aller jusqu'à 50~, ce
qui constitue un avantage indéniable en application.
L'avantage de la solution proposée par la présente
invention par rapport aux solutions connues est qu'elle
permet d'utiliser des latex présentant des extraits secs
supérieurs à 25~, pouvant aller jusqu'à 50~ et qui, malgré
des tailles de particules dans certains cas supérieures à
100 nm, conduisent à des propriétés applicatives supérieures
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à celles obtenues avec les produits en phase solvant et
équivalentes à celles des produits connus de petite taille
de particules qui présentent par contre des taux de solides
plus faibles.
Le premier objet de l'invention est donc
l'utilisation pour le traitement renforçant de substrats
poreux d'un latex constitué d'au moins un polymère dispersé
sous forme de particules de diamètre compris entre 50 et 200
nm et stabilisé par au moins un tensioactif ayant un taux de
solides compris entre 20 et 60~ en poids et
préférentiellement entre 30 et 50~.
La Tg visée est comprise entre -10 et 60°C,
préférentiellement entre 0 et 30°C.
L'extrait sec obtenu est compris entre 20 et 60~,
préférentiellement entre 35 et 50~.
La taille des particules est comprise entre 50 et
200 nm, préférentiellement entre 80 et 120 nm, la viscosité
Brookfield du latex à 23°C est comprise entre 50 et
5 000 mPa.s, de préférence entre 100 et 2 000 mPa.s.
Le latex comporte de 10 à 50~ en poids de
copolymère alcali-soluble à base de styrène/anhydride
maléfique (SMA) ou styrène/acide acrylique (SAA), et de
préférence de 20 à 40~ présentant lui-même un indice d'acide
de 100 à 500 mg KOH/g (taux global de monomère acide dans le
latex . 5 à, 20 ~, voire 30 ~ ) , le reste de la fraction solide
étant constitué du copolymère résultant de la
polymérisation.
Les fonctions acides peuvent être portées
également par le polymère dispersé et/ou par le tensioactif.
Selon l'invention, le latex peut être obtenu par
la copolymérisation en émulsion des monomères en présence,
comme émulsifiant, d'au moins un copolymère styrène-
anhydride maléfique (SMA) ou styrène/acide acrylique (SAA) en
solution aqueuse et sous forme partiellement ou totalement
neutralisée ou sous forme partiellement ou totalement
estérifiée.
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Selon l'invention, le latex peut être obtenu par
la copolymérisation en émulsion des monomères en présence
également d'émulsifiant anionique ou non ionique,
traditionnellement utilisé en polymérisation en émulsion.
Le copolymère SMA ou SAA (copolymère alcali-
solub7_e) utilisé est en particulier un copolymère ayant une
masse moléculaire moyenne en poids comprise entre 5 000 et
000, un rapport molaire styrène/anhydride maléfi que ou
styrène/acide (méth)acrylique compris entre 1/1 et 6/1 et un
10 indice d'acide compris entre 100 et 500 mg KOH/g. I1 est
utilisé notamment sous forme neutralisée en solution
aqueuse, l'agent de neutralisation pouvant être une base
organique comme une amine, ou de l'ammoniaque, ou une base
minérale comme la soude, la potasse, etc ...
15 A titre d'exemples de solutions aqueuses de
copolymères SMA utilisables dans la présente invention, on
peut citer les solutions aqueuses de copolymères styrène-
anhydride maléfique sous forme hydrolysée, neutralisées par
un sel de sodium ou par un sel d'ammonium, commercialisées
par la Société ~~ ATOFINA " pour les premières sous les
dénominations .
- SMA° 1000 HNa, SMA° 2000 HNa, SMA° 3000 HNa et
SMA° 4000
HNa,
et pour les secondes, sous les dénominations .
- SMA° 1000 H, SMA° 2000 H, SMA° 3000 H et SMA°
4000 H.
On peut également citer, comme copolymères de base
devant subir l'hydrolyse, les copolymères styrène-anhydride
maléfique commercialisés par la Société '~ ATOFINA " sous les
dénominations .
- SMA° 1000, SMA° 1000 G, SMA° 2000, SMA° 2000 G,
SMA°
3000, SMA° 3000 G, SMA° 4000 et SMA° 3840.
A titre d'exemple de copolymère SAA, on peut citer
les copolymères commercialisés par Johnson-Polymer comme le
Joncryl 678 ou par Morton comme le Morez 101.
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S
On cite également les copolymères styrène
anhydride maléfique partiellement estérifiés par exemple par
l'isopropanol ou le butanol, en particulier ceux
commercialisés par la Société ~~ ATOFINA " sous les
dénominations .
- SMA° 1440, SMA° 17352 et SMA° 2625.
On utilise avantageusement une solution aqueuse de
copolymère SMA ou SAA avec une concentration de 10 à 40 ~ en
poids, de préférence de 15 à 30~ en poids.
On introduit le copolymère SMA à raison notamment
de 10 à 50~, de préférence de 20 à 30~, en poids par rapport
à la fraction solide du latex, le reste de la fraction
solide étant constitué par le copolymère type styrène-
acrylique résultant de la copolymérisation.
1S L'utilisation d'acide (méth)acrylique en faible
proportion dans le copolymère styrène-acrylique permet
d'améliorer la stabilisation du latex, de réduire le taux de
coagulum formé, tout en réduisant le taux de copolymère
styrène-anhydride maléfique, ce qui augmente encore le taux
d' extrait sec.
On conduit la polymérisation généralement en
présence d'au moins un amorceur de polymérisation
radicalaire choisi parmi les amorceurs hydrosolubles
associés à un agent réducteur et les amorceurs lipophiles. A
titre d'exemples d'amorceurs hydrosolubles, on peut citer le
persulfate d'ammonium, de potassium ou de sodium, le
peroxyde d'hydrogène ou les hydroperoxydes, tels que le
tert.-butylhydroperoxyde. A titre d'exemples d'amorceurs
7_ipophiles, on peut citer les dérivés azoïques et les
peroxydes organiques.
On conduit la polymérisation généralement à une
température de 40 à 95°C, de préférence de 65 à 85°C.
La polymérisation peut être conduite selon un
procédé de réacteur fermé ou semi-continu, l'addition des
monomères se faisant généralement sur une période de temps
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allant de 1 à 6 heures, le copolymère styrène-anhydride
maléfique étant en général introduit dans le réacteur en
début de polymérisation.
Les exemples suivants illustrent la présente
invention sans toutefois en limiter la portée. Dans ces
exemples, les pourcentages sont donnés en poids sauf
indication contraire.
Les monomères sont choisis, de façon non
limitative, en vue de l'obtention de la Tg souhaitée parmi
l0 le styrène, les esters acryliques et méthacryliques, etc ...
La Tg visée est comprise entre -10 et 60°C,
préférentiellement entre 0 et 30°C.
L'extrait sec obtenu est compris entre 20 et 60%,
préférentiellement entre 35 et 50%. La taille des particules
est comprise éntre 50 et 200 nm, préférentiellement entre 80
et 120 nm, la viscosité Brookfield du latex à 23°C est
comprise entre 50 et 5 000 mPa.s, de préférence entre 100 et
2 000 mPa.s.
Les latex sont évalués à différentes dilutions sur
fonds farinant constitué de mélange d'épaississant
cellulosique et de charge CaC03, sur plâtre et placoplâtre,
comparativement à un primaire en phase solvant (résine
acrylique à 10~ du taux de solide) commercialisé par la
société La Seigneurie sous le nom de Impriderme P,
l'objectif étant de déterminer le pouvoir renforçant.
Exemples
Les exemples suivants illustrent l'invention sans
en limiter la portée.
Exemple 1
Dans un réacteur en verre d'une capacité de 3
litres, muni d'une agitation mécanique, on introduit 1025,91
g de solution ammoniacale de SMA 2000 H à 19, 3 ~ auxquels on
ajoute 138,09 g d'eau déminéralisée et l'on porte le mélange
à 85°C sous agitation.
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On prépare par ailleurs une solution aqueuse de
persulfate d'ammonium en dissolvant 10,8 g de persulfate
d'ammonium dans 120 g d'eau déminéralisée.
On prépare également le mélange de monomères qui
est constitué de 600 g de monomères se répartissant de la
manière suivante .
Essais 1.1 1:2 1.3 1.4
Styrne (g) 210 270 300 2_90
ABU (g) 290 330 - -
AEzH (g) - - 300 210
Lorsque le milieu réactionnel atteint 85°C, on
démarre en parallèle l'alimentation de la solution
d'amorceur et du mélange de monomère, l'introduction se
faisant sur 2 heures.
A la fin des coulées, on maintient le milieu
réactionnel 2 heures supplémentaires à 85°C.
Puis on refroidit à température ambiante, on
vidange le réacteur et on filtre sur une toile de 100
micromètres.
Les latex obtenus présentent les caractéristiques
suivantes .
Essais 1.1. 1.2 Z..3 1.4
Coagulum (g) 25 140 220 340
Extrait sec (~) 38,9 39,3 40,1 41,7
Viscosit 22000 26000 280 340
(mPa . s )
Diamtre (nm) 116 124 110 112
PH 8, 6 8, 6 8, 8 8, 9
Tg approximative 30 0 30 0
(C)
Exemple 2
Dans un réacteur en verre d'une capacité de 3
litres, muni d'une agitation mécanique, on introduit x g de
solution ammoniacale de SMA 3000 H à 14,9 auxquels on
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ajoute ~~ y " g d'eau déminéralisée et l'on porte le mélange
à 85°C sous agitation.
Essais 2.1 2_3.
x (g) 1028,9 587,25
y (gj 490, 1 694, 42
Taux de SMA total (~) 30 20
On prépare par ailleurs une solution aqueuse de
persulfate d'ammonium en dissolvant 6,25 g de persulfate
d'ammonium dans 125 g d'eau déminéralisée.
On prépare également le mélange de monomères qui
est constitué de 162, 5 g de styrène et 187, 5 g d' acrylate de
butyle.
Dans le cas de l'essai 2.3, 3,5 g d'acide
méthacrylique neutralisé par 3,5 g d'une solution
ammoniacale à 20~ sont introduits dans le réacteur avant
démarrage des coulées.
Lorsque le milieu réactionnel atteint 85°C, on
démarre en parallèle l'alimentation de 1a solution
d'amorceur et du mélange de monomères, l'introduction se
faisant sur 2 heures.
A la fin des coulées, on maintient le milieu
réactionnel 2 heures supplémentaires à 85°C.
Puis on refroidit à température ambiante, on
vidange le réacteur et on filtre sur une toile de 100
micromètres.
Les latex obtenus présentent les caractéristiques
suivantes _
Essais 2.1 2.3
Coagulum (ppm) 300 500
Extrait sec (~) 25,5 25,9
Viscosit (mPa.s) < 100 < 100
Diamtre (nm) 66 64
PH 9,0 8,8
Tg approximative 30 30
( C)
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Exemple 3
Dans un réacteur en verre d'une capacité de 3
litres, muni d'une agitation mécanique, on introduit 876 g
de solution ammoniacale de SMA 1000 H à 37~ à laquelle on
rajoute 484,5 g d'eau distillée et l'on porte le mélange à
85°C sous agitation.
On prépare par ailleurs une solution aqueuse de
persulfate d'ammonium en dissolvant 13,5 g de persulfate
d'ammonium dans 270 g d'eau déminéralisée.
On prépare également le mélange de monomères qui
est constitué de 279, 72 g de styrène, 461, 16 g d' acrylate de
butyle, 7,56 g d'acide acrylique et 7,56 g d'acrylamide.
Lorsque le milieu réactionnel atteint 85°C, on
démarre en parallèle l'alimentation de la solution
d'amorceur et du mélange de monomères, l'introduction se
faisant sur 2 heures.
A la fin des coulées, on maintient le milieu
réactionnel 2 heures supplémentaires à 85°C.
Puis on refroidit à température ambiante, on
vidange le réacteur et on filtre sur une toile de
100 micromètres.
Le latex obtenu présente les caractéristiques
suivantes .
Essais -__ 3.1 - .
Coagulum (ppm) 8
Extrait sec (%) 45,9
Viscosit (mPa.s) 2600
Diamtre (nm) 108
PH 8 , 6
Tg approximative (C) 0
Exemple 4
Dans un réacteur en verre d'une capacité de
3 litres, muni d'une agitation mécanique, on introduit
761,54 g de solution ammoniacale de Joncryl 678 à 26~
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préparée au préalable, à laquelle on rajoute 60,46 g d'eau
distillée et l'on porte le mélange à 85°C sous agitation.
On prépare par ailleurs une solution aqueuse de
persulfate d'ammonium en dissolvant 10,8 g de persulfate
5 d'ammonium dans 216 g d'eau déminéralisée.
On prépare également le mélange de monomères qui
est constitué de 390 g de styrène et 210 g d'acrylate de
butyle.
Lorsque le milieu réactionnel atteint 85°C, on
10 démarre en parallè~_e l'alimentation de la solution
d'amor_ceur et du mélange de monomères, l'introduction se
faisant sur 2 heures.
A la fin des coulées, on maintient le milieu
réactionnel 2 heures supplémentaires à 85°C, tout en diluant
par ajout d'eau distillée pour ramener l'extrait sec au
voisinage de 30~.
Puis, on refroidit à température ambiante, on
vidange le réacteur et on filtre sur une toile de 100
micromètres.
Le latex obtenu présente les caractéristiques
suivantes .
Essais 4.1
Coagulum (ppm) 200
Extrait sec (~) 48,2
Viscosit (mPa.s) 100
Diamtre (nm) 126
PH
Tg approximative (C) 50
Exemple 5
Dans un réacteur en verre d' une capacité de 3
litres, muni d'une agitation mécanique, on introduit 434,21
g de solution ammoniacale de Morez 101 à 34,2, à laquelle
on rajoute 182,29 g d'eau distillée et l'on porte le mélange
à 85°C sous agitation.
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On prépare par ailleurs une solution aqueuse de
persulfate d'ammonium en dissolvant 8,1 g de persulfate
d'ammonium dans 162 g d'eau déminéralisée.
On prépare également le mélange de monomères qui
est constitué de 292,5 g de styrène et 157,5 g d'acrylate de
butyle.
Lorsque le milieu réactionnel atteint 85°C, on
démarre en parallèle l'alimentation de la solution
d'amorceur et du mélange de monomères, l'introduction se
faisant sur 2 heures.
A la fin des coulées, on maintient le milieu
réactionnel 2 heures supplémentaires à 85°C tout en diluant
par ajout d'eau distillée pour ramener l'extrait sec au
voisinage de 30~.
Puis on refroidit à température ambiante, on
vidange le réacteur et on filtre sur une toi7_e de 100
micromètres.
Le latex obtenu présente les caractéristiques
suivantes .
Essals:-.._ .:.... .,: . ,. ,..,, .. .. 5.1 .;-. ,:. .
Coagulum (ppm) 20
Extrait sec (~) 46,9
Viscosit (mPa.s) 540
Diamtre (nm) 117
P I-i 8
Tg approximative (C) 50
Exemple 6 Évaluation applicative sur fond farinant
Préparation du fond farinant
Le fond farinant est constitué d'un mélange de
carbonates de calcium et d'oxyde de titane (Durcal 10 et Ti02
RL 68) dispersés dans une solution d'épaississant
cellulosique à base de Natrosol 250 HR à 2~, qui est
appliqué par pulvérisation sur une plaque d'agglopan (ciment
de fibres) en épaisseur croissante.
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Application des primaires
On applique sur le fond farinant préparé
précédemment, le primaire constitué des latex non.formulés à
la brosse et à refus (en excès), qui est appliqué à
différentes dilutions.
Sur la même plaque, on applique également le
primaire en phase solvant de référence commercialisé par la
société La Seigneurie sous le nom de Impriderme P, un espace
de fond non farinant sans primaire étant également conservé
en référence.
Extrait 12~ 6~ 3% 1,5~ Impriderme Sans
sec ,~ ~, ,~ ,~ ~, primaire
2 0 um~
paisseur 50 ~m-~
du fond 100 um~
farinant 150 um-~
Schéma de l'application sur la plaque
IS Application de la finition
Après un séchage 24 h à 23°C, 50~ HR (humidité
relative), on applique une finition au rouleau à base de
peinture brillante présentant une Concentration Pigmentaire
Volumique (CPV) de 17% ou une peinture mate présentant une
CPV de 81% et on laisse sécher 8 jours à température
ambiante.
Mesures d'adhérence
L'adhérence de chaque finition sur le fond
imprégné de primaire est évaluée. Pour mesurer cette
adhérence, on trace une croix au cutter en incisant jusqu'au
support, on colle un morceau de ruban adhésif sur la zone
entaillée, puis on l'arrache d'un coup sec.
On évalue la détérioration du film par une
notation de 0 (mauvais) à 10 (excellent), en fonction du
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taux d'adhérence résiduelle du film de peinture et de son
degré de détérioration .
Note Note Note
l0 $ 6
Note Note Note
4' 2 0
S
0 . arrachement/écaillement au-delà de la zone collée,
2 . arrachement/écaillement sur zone collée,
4 . arrachement/écaillement sur 3 quartiers entaillés,
6 . arrachement/écaillement sur 2 quartiers
8 . arrachement/écaillement sur 1 quartier,
10 . pas d'arrachement/écaillement
Dilution 1.3 2.1 3.1 4.1 ImpridermeSans Ultrafine
/
produit primaire PR 3500
12% 9,2 8,3 9,2 9,4 __- 5,7
9 1
6% 8,3 9,1 8,3 7,6 8,9
3% 7,4 8,8 6,8 9,0 6,9
Cotation* obtenue pour les latex examinés
* La cotation est la valeur moyenne de l'ensemble des
mesures faites à une dilution sachant que 3 mesures ont été
faites pour chaque épaisseur (chaque case).
Exemple 7 Evaluation applicative sur plâtre
Le substrat est un carreau de plâtre préfabriqué
avec une surface lisse (légèrement brillante) et cohésive
(pas de farinage). Le primaire est appliqué à la brosse et à
refus (en excès) en 1 passage, à différentes dilutions
(extrait sec de 12% à 1,5~).
2S Après 24 h de séchage, le système est complété par
application d'une couche de peinture mate ou brillante
identique aux peintures mentionnées précédemment et
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l'adhésion est testée de la même manière que sur fond
farinant.
Dilution/1.3 2.1 3.1 4.1 ImpridermeSans Ultrafine Repolem
produit primairePR 3500 2923
12~ 9 9,0 9 8,0 7,1 4,1
7, 3 2
6 9 9,0 9 7,1 8,0 5,0
3s 9 9, 9 7, 6, 2 5, 0
0 8
1,5~ 8,5 8,0 8,3 8,0 6,8
Cotation* obtenue pour les latex examinés
* La cotation est la valeur moyenne de l'ensemble des 3
mesures faites à une dilution donnée.
Exemple 8 . Évaluation applicative sur Placoplâtre
Le substrat est un panneau de placoplâtre de 13 mm
d'épaisseur. Les essais ont été effectués sur l'arrière de
la plaque, l'application et les essais étant réalisés selon
la même méthode que sur plâtre et sur fond farinant.
Dilution 1.3 2.1 3.1 Impriderme Sans
/ primaire
produit
12 ~ 0, 0, 0,
3 3 3 3, 3 1
6~ 2,3 0,3 2
3 ~ 3, 2, 3,
7 3 7
1.5% 4,3 1 4,3
Cotation obtenue pour les latex examinés
* La cotation est la valeur moyenne des 3 mesures faites à
une dilution donnée.
