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WO1999025757A1 - Dispersions silicones aqueuses, formulations notamment de peintures les comprenant et l'un de leur procede de preparation - Google Patents

Dispersions silicones aqueuses, formulations notamment de peintures les comprenant et l'un de leur procede de preparation Download PDF

Info

Publication number
WO1999025757A1
WO1999025757A1 PCT/FR1998/002449 FR9802449W WO9925757A1 WO 1999025757 A1 WO1999025757 A1 WO 1999025757A1 FR 9802449 W FR9802449 W FR 9802449W WO 9925757 A1 WO9925757 A1 WO 9925757A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
resin
dispersion
optionally
pos
chosen
Prior art date
Application number
PCT/FR1998/002449
Other languages
English (en)
Inventor
Denis Cardinaud
Bruno Charruey
Georges Christopher Street
Jean-Pierre Paillet
Original Assignee
Rhodia Chimie
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rhodia Chimie filed Critical Rhodia Chimie
Priority to AU12435/99A priority Critical patent/AU1243599A/en
Priority to AT98955675T priority patent/ATE258948T1/de
Priority to EP98955675A priority patent/EP1034209B1/fr
Priority to DE69821522T priority patent/DE69821522T2/de
Publication of WO1999025757A1 publication Critical patent/WO1999025757A1/fr

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J3/00—Processes of treating or compounding macromolecular substances
    • C08J3/02—Making solutions, dispersions, lattices or gels by other methods than by solution, emulsion or suspension polymerisation techniques
    • C08J3/03—Making solutions, dispersions, lattices or gels by other methods than by solution, emulsion or suspension polymerisation techniques in aqueous media
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L83/00—Compositions of macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen or carbon only; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L83/04—Polysiloxanes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G77/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen or carbon in the main chain of the macromolecule
    • C08G77/04—Polysiloxanes
    • C08G77/045—Polysiloxanes containing less than 25 silicon atoms
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G77/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen or carbon in the main chain of the macromolecule
    • C08G77/04—Polysiloxanes
    • C08G77/14—Polysiloxanes containing silicon bound to oxygen-containing groups
    • C08G77/16—Polysiloxanes containing silicon bound to oxygen-containing groups to hydroxyl groups
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G77/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen or carbon in the main chain of the macromolecule
    • C08G77/80—Siloxanes having aromatic substituents, e.g. phenyl side groups
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2383/00—Characterised by the use of macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen, or carbon only; Derivatives of such polymers
    • C08J2383/04—Polysiloxanes

Definitions

  • Aqueous silicone dispersions in particular formulations of paints comprising them and one of their preparation process.
  • the field of the present invention is that of aqueous siloxane dispersions / emulsions, in which a silicone fraction is curable by crosslinking. These dispersions are intended to be used as active ingredients in formulations of:
  • the siloxane dispersions are combined with conventional organic binders. More specifically, the invention relates to an aqueous silicone dispersion, containing one or more polyorganosiloxanes (POS) intended for crosslinking or having crosslinked by elimination of water or alcohol, according to the polycondensation mechanism intervening, advantageously, at room temperature.
  • POS polyorganosiloxanes
  • This polycondensation involves SiOH silanol groups originally present on the silicone compounds and / or resulting from the hydrolysis of Si-alkoxy precursor groups. The hydrolysis of these precursors leads, in addition to the production of OH, the appearance of alcoholic by-products. This condensation can also directly involve Si-alkoxy groups.
  • the present invention also relates to a process among others for preparing an aqueous silicone emulsion and dispersion, in particular, of the type of those according to the invention.
  • aqueous silicone emulsions intended to be used as raw materials in the manufacture of paints, CSR or sealants and containing one or more silicone oils crosslinkable into elastomers by condensation.
  • Such emulsions are intended to replace all or part of the organic polymer binders hitherto conventionally used, in particular in paints.
  • the technical difficulties encountered in the preparation of these aqueous silicone emulsions are numerous.
  • the storage stability of these oil-in-water (O / W) emulsions should first be mentioned. It is clear that an undesirable phase shift of the aqueous silicone emulsion is completely unacceptable in applications. Attention should also be paid to safety and toxicity issues. Even if these are relatively attenuated due to the use of water as a dispersion medium, the fact remains that harmful products can be generated in situ by hydrolysis (VOC).
  • the curing time of the emulsion silicones should not be too long after application.
  • the reticulate or the elastomer which is formed must be endowed with suitable mechanical properties (hardness, elasticity, resistance to abrasion) adapted to the application concerned.
  • the paints or more precisely the aqueous silicone emulsions which fall into their formulation, have the highest possible binding power.
  • This property is essential, since it determines the cohesion of the paint film which comprises the crosslinked silicone (elastomer). and which is applied on a support.
  • This also conditions the mechanical properties of the paint film, in particular in terms of hardness and abrasion resistance.
  • We are therefore more particularly interested in resistance to wet abrasion (RAH) because it is important for the satisfaction of end consumers that once applied, the paints are washable and / or washable with water.
  • RH wet abrasion
  • the polymeric binders which they contain, in particular the silicones, crosslink correctly so as to produce a film of hard elastomer.
  • this film should not be tacky, so as to avoid dirt sticking to it.
  • the imperfect hardening of the paint film also has the negative impact of reducing its durability and its resistance to external climatic or biological aggressions.
  • the paints are also required to be waterproof from the outside and permeable to water vapor of internal origin.
  • the specifications requested for paints based on aqueous silicone emulsions are:
  • German patent application No. 3,019,655 describes a silicone emulsion which, after removal of water, can be converted into an elastomer under ambient conditions.
  • This silicone emulsion also comprises amorphous silica introduced in the form of a colloidal dispersion.
  • Such silica dispersions are not particularly stable.
  • the pH of the mixture is a critical parameter with regard to stability. It is therefore very difficult to fix.
  • the incorporation of silica is at the origin of a certain inhomogeneity of hardness of the obtainable crosslinked elastomer. This is due to the fact that silica tends to react parasitically with the reactive OH ends of the silicone oil.
  • the siliceous filler is sodium silicate (US No. 4,244,849) or powdered amorphous silica (FR No. 2,463,163).
  • US Patent No. 4,554,187 proposes a silicone emulsion convertible into an elastomer under ambient conditions, by elimination of water and alcohol and comprising: - A polydiorganosiloxane with hydroxyl ends and predominant in the non-aqueous phase;
  • the acyloxy- or alkoxyfunctional crosslinking silicone resin can be a non-amino methylsilicone resin, of formula CH3 Si (0) ⁇ ⁇ (OCH3) Q 8
  • This non-water-soluble resin is introduced in the form of an emulsion. It does not meet the specifications defined above.
  • European patent application No. 0 572 006 discloses aqueous dispersions of POS stable in storage, ready to use and comprising: a majority polydiorganosiloxane (A) provided with condensable groups (OR-OH), such as ⁇ , ⁇ -diOH-polydimethylsiloxane (PDMS); a tin salt type condensation catalyst (B); o a minor quantity [less than 15% by weight relative to the POS (A)] of a POS resin (C) with DT, MT or MQ siloxy units and of molecular weight PM ⁇ 20,000 g / M (the alkyl substituents of the MDT motifs being methyls); o an adhesion promoter (D) comprising one or more basic nitrogen residues; o and polyvinyl alcohol (E).
  • A polydiorganosiloxane
  • OR-OH condensable groups
  • B tin salt type condensation catalyst
  • o a minor quantity [less than
  • the formula for the nitrogen adhesion promoter (D) is very general and covers a multitude of compounds. This patent application teaches the preferred use of promoter (D) of the potassium N- (2-aminoethyl) -3-amino-propylmethylsilanolate type or even of PDMS functionalized with 3- (2- aminoethylamino) units. ) propyl. These recommended adhesion promoters (D) are not hydroxylated.
  • European patent application No. 0 655 475 is in the same vein as EP No. 0 572 006 referred to above and relates to an aqueous dispersion produced on the basis of an emulsion comprising: »An essential quantity of condensable silicone oil of the PDMS type ⁇ , ⁇ -diOH (A);
  • French patent application No. 94 il 410 relates to an aqueous silicone dispersion, crosslinkable into an adherent elastomer, according to a reaction condensation mechanism.
  • This dispersion includes:
  • ⁇ optionally less than 5% by weight in the non-aqueous phase relative to the POS (A) - of at least one hydroxylated and or alkoxylated silicone resin (D); ⁇ and / or optionally at least one alkoxysilane (E);
  • the amino and silicon compound (C) is a resin with an average functionality of silicon greater than 2 and capable of being salified at an acid pH. Such a resin is therefore only water-dispersible or water-soluble at an acid pH. Such a limitation in water solubility is restrictive. In addition, the stability of this emulsion, although satisfactory, nevertheless remains room for improvement. Finally, this resin (C) is not hydroxylated.
  • French patent application No. 96 11 971 also relates to an aqueous silicone dispersion, crosslinkable into an adherent elastomer, by condensation.
  • This dispersion contains the same ingredients (A to G) as that according to application FR No. 94 11 410, with the difference that the compound silicon amine (C) is hydroxylated, in contrast to compound (C) according to application No. 94 11 410.
  • the amino and silicon compound (C) according to application No. 96 11 971 is chosen so that it allows water-dispersibility or water-solubility at any pH. In any case, given the majority presence as silicone, of a linear PDMS with pattern D, this aqueous silicone dispersion is in no way able to meet the specifications set out in the preamble.
  • aqueous silicone emulsion which is stable in the non-crosslinked state, so that it can be applied to glass fibers to coat them in a coating, which is formed after crosslinking of the silicone of the emulsion, by heating to 300 ° C.
  • the stability of the claimed emulsion is three months at room temperature.
  • This emulsion is obtained by preparing two preemulsions A and B separately.
  • the preemulsion A is a catalyst emulsion containing dibutyltin dilaurate as condensation catalyst, a polycarbinol type silicone as a surfactant, and a small amount of crosslinking silane of the methyltrimethoxysilane type.
  • the preemulsion B comprises the major constituent of the final emulsion, namely a polydimethylsiloxane ⁇ , ⁇ -diOH (linear POS with patterns D).
  • This preemulsion B also contains less than 15% by weight relative to the PDMS, of a crosslinking silane of the vinyltrimethoxysilane type, as well as a surfactant.
  • the preemulsions A and B are mixed with each other with a supplement formed by an antifoam. There is no question of paint application in this patent.
  • One of the essential objectives of the present invention is therefore to propose an aqueous silicone dispersion which satisfies, separately and collectively, all the specifications listed above.
  • Another essential objective of the present invention is to provide a basic aqueous silicone dispersion, which can be transformed by the addition of suitable ingredients, into an aqueous formulation optionally containing at least one aqueous emulsion of organic polymeric binders, and intended to form an ecological paint, with strong cohesion, with strong binding power, with high RAH and having no tendency, once applied easily, to become tacky and dirty.
  • Another essential objective of the present invention is to provide a formulation of paint, RSE or the like, putty or any other sealing or construction material comprising the above-mentioned aqueous dispersion.
  • Another essential objective of the present invention is to provide a process for the preparation of the above-mentioned aqueous dispersion.
  • the present invention relates to an aqueous silicone dispersion, usable in particular in the formulation of paints, characterized
  • the droplets of non-aqueous phase of this dispersion are obtained from at least one polyorganosiloxane resin (POS) having the following characteristics, before emulsification:
  • ⁇ be a carrier of condensable hydroxyl substituents and present at least 0.05% by weight
  • the siloxy units T being present in a molar ratio included
  • M + D + T + Q H between 0.5 and 0.85, preferably between 0.55 and 0.80;
  • composition of its non-aqueous phase is as follows:
  • composition is free of activator B if and only if the functions Fa carried by other components of the composition, in particular those carried by A and / or by D, are present in sufficient quantity;
  • D> 0 DC - at least one condensation catalyst selected, preferably, from organometallic compounds, and even more preferably from dialkyltin dicarboxylates; D ⁇ to 3 ⁇ DD - at least one cross-linking agent, preferably selected from the products obtained from silanes and / or siloxanes initially carrying at least two functions -OR d (R d H or aliphatic hydrocarbon radical preferably in C ⁇ C- ⁇ ), per molecule.
  • This co-crosslinking agent is optionally substituted with at least one activation function Fa per molecule;
  • the inventors have overcome this difficulty by developing a composition for the dispersion which is distinguished by the preponderant presence of a POS resin essentially consisting of DT siloxyl units and which is moreover hydroxylated.
  • Another important element in this composition would be the condensation catalyst C, capable of penetrating into the droplets of dispersed silicone phase, easy to obtain thanks to the liquid nature of the resin A.
  • the presence of the corurbanculant D is desirable, especially in the cases where the resin A does not have enough condensable OH functions and / or alkoxy functions convertible into OH by hydrolysis.
  • D can condense with A via their respective silanol or alkoxysilyl functions.
  • Crosslinking in emulsion - characteristic of the invention - makes it possible to increase, in situ, the average molecular weight of resin A and its viscosity.
  • the hydroxylated resin A Before its crosslinking, the hydroxylated resin A has a weight average molecular weight Mw sufficiently low and therefore, in fact, a sufficiently low viscosity, to be able to be emulsified. It is not necessary to predilute this resin in a solvent in order to be able to emulsify it according to conventional procedures.
  • this dispersion according to the invention comprises, after crosslinking, a crosslink or a silicone elastomer endowed with improved mechanical properties (in particular abrasion resistance), without using toxic and dangerous solvents.
  • the proportion of activator B is greater than 0.
  • This basic water-soluble or water-dispersible activator appears to act, in fact, as a condensation cocatalyst, the presence of which is desirable for certain types of resins POS A, whether or not associated with a co-crosslinker D.
  • the dispersion has a content of Volatile Organic Compounds (VOC) less than or equal to 15%. preferably at 10% and more preferably still at 5%; these% being% by weight relative to the non-aqueous phase of the emulsion.
  • VOC Volatile Organic Compounds
  • VOCs can possibly come from the hydrolysis and / or the condensation of
  • the constituents A, B, D of the dispersion are defined in the present description through their initial chemical structure, that is to say that which characterizes them before emulsification. Indeed, as soon as they are aqueous medium, they are transformed by hydrolysis / condensation and their structure then becomes difficult to define.
  • the essential constituent of the dispersion in terms of weight is the resin
  • the hydroxyl groups of this resin are preferably carried by the units T, but a hydroxyl substitution of the units M and or D and / or possibly Q, cannot be excluded.
  • the rate of hydroxylation is expressed in% by weight. According to this mode of expression, the minimum hydroxylation is preferably equal to 0.05%. In practice, it is greater than or equal to 0.3% and more preferably still between 0.5% and 3%. In any event, this rate of hydroxylation should be sufficient to guarantee correct crosslinking and in accordance with the expected level.
  • at least one co-crosslinker D carrying OH crosslinking groups or OR groups d OH precursors are provided in accordance with the invention.
  • R a hydrocarbon group preferably in C, -C 20 , and more preferably still in C ⁇ -C 10 .
  • the concentration of OR groups a be limited, so as not to exceed the alcohol tolerance threshold, with regard to the stability of the emulsion.
  • the dispersion according to the invention has the following qualitative characteristics, each taken independently of one another or in combination with one another:
  • the resin (A) is liquid at ambient atmosphere, this state resulting in a viscosity ⁇ r at 25 ° C of between 50 and 200,000 mPa.s, preferably between 200 and 20,000 mPa.s;
  • this resin (A) is also selected from those of type T (OR a ), DT (OR a ), MDQ (OR a ), MT (OR a ), MQ (OR a ), MDT (OR a ) or mixtures thereof, resins DT (OR a ) and / or MDT (OR a ) being particularly preferred, the radical R a being as defined above.
  • All the viscosities in question in this presentation correspond to a quantity of dynamic viscosity at 25 ° C called "Newtonian", that is to say the dynamic viscosity which is measured, in a manner known per se, at a gradient sufficiently low shear speed for the measured viscosity to be independent of the speed gradient.
  • the POS resin (A) is itself carrying at least one function of activation Fa comprising - preferably a water-soluble amino group.
  • Fa activation functions could be grafted onto the POS resin (A) by any suitable substitution or addition reaction, for example, by condensation or by hydrosilylation of an ethylenically unsaturated reagent carrying at least one Fa function. .
  • Fa grafts POS (A) is perfectly within the reach of those skilled in the art of silicone chemistry.
  • the presence of the activator (B) becomes optional.
  • the functions Fa are identical to or different from each other and chosen from the group comprising the amino, amide, epoxide or urea functions.
  • Fa is an aminoalkyl group, not salified, of general formula: -R 3 -NR 4 H or -R 3 -NH-R 5 - NR 4 H in which:
  • the amine can thus be primary or secondary.
  • HALS groups can be defined as a cyclic hydrocarbon chain (HALS) of formula:
  • radicals R 20 identical or different from one another, are chosen from alkyl radicals, linear or branched, having from 1 to 3 carbon atoms, phenyl and benzyl,
  • GR 21 is chosen from a hydrogen atom, linear or branched alkyl radicals having from 1 to 12 carbon atoms; G t is a number chosen from 0 and 1; G the preferred radicals R 20 being methyl and the radical R 21 being hydrogen or a methyl radical and t being advantageously a number equal to 1.
  • activator (B) it is advantageous, in accordance with the invention, to select it from the classes of products listed below:
  • ammonia and / or water-soluble amines preferably primary or secondary amines
  • the activators B comprising silicon all carry at least one activation function Fa.
  • the latter is linked directly or not to a silicon atom.
  • the water-soluble nature of the activator (B) of the dispersion according to the invention is an important factor. This allows it to more effectively ensure its function of activation and co-catalyst of condensation, since it is thus particularly well dispersed and solubilized in the aqueous continuous phase of the emulsion. Without wishing to be bound by theory, we can advance the explanation that this solubilized form of the activator (B) would have the effect of facilitating the diffusion of the catalyst (C) inside the droplets of silicone phase, within which crosslinking occurs. In the case where the activator (B) test of the silane and / or siloxane type, the hydrophilic nature of the hydroxyls present on these products, gives them the desirable water solubility.
  • activator B is more generally an amine
  • water-solubility should be understood to mean the ability of a product to dissolve in water at a temperature of 25 ° C, at least 5% by weight.
  • the Fa- substituted silanes which can be used as activator (B) can be those obtained eg from monoFa-trialcoxy-monosilanes, such as: H 2 (CH 2 ) 3 -Si (OR) b 3 ; R b being as defined above.
  • these silanes In an aqueous medium, these silanes have a certain tendency hydrolyzing and reacting by OH / OH condensation to form POS-type T resins of the type described below.
  • the ⁇ -aminopropyltrialcoxysilanes or their hydrolysates are preferred activators according to the invention.
  • the water-soluble activator B can also be a linear hydroxylated or alkoxylated polydiorganosiloxane with siloxy units D and or MD and / or a hydroxylated or alkoxylated POS resin comprising siloxy units T and optionally M and or D and / or Q or alternatively units siloxyls Q and M and / or D and or T.
  • alkyl eg methyl, ethyl, isopropyl, tert-butyl and n-hexyl
  • alkenyl eg vinyl, allyl
  • linear hydroxylated POS which can be used as an activator (B)
  • the case where the activator (B) is a water-soluble hydroxylated POS resin is one of the preferred according to the invention.
  • These resins are condensation products (mono or polycondensation-hetero or homo condensation) of monomers, oligomers or POS polymers carrying condensable groups, preferably of hydroxylic nature.
  • the invention thus covers a first type of activator (B) which can be used in practice. It is a water-soluble and hydroxylated silicone resin, obtained:
  • the silane S is advantageously a trialcoxysilane, preferably a trimethoxysilane, a triethoxysilane, a methyldimethoxysilane or a methyldiethoxysilane, carrying an amino function Fa of the type:
  • the Sofh which it comprises are preferably alkoxy radicals, advantageously of C, -C 6 , for example: methoxy, ethoxy or propoxy.
  • This silane S 2 preferably an alkoxysilane, can also contain at least one alkyl substituent, advantageously C 1 -C 6 , for example: methyl, ethyl, propyl.
  • the silane S 3 is preferably an Fa-substituted alkoxysilane. It may, for example, be a trialcoxysilane making it possible to obtain a T (OH) resin.
  • This silane S 3 can be of the same type as the silane S j as defined above.
  • the functions Fa substituting S 3 correspond to the same definition as that given above.
  • the polyhomocondensed resin obtained is a mixture of oligomers containing from 4 to 10 silicon and comprising units:
  • T (OH) RSi (OH) O 2/2
  • T R SiO 3/2
  • the activator (B) can be used in the emulsion according to the invention, either in the natural form in which it is found in the pure state or in the form of hydrolyzate, or in the form of an aqueous solution, this last form being preferred.
  • the catalyst (C) is preferably a tin catalytic compound, generally an organotin salt, preferably introduced in the form of an aqueous emulsion.
  • organotin salts which can be used are described, in particular in the work by NOLL, Chemistry and Technology of Silicones Academy Press (1968), page 337.
  • tin catalytic compound either distannoxanes or polyorganostannnoxanes, or the reaction product of a tin salt, in particular of a tin dicarboxylate on ethyl polysilicate. as described in US-A-3,862,919.
  • reaction product of an alkyl silicate or an alkyltrialkoxysilane with dibutyltin diacetate as described in Belgian patent BE-A-842,305 may also be suitable.
  • tin II salt such as SnCl2 or stannous octoate, is used.
  • the preferred tin salts are the tin bischelates (EP-A-147 323 and EP-A-235 049), the diorgano-tin dicarboxylates and, in particular, the dibutyl- or dioctyltin diversatates (British patent GB- A-1 289 900), dibutyl diacetate or dioctyltin, dibutyl- or dioctyltin dilaurate or the hydrolysis products of the above-mentioned species (eg diorgano and polystannoxanes).
  • this co-crosslinking agent (D) is formed by at least one hydroxylated silicone resin having, per molecule, at least two different siloxy units chosen from those of type M, D, T and Q, at least one being T or a Q; resins of the MQ, MDQ, TD and MDT type being particularly preferred.
  • this hydroxylated silicone resin (D) has a content by weight of hydroxyl groups of between 0.1 and 10% and, more preferably still, between 1 and 6% by weight.
  • this resin (D) is obviously free or practically free of VOCs.
  • the corhowculant (D) can also be chosen from the following products: siliconates, silicates, silicas (in powder or colloidal) and their mixtures. All these products can be used alone or in admixture with or be associated with the hydroxylated resins (D) described above.
  • the silicone resins which can be used as compounds (A) or (D) in the emulsion according to the invention are well-known branched POSs, the methods of preparation of which are described in numerous patents.
  • the resins (A) are liquid resins at room temperature.
  • the resins (D) one could consider using solid resins, but the liquid resins are nevertheless preferable.
  • Aqueous silicone resin emulsions which can be used are described, for example, in patents US-A-4,028,339, US-A-4,052,331, US-A-4,056,492, US-A-4,525,502 and US- A-4 717
  • the surfactant (E) is preferably a nonionic surfactant.
  • These nonionic surfactants are of course the same as those which can optionally be added to the emulsions obtained by emulsion polymerization, as indicated above.
  • anionic surfactants can optionally be used. Mention may be made, by way of examples, of the alkali metal salts of the aromatic sulfonic or alkylsulfuric hydrocarbon acids and the preferred nonionic surfactants are polyoxyethylenated alkylphenols or polyoxyethylenated fatty alcohols.
  • the amount of surfactant that can be used is that commonly used for emulsification, as described in particular in the aforementioned patents and in patent US-A-2891 920.
  • nonionic preferably, ionic or amphoteric surfactants can be used alone or as a mixture between them.
  • the latter is characterized in that its dry extract comprises the following components in the proportions given below:
  • C - catalyst preferably dialkyltin dicarboxylate, preferably emulsion; 0, 1 to 1
  • D 2 to 20 DD - preferably cross-linking, alkyltrialcoxysilane, preferably: 10 to 15 D 0.1 to 30 DE - surfactant chosen, preferably, from non-ionics and, preferably: more preferably still from polyvinyl alcohols 2 to 10 and / or alkoxy fatty alcohols;
  • the dispersion according to the invention comprises from 30 to 90% preferably from 30 to 60% by weight of water for 70 to 10% preferably 70 to 40% by weight of non-aqueous phase.
  • This crosslinking therefore leads to a new product, which constitutes another object of the present invention and which relates to an aqueous silicone dispersion, usable in particular in the formulation of paints, characterized in that the oily silicone phase droplets of this emulsion comprise a silicone resin A 'crosslinked by condensation of OH / OH groups, this resin A' having a content of silanol representing less than 90% of the silanols initially present in the POS resin A.
  • This dispersion containing the cross-linked POS A 'resin may in particular be that obtained from the dispersion comprising the POS A resin as described above.
  • the dispersion according to the invention is a raw material or an ingredient, to which can be added a whole series of functional additives capable of giving it properties suitable for specific applications.
  • the invention also relates to a formulation consisting of an aqueous dispersion, used in particular as paint or the like or sealing or building material, characterized in that, in addition to water, it contains:
  • a siliceous filler or not preferably selected from the following products: precipitated silica or not, colloidal or powdered silica, carbonates, talc, TiO 2 , carbon black, aluminum oxide, alumina hydrated, vermiculite expanded or not, zine oxide, mica, iron oxide, barium sulphate, slaked lime and their mixtures;
  • ⁇ III ⁇ optionally one or more organic dispersions, preferably chosen from those comprising (co) polymers of (meth) acrylic acid and / or acetic acid;
  • ⁇ IV ⁇ optionally one or more thickeners preferably chosen from cellulosic thickeners (e.g. carboxymethylcellulose) acrylic, polyurethane, hydrocolloid gums (xanthan gum) and their mixtures;
  • cellulosic thickeners e.g. carboxymethylcellulose
  • V ⁇ optionally one or more coalescing agents preferably chosen from organic solvents and even more preferably from glycols and or aliphatic petroleum fractions;
  • ⁇ VI ⁇ optionally one or more wetting agents, dispersants preferably chosen from phosphates and / or polyacrylics, such as for example sodium hexamethaphosphate, and sodium polyacrylates respectively; ⁇ VII ⁇ possibly one or more tensioning agents;
  • V ⁇ l ⁇ optionally one or more neutralizing agents; ⁇ IX ⁇ optionally one or more biocides; ⁇ X ⁇ optionally one or more diluent;
  • ⁇ XI ⁇ optionally one or more plasticizers, chosen, preferably from non-reactive silicone oils and / or from alkyl benzenes such as those described in French patent application No. 2,446,849;
  • non-siliceous fillers such as, for example, calcium carbonates.
  • non-siliceous mineral fillers are semi-reinforcing or tamping fillers, having a particle size generally between 1 and 300 ⁇ and a PET surface of less than 50 m 2 / g.
  • the siliceous fillers which can be used are reinforcing or semi-reinforcing. They may, for example, be colloidal silicas, combustion and precipitation silica powder or mixtures thereof. Combustion silica is preferred.
  • siliceous fillers can also be used, such as diatomaceous earth or ground quartz.
  • These siliceous powders have a BET specific surface greater than 50 m / g, preferably between 150 and 350 m 2 / g.
  • These charges II are introduced into the dispersion in the form of dry powders or in the form of colloidal dispersions, for example, by simple mixing.
  • the aqueous dispersion according to the invention is presented as an emulsion in which the continuous phase consists of water and in which the discontinuous phase comprises one or more types of droplets comprising in particular the POS A resin or the cross-linked POS A 'resin, as well as all the other constituents which are not water-soluble or immiscible with water.
  • the present invention relates to a method of preparing an aqueous silicone dispersion, used especially in the formulation of paints, characterized in that it comprises the successive steps essential or not, the following:
  • M + D + T + Q between 0.5 and 0.85, preferably between 0.55 and 0.80; optionally with at least one of the following compounds:
  • At least one basic activator preferably chosen from the following products: ammonia and / or water-soluble amines and / or silanes and / or oligo or polysiloxanes carrying, per molecule, at least a hydroxylated and at least one Fa activation function, as well as among the mixtures of these products.
  • activator B is only used if and only if the functions Fa carried by the other components used, in particular those carried by A or by D, are present in sufficient quantity;
  • the co-crosslinking agent being optionally substituted with at least one Fa activation function per molecule.
  • C - at least one condensation catalyst C preferably selected from organometallic compounds, and more preferably still from dialkyltin dicarboxylates,
  • step 3 • 4 • possible ripening of the dispersion resulting from step 3 so that crosslinking takes place by condensation and in emulsion of the resin, within the droplets of dispersed silicone phase, to ultimately obtain a dispersion of which the droplets of heterogeneous phase contain a crosslinked silicone resin A ′ comprising a silanol content representing less than 90% of the silanols initially present in the POS resin A, as well as siloxy units T and possibly M and or D and / or Q, the
  • T motifs T being present in a molar ratio of between 0.5 and
  • the compounds A to D may already be initially in the form of an emulsion.
  • This preparation process is one of those which can be used to prepare the aqueous silicone emulsion as described above.
  • the compounds (A to E) used in this process meet the qualitative and quantitative characteristics defined above for these compounds.
  • water is first mixed with at least one surfactant E, then the POS resin A as well as the co-crosslinker D formed is then added.
  • surfactant E for preparing a dispersion, water is first mixed with at least one surfactant E, then the POS resin A as well as the co-crosslinker D formed is then added. example, by an alkyltrialcoxysilane.
  • the emulsion is carried out by any appropriate known to those skilled in the art using, for example, by milling eg using a MORITZ ® mill or a planetary dissolver).
  • An emulsion inversion is thus obtained.
  • the mixture of water + surfactant E + resin A + cross-linking agent D spontaneously gives a water-in-oil emulsion which is transformed into an oil-in-water emulsion during the emulsification.
  • this curing / crosslinking time can be accelerated by increasing the temperature of the emulsion.
  • the present invention also relates to a process for the preparation of an aqueous dispersion, usable in particular as a paint or the like or of sealing or building material, characterized in that it consists essentially in mixing the emulsion as defined above. above and / or that obtained by implementing the process also defined above, with:
  • a siliceous filler or not preferably selected from the following products: precipitated silica or not, colloidal or powdered silica, carbonates, talc, TiO 2 and their mixtures;
  • ⁇ III one or more organic dispersions, preferably chosen from those comprising (co) polymers of (meth) acrylic acid and / or acetic acid ;
  • ⁇ IV ⁇ one or more thickeners chosen, preferably, from acrylic cellulosic thickeners, polyurethane, hydrocolloid gums and their mixtures;
  • coalescing agents chosen, preferably, from organic solvents and even more preferably from glycols and / or aliphatic petroleum fractions;
  • VI ⁇ one or more wetting agents, dispersants preferably chosen from phosphates and / or polyacrylics;
  • IX one or more biocides
  • ⁇ X one or more diluent
  • the dispersion prepared according to this process can be, in particular, that which is described above and which constitutes one of the objects of the present invention.
  • the mixtures of functional additives with the basic aqueous silicone dispersion are produced according to procedures and using conventional devices perfectly known to those skilled in the art.
  • the present invention also relates to all finished products including in particular: - water-based paints, plasters, lazures, impregnations, semi-thick coatings (RSE), etc.
  • - aqueous sealing materials sealants, joints, glues ...
  • high performance concrete, filling and filling material, etc. comprising the dispersion including the POS A resin and / or the dispersion including the crosslinked POS resin (A ') as described above or as obtained by the processes also defined above.
  • the invention relates more particularly to paints formed by aqueous dispersions comprising the ingredients I to XII mentioned above.
  • aqueous silicone dispersions Before using the aqueous silicone dispersions in the formulation of the aqueous dispersions such as paints, it is preferable to wait until said emulsions have been subjected to a curing / crosslinking step of sufficient duration, so that the resin POS A 'contained in the droplets is sufficiently crosslinked.
  • the paints obtained using the dispersions according to the invention are extremely easy to apply, by application in the form of a film using any suitable tool or means: brush, spray, etc.
  • the paint films obtained are low toxicity and have a resistance to the high wet abrasion. They are quite satisfactory with regard to external water impermeability and internal water vapor permeability.
  • the aqueous dispersions according to the invention dry quickly.
  • the present invention is not limited to the paint application but naturally encompasses all the applications that can be envisaged for aqueous silicone dispersions as presented above.
  • ⁇ POS A resin hydroxylated methyl silicone resin at 2.5 to 2.7% by weight, with a molecular weight of Mw of approximately 1500 g / M and Mn of approximately
  • ⁇ Activator B aqueous hydrolyzate of gamma-amino-propyltriethoxysilane at 20% active material, from which the alcohol was removed by stripping (OSI commercial product ® Type VS 142).
  • Catalyst C tin dioctyldilaurate emulsion 35% active material in tin carried out with a polyvinyl alcohol type surfactant, in this case the product sold under the trade mark ® RHODOVIOL
  • - E 2 surfactant of ethoxylated fatty alcohol type comprising approximately 12 OE units and an HLB of approximately 14.5; the type marketed under the brand Renex ® 30 (ICI); - E 3 : surfactant of ethoxylated fatty alcohol type comprising approximately 8 EO and an HLB of approximately 13; of the Genapol X080 type (HOECHST);
  • the amount of dry extract is determined by weighing after dispersion for 1 hour at 105 ° C.
  • active ingredients dry extract resin A + cross-linking agent D + catalyst C + Amine silane activator B - volatile alkoxyl released during polycondensation
  • the wetting and thickening solutions are prepared so that all of the paint components are added one after the other, in the order mentioned, in a mixer.
  • the pasting of the pigments is carried out at a slow dispersion speed.
  • the dispersion is carried out at a rapid speed.
  • the manufacture of the paint continues with the slow addition of the other constituents of the paint. It is preferable to add the siloxane emulsion after the latex.
  • An emulsion film is applied directly to a glass plate and then dried at a temperature of 23 ° C and a relative humidity of 55% for 2 days.
  • the catalyzed dispersion dries while this is not the case without catalysis.
  • the catalyzed dispersions make it possible to formulate paints which have a high wet binding power.
  • the binding power is characterized by the wet abrasion resistance test (RAH).
  • the RAH is low for an uncatalyzed dispersion [comparative examples 1 (resin)
  • the binding power is directly related to the amount of activator B (amino silane hydrolyzate) used.
  • emulsions do not dry well if they only contain catalyst C (tin salts) or only activator B (amino silane). It is therefore preferable to use catalyst C (Sn salts) and activator B (amino silane) EXAMPLES 29 AND 30: PREPARATION OF OTHER DISPERSIONS WITH OTHER WATER-SOLUBLE AMINO ACTIVATORS (B) THAN AMINE SILANES, TO KNOW AMMONIA
  • NMR differentiates silicon atoms of different connectivity, connectivity being the number of siloxane bridges established by the silicon.
  • the motif T (OH) is of connectivity 2, while T is of connectivity 3.
  • Table NI NMR
  • the Distribution of Molar Masses evolves in the same direction: the resin of the emulsion of example 31 an average molar mass by weight of 560 g / mol, while the sample of example 32, after 30 days of storage , has a mass of 760 g / mol.

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Abstract

L'invention concerne une dispersion silicone aqueuse contenant des polyorganosiloxanes (POS) réticulables ou réticulés par polycondensation. Le but de l'invention est de fournir une dispersion de ce type qui remédie aux carences des dispersions connues, et qui soit apte à réticuler correctement et suffisamment en un élastomère qui confère à l'application finale (e.g. peinture) des propriétés notamment mécaniques et rhéologiques convenables. L'invention satisfait à cet objectif en proposant une dispersion silicone aqueuse utilisable notamment dans la formulation de peinture et caractérisée en ce que les gouttelettes de phase non aqueuse qui la constituent sont obtenues à partir d'une résine POS A réticulable par condensation OH/OH ou OH/OR et comprenant au moins 50 % molaire de motifs siloxyles T(RaSiO3/2); et en ce qu'elle comprend également un activateur B basique de type résine POS hydroxylée, un catalyseur de condensation C du type sel d'étain, un coréticulant D du type hydrolysat de trialcoxysilane et un tensioactif E; ces composés étant choisis de manière à permettre la réticulation à l'intérieur des gouttelettes de phase non aqueuse pour obtenir in situ en émulsion une phase dispersée silicone réticulée à poids moléculaire accru. Application: formulation de peintures ou analogues, de matériaux d'étanchéification (mastic) ou de matériau de construction.

Description

Dispersions silicones aqueuses, formulations notamment de peintures les comprenant et l'un de leur procédé de préparation.
Le domaine de la présente invention est celui des dispersions/émulsions siloxanes aqueuses, dans lesquelles une fraction silicone est durcissable par réticulation. Ces dispersions ont vocation à être utilisées comme ingrédients actifs dans des formulations de :
- peintures à l'eau, crépis, lazures, imprégnations, revêtements semi- épais (RSE). - matériaux d'étanchéification aqueux : mastics, joints, colles ...
- matériaux de construction : bétons hautes performances, matériau de comblement & rebouchage....
Dans ces formulations, les dispersions siloxanes sont associés à des liants organiques conventionels. Plus p écisément, l'invention concerne une dispersion silicone aqueuse, contenant un ou plusieurs polyorganosiloxanes (POS) destinés à réticuler ou ayant réticulés par élimination d'eau ou d'alcool, selon le mécanisme de polycondensation intervenant, avantageusement, à température ambiante. Cette polycondensation fait intervenir des groupements silanols SiOH présents à l'origine sur les composés silicones et/ou issus de l'hydrolyse de groupements précurseurs Si-alcoxy. L'hydrolyse de ces précurseurs entraîne, outre la production d'OH, l'apparition de sous-produits alcooliques. Cette condensation peut aussi directement impliquer des groupements Si-alcoxy.
La présente invention concerne également un procédé parmi d'autres de préparation d'émulsion et de dispersion silicones aqueuses, notamment, du type de celles selon l'invention.
La demande du marché des producteurs de formulations du type de celles énumérées ci-dessus pour des produits écologiques, peu ou pas toxiques (notamment sans solvant organique volatil) et d'utilisation commode et aisé (lavage des outils e.g.), a suscité le développement de dispersions/émulsions aqueuses susceptibles de remplacer, avantageusement, les solutions et dispersions de liants polymères organiques et/ou de silicones dans des solvants ou composés organiques volatils (COV).
C'est ainsi que sont apparues des émulsions silicones aqueuses destinées à être utilisées comme matières premières dans la fabrication de peintures, de RSE ou de mastics et contenant une ou plusieurs huiles silicones réticulables en élastomères par condensation. De telles émulsions ont vocation à se substituer en tout ou partie aux liants polymères organiques jusqu'alors classiquement employés, notamment dans les peintures. Les difficultés techniques rencontrées dans l'élaboration de ces émulsions silicones aqueuses sont nombreuses. On peut en distinguer une première catégorie commune à toutes les applications finales visées et une seconde catégorie plus spécifique aux peintures et RSE. S 'agissant de la première catégorie, il convient de citer en premier lieu la stabilité au stockage de ces émulsions huile dans eau (H/E). Il est clair qu'un déphasage indésirable de l' emulsion silicone aqueuse est totalement rédhibitoire dans les applications. Il convient également de porter une grande attention aux problèmes de sécurité et de toxicité. En effet, même si ceux-ci sont relativement atténués du fait de l'emploi d'eau comme milieu de dispersion, il n'en demeure pas moins que des produits nocifs peuvent être générés in situ par hydrolyse (COV).
Par ailleurs, le temps de durcissement des silicones de F emulsion ne doit pas être trop long après application. En outre, le réticulat ou l'élastomère qui se forme doit être doué de propriétés mécaniques convenables (dureté, élasticité, résistance à l'abrasion) adaptées à l'application concernée.
Il va également de soi que l'émulsion silicone aqueuse ou les produits préparés à partir de celle-ci, se doivent d'être d'utilisation aisée. Enfin, il importe que, quelque soit l'utilisation visée, le matériau obtenu après application (film, revêtement, joint, comblement) adhère parfaitement au support sur lequel il est appliqué
En ce qui concerne la deuxième catégorie de difficultés propres aux peintures et aux RSE, il faut insister sur le fait que la stabilité des émulsions de peinture est encore plus cruciale. En outre, une peinture se doit d'être facilement applicable sous forme de film par les moyens connus pinceau, rouleau, projection, immersion.
Il est également essentiel que les peintures ou plus exactement les émulsions silicones aqueuses qui rentrent dans leur formulation, possèdent un pouvoir liant le plus élevé possible Cette propriété est capitale, car elle détermine la cohésion du film de peinture qui comprend le silicone réticulé (élastomère) et qui est appliqué sur un support. Cela conditionne également les propriétés mécaniques du film de peinture, en termes de dureté et de résistance à l'abrasion notamment. On s'intéresse ainsi plus particulièrement à la résistance à l'abrasion humide (RAH) car il est important pour la satisfaction des consommateurs finaux, qu'une fois appliquées, les peintures soient lavables et/ou lessivables à l'eau. Il est de plus capital pour les peintures que les liants polymères qu'elles contiennent, en particulier les silicones, réticulent correctement de manière à produire un film d' élastomère dur. En d'autres termes, ce film ne doit pas être poisseux, de manière à éviter que des salissures se collent dessus. Le durcissement imparfait du film de peinture a également pour répercussion néfaste de diminuer sa durabilité et sa résistance aux agressions extérieures climatiques ou biologiques. Il est également demandé aux peintures d'être imperméables à l'eau provenant de l'extérieur et perméables à la vapeur d'eau d'origine interne. En résumé, les spécifications demandées aux peintures à base d' émulsions silicones aqueuses, sont :
- caractère écologique (sécurité, non toxicité),
- fort pouvoir liant et forte cohésion (RAH élevé),
- dureté synonyme de durabilité et d'aspect propre et non poisseux
- perméabilité à la vapeur d'eau - caractère hydrofuge.
Diverses propositions de l'art antérieur ont tenté de satisfaire, en vain, au cahier des charges ci-dessus défini.
La demande de brevet allemand N° 3 019 655 décrit une emulsion silicone qui, après élimination d'eau, peut être convertie en un élastomère dans des conditions ambiantes. Cette emulsion silicone comprend également de la silice amorphe introduite sous forme de dispersion colloïdale. De telles dispersions de silice ne sont pas particulièrement stables. Le pH du mélange est un paramètre critique au regard de la stabilité. Il est donc très délicat à fixer. Par ailleurs, l'incorporation de silice est à l'origine d'une certaine inhomogénéité de dureté de l'élastomère réticulé obtenable. Ceci est dû au fait que la silice a, en effet, tendance à réagir de façon parasite avec les extrémités OH réactives de l'huile silicone.
Dans d'autres propositions antérieures, la charge siliceuse est du silicate de sodium (US N° 4 244 849) ou de la silice amorphe en poudre (FR N° 2 463 163).
Ces trois derniers brevets enseignent que pour obtenir une emulsion monocomposante stable au stockage, il faut fixer son pH à des valeurs supérieures ou égales à 8,5 ou 9, de préférence à 10. Les émulsions selon ces brevets ne répondent pas aux attentes du domaine technique, en matière de stabilité, de propriétés mécaniques de pouvoir liant, de cohésion, de dureté et d'adhérence sur support.
Le brevet américain N° 4 554 187 propose une emulsion silicone convertible en un élastomère dans des conditions ambiantes, par élimination d'eau et d'alcool et comprenant : - un polydiorganosiloxane à extrémités hydroxyles et prépondérant dans la phase non-aqueuse ;
- une résine silicone alcoxy ou acyloxy fonctionnelle réactive, utile comme agent de réticulation et donc à ce titre présent en quantité minime dans la phase non aqueuse ;
- un catalyseur du type sels d'étain ;
- des charges thixotropiques de nature siliceuse ou non ;
- et des charges non thixotropiques telles que Ca(OH)2-
La résine silicone réticulante acyloxy- ou alcoxyfonctionnelle peut être une résine méthylsilicone non aminée, de formule CH3 Si (0)\ \ (OCH3)Q 8 Cette résine non hydrosoluble est introduite sous forme d'émulsion. Elle ne satisfait pas au cahier des charges défini supra.
La demande de brevet européen N° 0 572 006 divulgue des dispersions aqueuses de POS stables au stockage, prêtes à l'emploi et comprenant : un polydiorganosiloxane (A) majoritaire pourvu de groupements condensables (OR-OH), tel que l'α,ω-diOH-polydiméthylsiloxane (PDMS) ; un catalyseur (B) de condensation du type sel d'étain ; o une quantité mineure [inférieure à 15 % poids par rapport au POS (A)] d'une résine POS (C) à motifs siloxyles DT, MT ou MQ et de poids moléculaire PM < 20 000 g/M (les substituants alkyles des motifs MDT étant des méthyles) ; o un promoteur d'adhérence (D) comportant un ou plusieurs restes azotés basiques ; o et de l'alcool polyvinylique (E). Ces dispersions peuvent notamment être employées dans la formulation de peintures. La formule du promoteur d'adhérence azoté (D) est très générale et couvre une multitude de composés. Cette demande de brevet enseigne l'utilisation de manière privilégiée de promoteur (D) du type N-(2-aminoéthyl)-3-amino-propylméthyl- silanolate de potassium ou bien encore de PDMS fonctionnalisé par des motifs 3-(2- aminoéthylamino)propyle. Ces promoteurs d'adhérence (D) recommandés ne sont pas hydroxyles.
Enfin, les dispersions aqueuses et les élastomères selon cette demande européenne antérieure ne satisfont pas correctement au cahier des charges susvisé notamment, en ce qui concerne le fort pouvoir liant requis pour augmenter la cohésion et la RAH.
La demande de brevet européen N° 0 655 475 est dans la même veine que l'EP N° 0 572 006 visé supra et concerne une dispersion aqueuse réalisée à base d'une emulsion comprenant : » une quantité essentielle d'huile silicone condensable du type PDMS α,ω-diOH (A) ;
* une quantité mineure de résines POS (B) alcoxylées voire acétoxylées ou oximées et de PM inférieur à 20 000 g M ; * et d'un composé aminé ( C ), e.g. : silanolate de potassium du type N-
(2-aminoéthyl)-3-aminoρropylsilanolate de potassium ou bien encore PDMS N-(2 aminoéthyl)-3-aminopropylméthyl substitué ; cette dispersion étant caractérisée en ce qu'elle ne contient aucun catalyseur organométallique. Les composés (A),(B) et (C) l'EP N° 0 655 475 correspondent respectivement aux composés (A) (C), (D) de l'EP N° 0572006.
L'emploi de résines alcoxylées voire acétoxylées ou oximées, a pour conséquence de générer des COV indésirables lors de la réticulation.
La demande de brevet français N° 94 il 410 concerne une dispersion silicone aqueuse, réticulable en un élastomère adhérent, selon un mécanisme réactionnel de condensation. Cette dispersion comprend :
Δ un POS (A) du type PDMS α,ω-diOH,
Δ un tensioactif (B),
Δ un composé aminé silicié ( C ) présent en faible quantité [inférieure à 5 % par rapport au POS (A)] formé de plusieurs unités récurrentes alcoxylées de formule : R R (OR3)z SiO^x + y + z) l 2, avec z compris entre 0,2 et 2 ; R1, R3 = méthyle et R2 = reste azoté ;
Δ éventuellement moins de 5 % en poids dans la phase non aqueuse par rapport au POS (A) - d'au moins une résine silicone hydroxylée et ou alcoxylée (D) ; Δ et/ou éventuellement au moins un alcoxysilane (E) ;
Δ et/ou éventuellement au moins un catalyseur de condensation (F), et/ou éventuellement au moins une charge (G) siliceuse ou non.
Le composé aminé et silicié ( C ) est une résine de fonctionnalité moyenne en silicium supérieure à 2 et susceptible d'être salifiée à un pH acide. Une telle résine n'est donc hydrodispersable ou hydrosoluble qu'à un pH acide. Une telle limitation au niveau de l'hydrosolubilité est contraignante. En outre, la stabilité de cette emulsion, bien que satisfaisante, reste néanmoins perfectible. Enfin, cette résine (C) n'est pas hydroxylée.
La demande de brevet français N° 96 11 971 non encore publiée, est relative elle-aussi à une dispersion silicone aqueuse, réticulable en un élastomère adhérent, par condensation. Cette dispersion contient les mêmes ingrédients (A à G) que celle selon la demande FR N° 94 11 410, à la différence près que le composé aminé silicié (C) est hydroxylé, contrairement au composé (C) selon la demande N° 94 11 410. En outre, le composé aminé et silicié (C) selon la demande N° 96 11 971 est choisi de telle sorte qu'il permette une hydrodispersabilité ou une hydrosolubilité à tout pH. De toute façon, étant donné la présence majoritaire à titre de silicone, d'un PDMS linéaire à motif D, cette dispersion silicone aqueuse n'est nullement en mesure de répondre au cahier des charges fixé en préambule.
On connaît également par le brevet US N° 4 277 382 une emulsion silicone aqueuse stable à l'état non réticulé, de sorte qu'elle peut être appliquée sur des fibres de verre pour les enrober dans un revêtement, qui se forme après reticulation du silicone de l'émulsion, par chauffage à 300°C. Selon ce brevet, la stabilité de l'émulsion revendiquée est de trois mois à température ambiante. Cette emulsion est obtenue en préparant séparément deux préémulsions A et B. La préémulsion A est une emulsion de catalyseur contenant du dilaurate de dibutylétain comme catalyseur de condensation, un silicone de type polycarbinol à titre de tensioactif, et une faible quantité de silane de reticulation du type méthyltriméthoxysilane. La préémulsion B comporte le constituant majeur de l'émulsion finale, à savoir un polydiméthylsiloxane α,ω-diOH (POS linéaire à motifs D). Cette préémulsion B contient en outre moins de 15 % en poids par rapport au PDMS, d'un silane de reticulation du type vinyltriméthoxysilane, ainsi qu'un tensioactif. Les préémulsions A et B sont mélangées l'une à l'autre avec un complément formé par un antimousse. Il n'est nullement question d'application peinture dans ce brevet.
A l'issue de cette revue de l'état de la technique, force est de constater la carence existant en une dispersion siloxane aqueuse :
— > susceptible d'être utilisée dans des formulations de peintures, de RSE ou analogues voire de mastic ou de matériau d'étanchéification ou de construction,
→ et apte à réticuler correctement et suffisamment par condensation, en un élastomère ou un réticulat, qui confère à l'application finale (e.g. peinture) : - un fort pouvoir de liant
- une excellente cohésion
- une RAH élevée
- un état de surface propre et sec
- une bonne durabilité - des caractéristiques de sécurité de non toxicité convenables
- une imperméabilité à l'eau et une perméabilité à la vapeur d'eau satisfaisantes
- une aptitude à être appliqué en film mince,
- une facilité d'utilisation comprenant notamment - la possibilité de nettoyage à l'eau - des outils ayant servis à la préparation et à l'emploi de la dispersion ou de la peinture
- une stabilité au stockage élevée et pérène - supérieure à 3 mois - (maintien de la teneur en COV ou en alcools produits in situ inférieur à un seuil de rupture de la dispersion)
- et un important pouvoir d'adhérence sur support pour les films obtenus à partir de cette dispersion ou des produits finaux qui font entrer cette emulsion dans leur constitution. L'un des objectifs essentiel de la présente invention est donc de proposer une dispersion silicone aqueuse satisfaisant, séparément et collectivement, à toutes les spécifications énumérées ci-dessus. Un autre objectif essentiel de la présente invention est de fournir une dispersion silicone aqueuse de base, qui puisse être transformée par addition d'ingrédients adaptés, en une formulation aqueuse contenant éventuellement au moins une emulsion aqueuse de liants polymères organiques, et ayant vocation à former une peinture écologique, à forte cohésion, à fort pouvoir liant, à RAH élevé et n'ayant pas de tendance, une fois appliquée aisément, à devenir poisseuse et sale.
Un autre objectif essentiel de la présente invention est de fournir une formulation de peinture, de RSE ou d'analogues, de mastic ou de tout autre matériau d'étanchéification ou de construction comprenant la dispersion aqueuse sus-visée. Un autre objectif essentiel de la présente invention est de fournir un procédé de préparation de la susdite dispersion aqueuse.
Ces objectifs et d'autres sont atteints par la présente invention, qui procède de la mise en évidence, après de longues études et expérimentations et de manière tout à fait surprenante et inattendue, de la possibilité d'améliorer les caractéristiques mécaniques de dureté et de résistance à l'abrasion des silicones contenus dans les émulsions. en sélectionnant à titre de constituants essentiels de la phase non-aqueuse, une classe particulière de résines siloxanes principalement formées de motifs T et en choisissant le reste de la composition de telle sorte que se produise une reticulation et une forte augmentation du poids moléculaire de cette résine, à l'intérieur des goutelettes de phase siloxane dispersée. Cela permet d'obtenir une dispersion aqueuse de silicone réticulé. D'où il s'ensuit que la présente invention concerne une dispersion silicone aqueuse, utilisable notamment dans la formulation de peintures, caractérisée
0 en ce que les gouttelettes de phase non-aqueuse de cette dispersion sont obtenues à partir d'au moins une résine A polyorganosiloxanique (POS) ayant pour particularités, avant émulsification :
→ d'être porteuse de substituants hydroxyles condensables et présents à hauteur d'au moins 0,05 % en poids ;
→ et de comporter des motifs siloxyles D, T et éventuellement M et/ou
T
O, les motifs siloxyles T étant présents dans un ratio molaire compris
M + D + T + Q H entre 0,5 et 0,85, de préférence entre 0,55 et 0,80 ;
0 et en ce que la composition de sa phase non-aqueuse est la suivante :
D parties en poids D
D 100 D A - une ou plusieurs résines POS du type de celle définie ci-dessus et éventuellement substituée par au moins une fonction d'activation Fa ;
D 0 à 20 D B - au moins un activateur basique choisi - de préférence -
Δ parmi les aminés hydrosolubles ou hydrodispersables
Δ et ou parmi les produits obtenus à partir de silanes et/ou les oligo ou polysiloxanes porteurs, par molécule et avant émulsification, d'au moins un hydroxyle et d'au moins une fonction d'activation
Fa,
Δ ainsi que parmi les mélanges de ces produits, avec la condition selon laquelle la composition est exempte d' activateur B si et seulement si les fonctions Fa portées par d'autres composants de la composition, en particulier celles portées par A et/ou par D, sont présentes en quantité suffisante ;
D > 0 D C - au moins un catalyseur de condensation sélectionné, de préférence, parmi les composés organométalliques, et plus préférentiellement encore parmi les dicarboxylates de dialkylétain ; D θ à 3θ D D - au moins un coréticulant, de préférence sélectionné parmi les produits obtenus à partir de silanes et/ou de siloxanes initialement porteurs d'au moins deux fonctions -ORd (Rd = H ou radical hydrocarboné aliphatique de préférence en C^C-^), par molécule.
Ce coréticulant étant éventuellement substitué par au moins une fonction d'activation Fa par molécule ;
D θ à 3θ D E - au moins un tensioactif. Le problème de l'amélioration des caractéristiques mécaniques et rhéologiques des POS contenus dans ce genre d' émulsions, a été résolu par les inventeurs, qui ont eu le grand mérite de comprendre que la solution passait par une augmentation de la dureté du POS réticulé et donc par l'acroissement de la densité de reticulation. Une fois cette réflexion faite, les inventeurs se sont trouvés confrontés à la difficulté consistant à augmenter le poids moléculaire de l'élastomère réticulé (ou autrement dit le taux de reticulation), sans compromettre l'aptitude requise pour le POS d'être aisément émulsifiable. Cela suppose que le silicone soit suffisamment liquide. Les inventeurs ont surmonté cette difficulté en élaborant une composition pour la dispersion qui se distingue par la présence prépondérante d'une résine POS essentiellement constituée de motifs siloxyles DT et qui est par ailleurs hydroxylée. Un autre élément important dans cette composition serait le catalyseur de condensation C, apte à pénétrer dans les gouttelettes de phase silicone dispersée, facile à obtenir grâce au caractère liquide de la résine A. Selon l'invention, il est préférable de prévoir un activateur B, pour favoriser ce phénomène inattendu, qu'est la reticulation in situ de la résine A à motifs DT, dans les gouttelettes stables.
La présence du coréticulant D est souhaitable, surtout dans les cas où la résine A ne présente pas suffisamment de fonctions condensables OH et/ou de fonctions alcoxy transformables en OH par hydrolyse. En effet, D peut se condenser avec A par l'intermédiaire de leurs fonctions silanols ou alcoxysilyles respectives. Les fonctions ORd avec Rd = H de D peuvent être celles existant à l'origine sur D ou celles provenant de l'hydrolyse de fonctions -ORd avec Rd = groupement hydrocarboné, de préférence en C C^. Contre toute attente, il apparaît que cette dispersion est stable durablement et qu'elle satisfait aux objectifs assignés d'amélioration du pouvoir liant et de la RAH, de facilité de préparation et d'utilisation, de barrière sélective aux échanges d'eau forme liquide ou forme vapeur, et de sécurité non toxicité. En outre, il est particulièrement surprenant de constater qu'après mûrissement / reticulation du POS (A) en POS (A'), la dispersion est toujours filmogène. En effet, nonobstant leur état réticulé et leur masse moléculaire augmentée, on observe à la mise sous forme de film, que les gouttelettes de résine (A) coalescent et que la dispersion sèche.
La reticulation en emulsion - caractéristique de l'invention - permet d'accroître, in situ, le poids moléculaire moyen de la résine A et sa viscosité. Avant sa reticulation, la résine A hydroxylée présente un poids moléculaire moyen en poids Mw suffisamment bas et donc, de fait, une viscosité suffisamment basse, pour pouvoir être émulsifiée. Il n'est pas nécessaire de prédiluer cette résine dans un solvant pour pouvoir la mettre en emulsion selon les procédures classiques.
En conséquence, cette dispersion selon l'invention comprend, après reticulation, un réticulat ou un élastomère silicone doué de propriétés mécaniques, (notamment de résistance à l'abrasion), améliorées, sans utiliser de solvants toxiques et dangereux.
Selon un mode préféré de réalisation de l'invention, la proportion d'activateur B est supérieure à 0. Cet activateur basique hydrosoluble ou hydrodispersable semble agir, en effet, comme un cocatalyseur de condensation, dont la présence est souhaitable pour certains types de résines POS A, associées ou non à un coréticulant D.
Suivant une caractéristique avantageuse de l'invention, la dispersion a une teneur en Composés Organiques Volatils (COV) inférieure ou égale à 15 %. de préférence à 10 % et, plus préférentiellement encore à 5 % ; ces % étant des % en poids par rapport à la phase non-aqueuse de l'émulsion.
Ces COV peuvent éventuellement provenir de l'hydrolyse et/ou de la condensation de
Substituants organo fonctionnels hydrolysables (Sofh) du type alcoxy, dont peut être porteur la résine A et ou l'activateur B et ou le coréticulant D.
Il est important de veiller à ce que cette teneur en COV et, en particulier, en alcool hydrosoluble issu de l'hydrolyse de groupements alcoxy, reste dans les limites sus- indiquées. En effet, un excès d'alcool serait susceptible de provoquer la rupture de l'émulsion.
Ainsi, selon une disposition préférée de l'invention, les constituants de la dispersion et en particulier les constituants A, B et D sont exempts de groupements Si-ORa, SiORb, SiORd respectivement, dans lesquels Ra, Rb, Rd = radical hydrocarboné, de sorte que la dispersion présente une teneur nulle ou sensiblement nulle en COV.
Les constituants A, B, D de la dispersion sont définis dans le présent exposé au travers de leur structure chimique initiale, c'est-à-dire celle qui les caractérisent avant émulsification. En effet, dès lors qu'ils sont milieu aqueux, ils se transforment par hydrolyse/condensation et leur structure devient alors difficilement définissable.
Le constituant essentiel de la dispersion sur le plan pondéral est la résine
POS A. Les groupements hydroxyles de cette résine sont préférentiellement portés par les motifs T, mais une substitution hydroxyle des motifs M et ou D et/ou éventuellement Q, n'est pas à exclure. Le taux d'hydroxylation est exprimé en % en poids. Selon ce mode d'expression, l'hydroxylation minimale est, de préférence, égale à 0,05 %. En pratique, il est supérieur ou égal à 0,3 % et plus préférentiellement encore compris entre 0,5 % et 3 %. En tout état de cause, il convient que ce taux d'hydroxylation soit suffisant pour garantir une reticulation correcte et conforme au niveau attendu. Pour pallier une éventuelle carence en groupements hydroxyles, il est prévu conformément à l'invention, au moins un coréticulant D porteur de groupements de reticulation OH ou de groupements ORd précurseurs des OH. Si l'on adopte un autre mode d'expression du taux d'hydroxylation en nombre d'OH par molécule, il convient alors d'indiquer que l'aptitude à la reticulation sera acquise, si et seulement si, au moins l'un des constituants (A), (B) ou (D) possède au moins 3 OH en moyenne par molécule.
Outre la substitution hydroxyle, la résine POS (A) peut comprendre des groupements alcoxyles ou acyloxyles de formule - ORa dans lesquelles Ra = groupement hydrocarboné de préférence en C,-C20, et plus préférentiellement encore en Cι-C10. Comme indiqué ci-dessus, il est préférable que la concentration en groupements ORa soit limitée, de façon à ne pas dépasser le seuil de tolérance en alcool, au regard de la stabilité de l'émulsion. De préférence, la dispersion selon l'invention possède les caractéristiques qualitatives suivantes, prises chacune indépendamment l'une de l'autre ou en combinaison entre elles :
Δ la résine (A) est liquide à l'atmosphère ambiante, cet état se traduisant par une viscosité ηr à 25° C comprise entre 50 et 200 000 mPa.s, de préférence entre 200 et 20000 mPa.s ;
Δ cette résine (A) est en outre sélectionnée parmi celles du type T(ORa), DT(ORa), MDQ(ORa), MT(ORa), MQ(ORa), MDT(ORa) ou les mélanges de celles- ci, les résines DT(ORa) et/ou MDT(ORa) étant particulièrement préférées, le radical Ra étant tel que défini ci-dessus. Toutes les viscosités dont il est question dans le présent exposé correspondent à une grandeur de viscosité dynamique à 25° C dite "Newtonienne", c'est-à-dire la viscosité dynamique qui est mesurée, de manière connue en soi, à un gradient de vitesse de cisaillement suffisament faible pour que la viscosité mesurée soit indépendante du gradient de vitesse. Selon une variante de réalisation de dispersion selon l'invention, il est envisageable que la résine POS (A) soit elle-même porteuse d'au moins une fonction d'activation Fa comprenant - de préférence un groupement aminé hydrosoluble-. Ces fonctions d'activation Fa pourraient être greffées sur la résine POS (A) par toute réaction de substitution ou d'addition convenable, par exemple, par condensation ou par hydrosilylation d'un réactif à insaturation éthylénique porteur d'au moins une fonction Fa.
L'obtention de telles résines POS (A) greffées Fa est parfaitement à la portée de l'homme du métier de la chimie des silicones.
Dans un tel cas de figure, il est clair que la présence de l'activateur (B) devient facultative. De préférence, les fonctions Fa sont identiques ou différentes entre elles et choisies dans le groupe comprenant les fonctions aminés, amides, époxydes ou urées.
De manière plus préférée encore, Fa est un groupement aminoalkyle, non salifié, de formule générale : -R3-NR4H ou -R3-NH-R5- NR4H dans laquelle:
R3 et R5 = reste hydrocarboné (par exemple -(CH2)n - avec n = 1 à 10 )
Figure imgf000014_0001
L'aminé peut ainsi être primaire ou secondaire.
Selon des variantes, elle peut être incluse dans un cycle ou être incluse dans des groupements isocyanurates ou HALS (type pipéridine ou autre). Au sens de l'invention, les groupements HALS peuvent être définis comme une chaîne hydrocarbonée cyclique (HALS) de formule :
Figure imgf000014_0002
dans laquelle :
I les radicaux R20, identiques ou différents entre eux, sont choisis parmi les radicaux alkyles, linéaires ou ramifiés, ayant de 1 à 3 atomes de carbone, phényle et benzyle,
G R21 est choisi parmi un atome d'hydrogène, les radicaux alkyles linéaires ou ramifiés, ayant de 1 à 12 atomes de carbone ; G t est un nombre choisi parmi 0 et 1 ; G les radicaux R20 préférés étant des méthyles et le radical R21 étant un hydrogène ou un radical méthyle et t étant avantageusement un nombre égal à 1.
S 'agissant de l'activateur (B), il est avantageux, conformément à l'invention, de le sélectionner parmi les classes de produits énumérées ci-après :
• l'ammoniaque et/ou les aminés hydrosolubles, de préférence les aminés primaires ou secondaires ;
• et ou les silanes hydroxyles ou alcoxyles ;
• et ou les polydiorganosiloxanes hydroxyles ou alcoxyles, linéaires à motifs siloxyles D et ou MD ;
• et/ou les résines POS hydroxylée ou alcoxylées et comprenant des motifs siloxyles T et éventuellement M et/ou D et/ou Q ou bien encore des motifs Q et M et ou D et/ou T.
Les activateurs B comprenant du silicium sont tous porteurs d'au moins une fonction d'activation Fa. Cette dernière est liée directement ou non à un atome de silicium.
Il est à noter que le caractère hydrosoluble de l'activateur (B) de la dispersion selon l'invention, est un facteur important. Cela lui permet d'assurer plus efficacement sa fonction d'activation et de co-catalyseur de condensation, étant donné qu'il est ainsi particulièrement bien dispersé et solubilisé dans la phase continue aqueuse de l'émulsion. Sans vouloir être lié par la théorie, on peut avancer l'explication selon laquelle cette forme solubilisée de l'activateur (B) aurait pour incidence de faciliter la diffusion du catalyseur (C) à l'intérieur des gouttelettes de phase silicone, au sein desquelles intervient la reticulation. Dans le cas où l'activateur (B) test du type silane et/ou siloxane, le caractère hydrophile des hydroxyles présents sur ces produits, leur confère l' hydrosolubilité souhaitable.
Dans le cas où l'activateur B est de manière plus générale une aminé, il est avantageux que celle-ci soit hydrosoluble donc salifiable. Cela correspond aux propriétés des aminés primaires ou secondaires.
Au sens de la présente invention, on doit entendre par hydrosolubilité, l'aptitude d'un produit à se dissoudre dans l'eau à une température de 25 ° C, à hauteur d'au moins 5 % en poids.
Les silanes Fa- substitués, utilisables à titre d'activateur (B) peuvent être ceux obtenus e.g. à partir de monoFa-trialcoxy-monosilanes, tels que le : H2 (CH2)3-Si(OR)b 3 ; Rb étant tel que défini ci-dessus. En milieu aqueux, ces silanes ont une tendance certaine à s'hydrolyser et à réagir par condensation OH/OH pour former des résines POS à motifs T de type de celles qui sont décrites ci-après.
Les γ-aminopropyltrialcoxysilanes ou leurs hydrolysats sont des activateurs préférés conformément à l'invention. L'activateur hydrosoluble B peut également être un polydiorganosiloxane hydroxylé ou alcoxylée linéaire à motifs siloxyles D et ou MD et/ou une résine POS hydroxylée ou alcoxylé comprenant des motifs siloxyles T et éventuellement M et ou D et/ou Q ou bien encore des motifs siloxyles Q et M et/ou D et ou T.
Les motifs siloxyles qui constituent ces silanes et/ou siloxanes susceptibles de former l'activateur B comportent, outre des groupements ORb, des substituants hydrocarbonés correspondant par exemple à un radical alkyle (e.g. méthyle, éthyle, isopropyle, tertiobutyle et n-hexyle), alcényle (e.g. vinyle, allyle) ou bien encore à une fonction Fa.
A titre d'exemple de POS hydroxylé linéaire, utilisable comme activateur (B), on peut citer les huiles silicones aminées de structure : -(Si Me2O)a (SiMeFaO)b- avec b/a+b <0,01 et a < 300.
Le cas où l'activateur (B) est une résine POS hydroxylée hydrosoluble est l'un des préférés selon l'invention. Les résines plus particulièrement sélectionnées sont celles du type T(ORb), DT(ORb), DQ(ORb), DT(ORb), MQ(ORb), MDT(ORb) MDQ(ORb) ou les mélanges de celles-ci ; avec Rb = H ou groupement hydrocarboné de préférence en Cj-C20.
Ces résines sont des produits de condensation (mono ou polycondensation-hétéro ou homo condensation) de monomères, d'oligomères ou de polymères POS porteurs de groupements condensables, de préférence de nature hydroxylique. On couvre ainsi par l'invention un premier genre d'activateur (B) utilisable en pratique. Il s'agit d'une résine silicone hydrosoluble et hydroxylée, obtenue :
— par co-hydrolyse :
- d'au moins un silane (Sj) substitué par des Fa et par des substituants organofonctionnels hydrolysables (Sofh) identiques ou différents entre eux, de préférence des -ORb avec Rb= radical hydrocarboné, avantageusement alkyle ,
- avec au moins un silane (S2) substitué par des Sofh identiques ou différents entre eux et par rapport à ceux de (S,), à l'exclusion de substituants Fa ;
→ par hétérocondensation des hydrolysats dérivant des silanes S, et S2, → puis par « stripping » ou entrainement à la vapeur des hydrolysats dérivant des Sofh Dans la mesure où les Sofh les plus courants sont des alcoxyles -ORb, les mécanismes d'hétérocondensation intervenant sont du type OH/OH et OH/ORb, ces OH ou ORb étant portés par les hydrolysats dérivant des silanes S,, S2. Les hydrolysats dérivant des Sofh sont quant à eux des alcools, dans ce cas de figure. Ainsi en pratique, le silane S, est avantageusement un trialcoxysilane, de préférence un triméthoxysilane, un triéthoxysilane, un méthyldiméthoxysilane ou un méthyldiéthoxysilane, porteur d'une fonction Fa aminée du type :
- aminopropyle(H2N)(CH2)-3
- N-méthyl-3-aminopropyle (H CNH)(CH )-3 - N-aminoéthyl-3-aminopropyle (H2N)(CH2)2NH(CH2)-3
- C6H5CH2NH(CH2)2 (NH)(CH2)-3
- 3-uréidopropyle : (H2N CO NH)(CH2)-3
- 3-4,5-dihydroimidazole-l-yl-propyle :
Figure imgf000017_0001
- 3-glycidyloxypropyl : 2 ^ 2^ , (les autres substituants des Si de l'activateur (B) étant exempts de Sofh).
S'agissant de S2, les Sofh qu'il comprend, sont de préférence des radicaux alcoxyles, avantageusement en C,-C6, par exemple : méthoxy, éthoxy ou propoxy. Ce silane S2, de préférence un alcoxysilane, peut également comporter au moins un substituant alkyle, avantageusement en C1-C6, par exemple : méthyle, éthyle, propyle.
Ces résines produites par hétérocondensation de S, et S2 sont décrites, notamment, dans la demande de brevet européen N° 0 675 128, dont le contenu est intégré par référence dans le présent exposé. Le deuxième genre d'activateur (B), utilisable en pratique est une résine obtenue :
— » par hydrolyse d'un silane S3 substitué par des Fa et des Sofh,
→ par homocondensation des silanes S3 hydrolyses,
— » et par « stripping » entrainement à la vapeur des hydrolysats dérivant des Sofli Le silane S3 est, de préférence, un alcoxysilane Fa-substitué. Il peut s'agir, par exemple, d'un trialcoxysilane permettant d'obtenir une résine T (OH). Ce silane S3 peut être du même type que le silane Sj tel que défini supra. Les fonctions Fa substituant S3 répondent à la même définition que celle donnée ci- dessus.
Comme illustration de ce deuxième genre d' activateur (B) de type résine POS, on peut citer celui obtenu à partir de γ-aminopropyltriéthoxysilane hydrolyse et soumis à un « stripping » de l'éthanol formé par l'hydrolyse. La résine polyhomocondensée obtenue, est un mélange d'oligomères contenant de 4 à 10 silicium et comprenant des motifs :
T(OH) = RSi(OH)O2/2 T = R SiO3/2 T(OH)2 ≈ RSi(OH)2O1/2 T (OH)3 = RSi(OH)3, ces motifs étant respectivement présents en quantité décroissante et R = NH2-(CH2)3-. Il s'agit par exemple d'une résine T(OH) aminée.
L'activateur (B) peut être mis en oeuvre dans l'émulsion selon l'invention, soit sous la forme naturelle dans laquelle il se trouve à l'état pur soit sous forme d'hydrolysat, soit sous forme de solution aqueuse, cette dernière forme étant préférée. Le catalyseur (C) est, de préférence, un composé catalytique à l'étain, généralement un sel d'organoétain, introduit de préférence sous forme d'une emulsion aqueuse. Les sels d'organoétain utilisables sont décrits, en particulier dans l'ouvrage de NOLL, Chemistry and Technology of Silicones Académie Press (1968), page 337 On peut également utiliser comme composé catalytique à l'étain soit des distannoxanes, soit des polyorganostannnoxanes, soit le produit de réaction d'un sel d'étain, en particulier d'un dicarboxylate d'étain sur du polysilicate d'éthyle. comme décrit dans le brevet US-A-3 862 919.
Le produit de réaction d'un silicate d'alkyle ou d'un alkyltrialcoxysilane sur le diacétate de dibutylétain comme décrit dans le brevet belge BE-A-842 305. peut convenir aussi.
Selon une autre possibilité, on a recours à un sel d'étain II, tel que SnCl2 ou l'octoate stanneux.
Les sels d'étain préférés sont les bischélates d'étain (EP-A-147 323 et EP-A-235 049), les dicarboxylates de diorganoétain et, en particulier, les diversatates de dibutyl-ou de dioctylétain (brevet britannique GB-A-1 289 900), le diacétate de dibutyl- ou de dioctylétain, le dilaurate de dibutyl-ou de dioctylétain ou les produits d'hydrolyse des espèces précitées (e.g. les diorgano et polystannoxanes).
On utilise de 0,01 à 3. de préférence de 0,05 à 2 parties de sel d'organoétain pour 100 parties de (A). De préférence, le coréticulant (D) est choisi parmi les alkyltrialcoxysilanes de formule R°Si(ORd)3 dans laquelle R° = radical hydrocarboné, de préférence alkyle, et plus préférentiellement encore alkyle en Cj-C30 ; Rd = alkyle, de préférence alkyle en C^C^ et, plus préférentiellement encore, méthyle ou éthyle ou parmi les produits d'hydrolyse de ces alkyltriakoxy silanes. Selon une variante, ce coréticulant (D) est formé par au moins une résine silicone hydroxylée présentant, par molécule, au moins deux motifs siloxyles différents choisis parmi ceux de type M, D, T et Q, l'un au moins étant un T ou un Q ; les résines de type MQ, MDQ, TD et MDT étant particulièrement préférées. Avantageusement, cette résine silicone hydroxylée (D) possède une teneur pondérale en groupes hydroxyles comprise entre 0, 1 et 10 % et, plus préférablement encore, entre 1 et 6 % en poids.
Elle est, de préférence, exclusivement substituée par des fonctions condensables de type hydroxylé, à l'exclusion des groupements organofonctionnels hydrolysables Sofh e.g. alcoxy, acyloxy, susceptibles de générer des COV après condensation. En outre, par nature, cette résine (D) est bien évidemment exempte ou pratiquement exempte de COV.
Selon d'autres variantes, le coréticulant (D) peut également être choisi parmi les produits suivants : siliconates, silicates, silices (en poudre ou colloïdales) et leurs mélanges. Tous ces produits peuvent être utilisés seuls ou en mélange avec ou être associés aux résines hydroxylées (D) décrites supra.
Les résines silicones utilisables à titre de composés (A) ou (D) dans l'émulsion selon l'invention, sont des POS ramifiés bien connus, dont les procédés de préparation sont décrits dans de très nombreux brevets. Les résines (A) sont des résines liquides à température ambiante. S 'agissant des résines (D), on pourrait envisager d'employer des résines solides, mais les résines liquides restent néanmoins préférables.
Ces résines peuvent être incorporées dans les émulsions aqueuses telles quelles ou en solution dans un solvant organique ou une huile silicone, ou bien sous forme d'émulsion aqueuse. Des émulsions aqueuses de résine silicone utilisables sont décrites, par exemple, dans les brevets US-A-4 028 339, US-A-4 052 331, US-A-4 056 492, US-A-4 525 502 et US-A-4 717
599 cités comme références.
Concernant l'agent tensioactif (E), il s'agit, de préférence, d'un tensioactif non ionique. Ces agents tensioactifs non ioniques sont bien entendu les mêmes que ceux que l'on peut ajouter éventuellement aux émulsions obtenues par polymérisation en emulsion, comme indiqué plus haut.
Dans le cadre de la présente invention des agents tensioactifs anioniques peuvent éventuellement être employés. A titre d'exemples, on peut citer les sels des métaux alcalins des acides hydrocarbonés aromatiques sulfoniques ou alkylsulfuriques et les agents tensioactifs non ioniques préférés sont les alkylphénols polyoxyéthylénés ou les alcools gras polyoxyéthylénés.
La quantité de tensioactif utilisable est celle couramment mise en oeuvre pour la mise en emulsion, telle que décrite en particulier dans les brevets précités et dans le brevet US-A-2891 920.
Les tensioactifs non ioniques (de préférence), ioniques ou amphotères, peuvent être employés seuls ou en mélange entre eux.
Dans un mode particulièrement préféré de réalisation de la dispersion, celle-ci est caractérisée en ce que son extrait sec comprend les composants suivants dans les proportions données ci-après :
D parties en poids D
D 100 D A - Résine liquide POS de type MDT(OH) et/ou DT(OH) ;
D 0,2 à 5 D B - Activateur siloxanique Fonctionnalisé Fa de type MD(OH) et/ou T(OH) de préférence : et/ou DT(OH) et/ou MDT(OH) et ou MT(OH) ; 0,5 à 3
π 0,01 à 4 α C - catalyseur, de préférence dicarboxylate de dialkylétain en de préférence emulsion ; 0, 1 à 1
D 2 à 20 D D - coréticulant, de préférence, alkyltrialcoxysilane, de préférence : 10 à 15 D 0,1 à 30 D E - tensioactif choisi, de préférence, parmi les non-ioniques et, de préférence : plus préférentiellement encore parmi les alcools polyvinyliques 2 à 10 et/ou les alcools gras alcoxyles ;
En pratique, la dispersion selon l'invention comprend de 30 à 90 % de préférence de 30 à 60 % en poids d'eau pour 70 à 10 % de préférence 70 à 40 % en poids de phase non-aqueuse.
Après un temps de mûrissement / reticulation de quelques heures à plusieurs jours, il se produit une transformation de la résine POS A à l'intérieur des gouttelettes de dispersion. Comme déjà indiqué ci-avant, cette transformation est une reticulation par condensation OH / OH. Les molécules de la résine A réagissent entre elles ou bien avec le coréticulant D, voire éventuellement avec l'activateur B (e.g. aminé). Cette reticulation s'opère grâce au catalyseur C (e.g. sels d'étain), de préférence, assisté par un auxiliaire constitué par l'activateur B. Cette reticulation conduit donc à un produit nouveau, qui constitue un autre objet de la présente invention et qui concerne une dispersion silicone aqueuse, utilisable notamment dans la formulation de peintures, caractérisée en ce que les gouttelettes de phase silicone huileuse de cette emulsion, comprennent une résine silicone A' réticulée par condensation de groupements OH/OH cette résine A' comportant un taux de silanol représentant moins de 90 % des silanols initialement présents dans la résine POS A.
Cette dispersion contenant la résine POS A' réticulée, peut notamment être celle obtenue à partir de la dispersion comprenant la résine POS A telle que décrite ci-dessus.
Il a déjà été précisé que la dispersion selon l'invention est une matière première ou un ingrédient, auquel on peut adjoindre toute une série d'additifs fonctionnels propres à lui donner des propriétés adaptées à des applications spécifiques.
Il s'ensuit que l'invention concerne également une formulation constituée par une dispersion aqueuse, utilisable notamment à titre de peinture ou analogues ou de matériau d'étanchéification ou de construction, caractérisée en ce que, outre l'eau, elle contient :
Δ I Δ de la dispersion silicone telle que définie supra contenant de la résine POS A et/ou A' ;
Δ II Δ une charge siliceuse ou non, de préférence sélectionnée parmi les produits suivants : silice précipitée ou non, silice colloïdale ou en poudre, carbonates, talc, TiO2, le noir de carbone, l'oxyde d'aluminium, l'alumine hydratée, la vermiculite expansée ou non, l'oxyde de zine, le mica, l'oxyde de fer, le sulfate de barium, la chaux éteinte et leurs mélanges ;
Δ III Δ éventuellement une ou plusieurs dispersions organiques, choisies de préférence parmi celles comprenant des (co)polymères de l'acide (méth)acrylique et/ou de l'acide acétique ;
Δ IV Δ éventuellement un ou plusieurs épaississants choisi de préférence parmi les épaississants cellulosiques (e.g. carboxyméthylcellulose) acryliques, polyuréthane, les gommes hydrocolloïdales (gomme xanthane) et leurs mélanges ;
Δ V Δ éventuellement un ou plusieurs agents de coalescence choisi de préférence parmi les solvants organiques et plus préférentiellement encore parmi les glycols et ou les coupes pétrolières aliphatiques ;
Δ VI Δ éventuellement un ou plusieurs mouillants, dispersants de préférence choisi parmi les phosphates et/ou les polyacryliques, tels que par exemple l'hexaméthaphosphate de sodium, et les polyacrylates de sodium respectivement ; Δ VII Δ éventuellement un ou plusieurs agents de tension ;
Δ Vϋl Δ éventuellement un ou plusieurs agents de neutralisation ; Δ IX Δ éventuellement un ou plusieurs biocides ; Δ X Δ éventuellement un ou plusieurs diluant ;
Δ XI Δ éventuellement un ou plusieurs plastifiants, choisis, de préférence parmi les huiles silicones non réactives et/ou parmi les alkyles benzènes tels que ceux décrits dans la demande de brevet français N° 2 446 849 ;
Δ XII Δ éventuellement un ou plusieurs antimousses ; Δ XIII Δ éventuellement un ou plusieurs pigments ou colorants (organiques ou minéraux) ; Les charges II plus préférentiellement employées sont des charges non siliceuses telles que, par exemple, les carbonates de calcium. De manière générale, les charges minérales non siliceuses sont des charges semi-renforçantes ou de bourrage, ayant une granulométrie généralement comprise entre 1 et 300 μ et une surface PET inférieure à 50 m2/g. Les charges siliceuses qui peuvent être utilisées sont renforçantes ou semi- renforçantes. Il peut s'agir par exemple de silices colloïdales, de poudre de silice de combustion et de précipitation ou des mélanges de celles-ci. La silice de combustion est préférée. On peut toutefois utiliser également des charges siliceuses semi- renforçantes, telles que des terres de diatomée ou du quartz broyé. Ces poudres siliceuses ont une surface spécifique BET supérieure à 50 m /g de préférence comprise entre 150 et 350 m2/g. Ces charges II sont introduites dans la dispersion sous forme de poudres sèches ou sous forme de dispersions colloïdales, par exemple, par simple mélange.
De même que l'émulsion silicone aqueuse selon l'invention, la dispersion aqueuse selon l'invention se présente comme une emulsion dans laquelle la phase continue est constituée par l'eau et dans laquelle la phase discontinue comprend un ou plusieurs types de gouttelettes comportant notamment la résine POS A ou la résine POS A' réticulée, de même que tous les autres constituants non hydrosolubles ou non miscibles à l'eau.
Selon un autre de ces aspects, la présente invention concerne un procédé de préparation d'une dispersion silicone aqueuse, utilisable notamment dans la formulation de peintures, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes essentielles successives ou non, suivantes :
• 1 • Mise en oeuvre d'au moins une résine A polyorganosiloxanique
(POS), -» porteuse de substituants hydroxyles condensables et présents à hauteur d'au moins 0,05 % molaire par rapport à A,
— » et comportant des motifs siloxyles D, T et éventuellement M et/ou Q,
T les motifs siloxyles T étant présents dans un ratio molaire compris
M + D + T + Q entre 0,5 et 0,85, de préférence entre 0,55 et 0,80 ; éventuellement avec au moins l'un des composés suivants :
- B - au moins un activateur basique choisi de préférence parmi les produits suivants : l'ammoniaque et/ou les aminés solubles dans l'eau et/ou les silanes et/ou les oligo ou polysiloxanes porteurs, par molécule, d'au moins un hydroxylé et d'au moins une fonction d'activation Fa, ainsi que parmi les mélanges de ces produits. avec la condition selon laquelle on ne met en oeuvre de l'activateur B que si et seulement si les fonctions Fa portées par les autres composants mis en oeuvre, en particulier celles portées par A ou par D, sont présentes en quantité suffisante ; - D - au moins un coréticulant de type silane et/ou siloxane porteurs d'au moins deux fonctions -ORd (Rd = H ou groupement hydrocarboné aliphatique de préférence en C,-C20), par molécule . le coréticulant étant éventuellement substitué par au moins une fonction d'activation Fa par molécule. - C - au moins un catalyseur C de condensation sélectionné, de préférence, parmi les composés organométalliques, et, plus préférentiellement encore parmi les dicarboxylates de dialkylétain,
• 2 • Mise en emulsion du mélange obtenu à l'étape 1 avec de l'eau et en présence d'au moins un tensioactif E ;
• 3 • éventuel postmélange à l'émulsion préparée dans l'étape 2 : de tout ou partie résiduelle d'au moins l'un des composés A, B, C et D ;
• 4 • éventuel mûrissement de la dispersion issue de l'étape 3 de manière que s'opère une reticulation par condensation et en emulsion de la résine, au sein des gouttelettes de phase silicone dispersée, pour obtenir in fine une dispersion dont les gouttelettes de phase hétérogène contiennent une résine silicone A' réticulée comportant un taux de silanol représentant moins de 90 % des silanols initialement présents dans la résine POS A, ainsi que des motifs siloxyles T et éventuellement M et ou D et/ou Q, les
T motifs T étant présents dans un ratio molaire compris entre 0,5 et
M + D + T + Q F
0,85, de préférence entre 0,55 et 0,80.
Il est à noter que, selon une variante avantageuse, les composés A à D peuvent déjà être initialement sous forme d'émulsion.
Ce procédé de préparation est l'un de ceux qui peuvent être mis en oeuvre pour préparer l'émulsion silicone aqueuse telle que décrite ci-dessus.
Selon une disposition avantageuse de l'invention, les composés (A à E) mis en oeuvre dans ce procédé répondent aux caractéristiques qualitatives et quantitatives définies supra pour ces composés.
Suivant un mode préféré de mise en oeuvre de ce procédé de préparation d'une dispersion, on mélange tout d'abord l'eau avec au moins un tensioactif E, puis on ajoute ensuite la résine POS A ainsi que le coréticulant D formé, par exemple, par un alkyltrialcoxysilane.
On réalise ensuite l'émulsion par tout moyen approprié connu de l'homme de l'art, par exemple, par broyage e.g. à l'aide d'un broyeur MORITZ® ou d'un disperseur planétaire). On obtient ainsi une inversion d'émulsion. En effet, le mélange eau + tensioactif E + résine A + coréticulant D donne spontanément une emulsion eau dans huile que l'on transforme en emulsion huile dans eau lors de F émulsification. A titre de variante, on pourrait tout d'abord mélanger la résine POS A avec le coréticulant B et le tensioactif E, dans un premier temps et ajouter l'eau dans un deuxième temps, de manière à obtenir l'émulsion eau dans huile. On procéderait ensuite comme ci-dessus à une inversion de cette emulsion. En pratique, une fois l'émulsion huile dans eau obtenue, on ajoute dans un second temps par mélange le catalyseur C et l'activateur B. L'émulsion ainsi additionnée est ensuite stockée quelques heures à plusieurs jours à température ambiante, de manière à ce que s'opère la reticulation du POS A en POS A', à l'intérieur des gouttelettes d'huile silicone.
Suivant une variante avantageuse, on peut accélérer ce temps de mûrissement / reticulation en augmentant la température de l'émulsion.
La présente invention concerne également un procédé de préparation d'une dispersion aqueuse, utilisable notamment à titre de peinture ou analogues ou de matériau d'étanchéification ou de construction, caractérisé en ce qu'il consiste essentiellement à mélanger l'émulsion telle que définie ci-dessus et/ou celle obtenue par mise en oeuvre du procédé défini également ci-dessus, avec :
Θ une charge siliceuse ou non, de préférence sélectionnée parmi les produits suivants : silice précipitée ou non, silice colloïdale ou en poudre, carbonates, talc, TiO2 et leurs mélanges ;
Θ et au moins l'un des composés énumérés ci-après : Δ III Δ une ou plusieurs dispersions organiques, choisies de préférence parmi celles comprenant des (co)polymères de l'acide (méth)acrylique et/ou de l'acide acétique ;
Δ IV Δ un ou plusieurs épaississants choisi, de préférence, parmi les épaississants cellulosiques acryliques, polyuréthane, les gommes hydrocolloïdales et leurs mélanges ;
Δ V Δ un ou plusieurs agents de coalescence choisi, de préférence, parmi les solvants organiques et plus préférentiellement encore parmi les glycols et/ou les coupes pétrolières aliphatiques ;
Δ VI Δ un ou plusieurs mouillants, dispersants de préférence choisi parmi les phosphates et/ou les polyacryliques ;
Δ VII Δ un ou plusieurs agents de tension ; Δ VIII Δ un ou plusieurs agents de neutralisation ;
Δ IX Δ un ou plusieurs biocides ; Δ X Δ un ou plusieurs diluant ;
Δ XI Δ un ou plusieurs plastifiants, choisis, de préférence parmi les huiles silicones non réactives ; Δ XII Δ un ou plusieurs antimousses ; Δ XIII Δ un ou plusieurs pigments ou colorants (organiques ou minéraux) ;
La dispersion préparée selon ce procédé peut être, notamment, celle qui est décrite ci-avant et qui constitue l'un des objets de la présente invention. Les mélanges des additifs fonctionnels avec la dispersion silicone aqueuse de base, sont réalisés selon des procédures et à l'aide de dispositifs conventionnels parfaitement connus de l'homme du métier.
La présente invention a également pour objet tous les produits finis dont notamment : - peintures à l'eau, crépis, lazures, imprégnations, revêtements semi- épais (RSE)....
- matériaux d'étanchéification aqueux : mastics, joints, colles ...
- matériaux de construction : bétons hautes performances, matériau de comblement & rebouchage.... comprenant la dispersion incluant la résine POS A et/ou la dispersion incluant la résine POS (A') réticulée telles que décrites supra ou telles qu'obtenues par les procédés définis eux aussi ci-avant.
Sans que cela ne soit limitatif, l'invention vise plus particulièrement les peintures constituées par les dispersions aqueuses comprenant les ingrédients I à XII mentionnés ci-dessus.
Avant d'utiliser les dispersions silicones aqueuses dans la formulation des dispersions aqueuses telles que des peintures, il est préférable d'attendre que lesdites émulsions aient été soumises à une étape de mûrissement/réticulation d'une durée suffisante, pour que la résine POS A' contenue dans les gouttelettes soit suffisamment réticulée.
Les peintures obtenues à l'aide des dispersions selon l'invention s'appliquent extrêmement facilement, par application sous forme de film à l'aide de tout outil ou moyen approprié : pinceau, pulvérisation, etc.
Les films de peinture obtenus sont peu toxiques et présentent une résistance à l'abrasion humide élevée. Ils sont tout à fait satisfaisants en ce qui concerne l'imperméabilité à l'eau externe et la perméabilité à la vapeur d'eau interne.
Ils présentent un bel aspect sec dur et propre. Et ils conservent leurs propriétés mécaniques, de façon durable.
On notera également qu'ils contiennent peu ou pas de produits toxiques ou dangereux. Leur fabrication et leur utilisation s'effectuent donc sans risques. Leur bon pouvoir liant et leur excellente cohésion constituent avec le caractère écologique des atouts commerciaux incontestables.
Une fois étendues et mises sous forme de film, les dispersions aqueuses selon l'invention sèchent rapidement. La présente invention n'est pas limitée à l'application peinture mais englobe naturellement toutes les applications envisageables pour des dispersions silicones aqueuses telles que présentées ci-avant.
Les exemples qui suivent illustrent la préparation des dispersions silicones aqueuses de base ainsi que des dispersions aqueuses préparées à partir de celles-ci pour des applications finales en peinture. Ces exemples montrent également des tests d'évaluation des peintures ainsi obtenues.
EXEMPLES Les % utilisés dans ces exemples sont tous des pourcentages pondéraux.
EXEMPLES 1 A 10 : PREPARATION DE DISPERSIONS SILOXANIQUES SELON L'INVENTION
A/ Matières premières mises en oeuvre
Δ Résine POS A, : résine méthyle silicone hydroxylée à hauteur de 2,5 à 2,7 % en poids, avec un poids moléculaire de Mw d' environ 1500 g/M et Mn d'environ
640 g/M. La résine Aj est caractérisée par la composition suivante : motifs T(RSiO3/2) = 69-71 % molaire motifs D (RjSiO^) = 29-31 % molaire.
Δ Activateur B : hydrolysat aqueux de gamma-amino-propyltriéthoxysilane à 20% de matières actives, duquel l'alcool a été éliminé par stripping (produit commercial OSI® de type VS 142).
Δ Catalyseur C : emulsion de dioctyldilaurate d'étain à 35 % de matière active en étain réalisée avec un tensioactif du type alcool polyvinylique, en l'occurrence celui commercialisé sous la marque RHODOVIOL®
Δ Coréticulant D : OTES = Octyltriéthoxysilane ou Silane 1 16: méthyltriéthoxysilane Δ Tensioactifs E :
- E, : tensio actif type alcool polyvinylique de type de ceux commercialisés sous la marque RHODOVIOL®
- E2 : tensioactif de type alcool gras éthoxylé comprenant environ 12 unités OE et d'une HLB d'environ 14,5 ; du type de celui commercialisé sous la marque Renex® 30 (ICI) ; - E3 : tensioactif type alcool gras éthoxylé comprenant environ 8 OE et d'une HLB d'environ 13 ; du type Genapol X080 (HOECHST) ;
B/ Méthodologie
Plusieurs protocoles de préparation de dispersions sont envisageables. Sans que cela ne soit limitatif, on retient dans les présents exemples celui consistant à :
- 1 - mélanger l'eau et le ou les tensioactifs E,
- 2 - incorporer dans ce mélange eau + E la résine POS A et éventuellement le coréticulant B, cette incorporation étant réalisée sous agitation de manière à obtenir une emulsion eau dans huile ; - 3 - procéder à l'inversion de l'émulsion E/H obtenu en - 2 - par broyage (broyeur MORITZ®) pour obtenir in fine, une emulsion huile dans eau (H/E).
- 4 - réaliser les post-ajouts de catalyseur C et d'activateur B par mélange.
- 5 - et faire en sorte que se produise un mûrissement/réticulation de la dispersion H/E comprenant les composés A, B, C, D, E, en stockant celle-ci pendant 7 jours à température ambiante, ou 3 jours à 35° C.
C/ Conditions de réalisation des exemples et résultats
Le tableau I ci-dessous résume les préparations de dispersions réalisées dans les exemples 1 à 10.
TABLEAU I
Figure imgf000029_0001
NB : Les quantités données dans ce TABLEAU I sont des quantités exprimées en parties en poids.
* La quantité d'extrait sec est déterminée par pesée après la dispersion lh à 105° C.
EXEMPLES 15 A 24 : PREPARATION ET EVALUATION DE DISPERSIONS AQUEUSES DU TYPE FORMULATIONS DE PEINTURES A/ Formulation de Peinture
Figure imgf000030_0001
Figure imgf000031_0001
* matières actives = extrait sec résine A + coréticulant D + catalyseur C + Activateur silane aminé B - alcoxyle volatile libéré lors de la polycondensation
B) Préparation de la peinture
Les solutions de mouillants et d'épaississant sont préparés afin que l'ensemble des constituants de la peinture soit ajouté les uns après les autres, dans l'ordre mentionné, dans un mélangeur. L'empâtage des pigments est réaliser à vitesse de dispersion lente Ensuite la dispersion est réalisée à vitesse rapide. La fabrication de la peinture se poursuit par l'ajout à vitesse lente des autres constituants de la peinture. Il est préférable d'ajouter l'émulsion siloxanique après le latex. C) Tests d'évaluation en peinture
- 1 - Application sur plaque de verre
Un film d'émulsion est appliquée directement sur plaque de verre et ensuite séché à température de 23°C et à une humidité relative de 55% pendant 2 jours.
- 2 - Résistance à l'abrasion humide Suivant norme AFNOR NFT 53778
D) Caractéristiques en peinture
Tableau III
Figure imgf000032_0001
La dispersion catalysée sèche alors que cela n'est pas le cas sans catalyse.
Les dispersions catalysées permettent de formuler des peintures qui ont un pouvoir liant humide élevé. Le pouvoir liant est caractérisé par le test de résistance à l'abrasion humide (RAH).
La RAH est faible pour une dispersion non catalysée [exemples 1 comparatif (résine
A() et 11 comparatif (résine A-) : 1800 et 860 cycles] et devient élevée [jusqu'à
10 000 cycles] pour une dispersion catalysée.
Le pouvoir liant est directement relié à la quantité d' activateur B (hydrolysat de silane aminé) mise en oeuvre.
10 Cette quantité croit dans les dispersions des exemples 2 à 5
La comparaison des résultats obtenus pour les exemples 18 à 20, montre que l'ajout de coréticulant D (trialcoxysilane) à la résine A permet d'améliorer la RAH de la peinture fabriquée avec cette dispersion catalysée.
15 EXEMPLES 25 A 28 : PREPARATION ET EVALUATION D'AUTRES DISPERSIONS AVEC B OU C SEULEMENT
Tableau IV
Figure imgf000033_0001
(Quantités en parties en poids)
20 Les émulsions sèchent mal si elles ne comprennent que le catalyseur C (sels d'étain) ou que l'activateur B (silane aminé). Il est donc préférable de mettre en oeuvre le catalyseur C (Sels de Sn) et l'activateur B (silane aminé) EXEMPLES 29 ET 30 : PREPARATION D'AUTRES DISPERSIONS AVEC D'AUTRES ACTIVATEURS AMINES HYDROSOLUBLES (B) QUE LES SILANES AMINES, A SAVOIR L'AMMONIAQUE
Tableau V
Ces exemples montrent que la polycondensation des hydroxyles de la résine (A) peut être réalisée par une aminé (B) soluble en phase aqueuse comme l'ammoniaque.
EXEMPLES 31 ET 32 : MISE EN EVIDENCE DE LA RETICULATION (POLYCONDENSATION OH/OH) IN SITU DE LA RESINE POS A DANS LES GOUTTELETTES DE PHASE SILICONE DE LA DISPERSION H/E SELON L'INVENTION
La polycondensation a été mise en évidence par deux techniques: la Distribution des Masses Molaires et la Spectrométrie RMN.
La RMN différencie les atomes de silicium de connectivités différentes, la connectivité étant le nombre de ponts siloxanes établis par le silicium. Le motif T(OH) est de connectivité 2, tandis que T est de connectivité 3. Tableau NI
Figure imgf000034_0002
Tableau VI
Figure imgf000035_0001
Tableau VLT
Figure imgf000035_0002
Condition de stockage : t=0 : 7 jours à 23°C t=7j : 7 jours à 23°C + 7 jours à 50°C t=16j : 7 jours à 23°C + 16jours à 50°C t = 30 j : 7 jours à 23° C + 30 jours à 50° C t = 33 j : 7 jours à 23° C + 33 jours à 50° C.
Commentaires résultats exemple 31 :
Sans étain C ni aminé B, le système est stable.
Commentaires résultats exemple 32 :
Avec étain C et aminé B, la polycondensation apparaît. Les siliciums T(OH) diminuent au cours du temps. Ils se transforment en motifs T, par polycondensation. La fraction de motifs T augmente effectivement, passant de 53% à t=0 à 59% (7 j), 60% (16 j) et 62% (30 j).
La Distribution des Masses Molaires évolue dans le même sens : la résine de l'émulsion de l'exemple 31 une masse molaire moyenne en poids de 560 g/mol, tandis que l'échantillon de l'exemple 32, après 30 j de stockage, a une masse de 760 g/mol.
Ces deux types d'analyse permettent d'affirmer qu'il se produit des réactions de polycondensation dans les gouttelettes d'émulsion.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispersion silicone aqueuse, utilisable notamment dans la formulation de peintures, caractérisée : 0 en ce que les gouttelettes de phase non-aqueuse de cette dispersion, sont obtenues à partir d'au moins une résine A polyorganosiloxanique (POS), ayant pour particularités, avant émulsification :
→ d'être porteuse de substituants hydroxyles condensables et présents à hauteur d'au moins 0,05 % en poids ; -→ et de comporter des motifs siloxyles D, T et éventuellement M et/ou Q, les motifs siloxyles T étant présents dans un ratio molaire compris entre 0,5 et
0,85, de préférence entre 0,55 et 0,80 ;
0 et en ce que la composition de sa phase non- aqueuse est la suivante , D en parties en poids D
D 100 D A - une ou plusieurs résines POS du type de celle définie ci- dessus et éventuellement substituée par au moins une fonction d'activation Fa ; D 0 à 20 D B - au moins un activateur basique choisi - de préférence - : Δ parmi les aminés hydrosolubles ou hydrodispersables
Δ et/ou parmi les produits obtenus à partir de silanes et/ou d'oligo ou de polysiloxanes porteurs, par molécule et avant émulsification, d'au moins un hydroxylé et d'au moins une fonction d'activation Fa, Δ ainsi que parmi les mélanges de ces produits, avec la condition selon laquelle la composition est exempte d' activateur B si et seulement si les fonctions Fa portées par d'autres composants de la composition, en particulier celles portées par A et/ou par D, sont présentes en quantité suffisante ;
D > 0 D C - au moins un catalyseur de condensation sélectionné, de préférence parmi les composés organométalliques, et plus préférentiellement encore parmi les dicarboxylates de dialkylétain ; Ω 0 à 30 D D - au moins un coréticulant, sélectionné de préférence parmi les produits obtenus à partir de silanes et/ou de siloxanes initialement porteurs d'au moins deux fonctions -ORd (Rd = H ou groupement hydrocarboné aliphatique de préférence en C C20), par molécule, ce coréticulant D étant éventuellement substitué par au moins une fonction d' activation Fa par molécule ;
O 0,01 à 10 D E - au moins un tensioactif.
2. Dispersion selon la revendication 1, caractérisée par une teneur en Composés Organiques Volatils (COV) inférieure ou égale à 15 %, de préférence à 10 %, et, plus préférentiellement encore à 5 % ; ces % étant des % en poids par rapport à la phase non- aqueuse de l'émulsion.
3. Dispersion selon la revendication 2, caractérisé en ce que la résine A hydroxylée comprend également des groupements alcoxyles -ORa dans lesquels Ra = groupement hydrocarboné de préférence en CrC20, et plus préférentiellement encore en CrC10.
4. Dispersion selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que
Δ la résine (A) est liquide à l'atmosphère ambiante, cet état se traduisant par une viscosité ηr à 25° C comprise entre 50 et 200000 mPa.s, de préférence entre 200 et 20000 mPa.s ;
Δ cette résine (A) est en outre sélectionnée parmi celles du type T(ORa), DT(ORa), MDQ(ORa), MT(ORa), MQ(ORa), MDT(ORa), ou les mélanges de celles-ci, les résines DT(ORa) et/ou MDT(ORa) étant particulièrement préférées.
5. Dispersion selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé,
→ en ce que l'activateur B est :
• l'ammoniaque
• et/ou une aminé hydrosoluble, de préférence une aminé primaire ou secondaire ;
• et/ou un silane hydroxylé ou alcoxylé,
• et/ou un polydiorganosiloxane hydroxylé ou alcoxylé, linéaire à motifs siloxyles D et/ou MD ; • et/ou une résine POS hydroxylée ou alcoxylée et comprenant des motifs siloxyles T et éventuellement M et/ou D et/ou Q, ou bien encore des motifs Q et M et ou D et/ou T ;
→ et en ce que cet activateur (B), si il comprend du silicium, est porteur d'au moins une Fa qui est liée directement ou non à un atome de silicium.
6. Dispersion selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'activateur (B) est une résine sélectionnée parmi celles du type T(ORb), DT(OR)b, DQ(OR)b, MT(OR)b, MQ(OR)b, MDT(OR)b, MDQ(OR)b ou les mélanges de celles-ci, avec Rb = H ou groupement hydrocarboné.
7. Dispersion selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le coréticulant (D) est choisi parmi les al yltrialcoxysilanes de formule R°Si(ORd)3 dans laquelle R° = radical hydrocarboné, de préférence alkyle, et plus préférentiellement encore alkyle en C C30 ; Rd = alkyle, de préférence alkyle en
CrC20 et, plus préférentiellement encore, méthyle ou éthyle, ou parmi les produits d'hydrolyse de ces alkyltrialcoxysilanes.
8. Dispersion selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que outre l'eau, elle comprend les composants suivants dans les proportions données ci-après, D en parties en poids D
D 100 D A - Résine liquide POS de type MDT(OH) et/ou DT(OH) ;
D 0,2 à 5, de préférence 0,3 à 3 DB - Activateur siloxanique M(OH) et/ou MD(OH) et/ou T(OH) et/ou DT(OH) et/ou MDT(OH) et/ou MT(OH) ; D 0,01 à 4, de préférence 0,1 à 1 oC - catalyseur, de préférence dicarboxylate de dialkylétain ;
D 2 à 20, de préférence 10 à 15 DD - coréticulant, de préférence, alkyltrialcoxysilane,
D 0,1 à 15, de préférence 2 à 10 DE - tensioactif choisi, de préférence, parmi les non-ioniques et, plus préférentiellement encore parmi les alcools polyvinyliques et/ou les alcools gras alcoxyles ;
9. Dispersion silicone aqueuse, utilisable notamment dans la formulation de peintures, caractérisée en ce que les gouttelettes de phase silicone de cette dispersion, comprennent une résine silicone (A') réticulée par condensation de groupements OH/OH ; cette résine (A') comportant un taux de silanol représentant moins de 90 % des silanols initialement présents dans la résine
POS .
10. Dispersion selon la revendication 9 caractérisée en ce qu'elle est obtenue à partir de la dispersion selon l'une quelconque des revendications 1 à 8.
11. Formulation aqueuse, utilisable notamment à titre de peinture ou analogues, ou de matériau d'étanchéification ou de construction, caractérisée en ce que, outre l'eau, elle contient :
Δ I Δ de la dispersion silicone selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 ; Δ II Δ une charge siliceuse ou non, de préférence sélectionnée parmi les produits suivants : silice précipitée ou non, silice colloïdale ou en poudre, carbonates, talc, TiO2 et leurs mélanges ;
Δ III Δ éventuellement une ou plusieurs dispersions organiques, choisies de préférence parmi celles comprenant des (co)polymères de l'acide (méth) acrylique et/ou de l' acide acétique ;
Δ IV Δ éventuellement un ou plusieurs épaississants choisi de préférence parmi les épaississants cellulosiques acryliques, polyuréthane, les gommes naturelles et leurs mélanges ;
Δ V Δ éventuellement un ou plusieurs agents de coalescence choisi de préférence parmi les solvants organiques et plus préférentiellement encore parmi les glycols et/ou les coupes pétrolières aliphatiques ;
Δ VI Δ éventuellement un ou plusieurs mouillants, dispersants de préférence choisi parmi les phosphates et/ou les polyacryliques ;
Δ VII Δ éventuellement un ou plusieurs agents de tension ; Δ VIII Δ éventuellement un ou plusieurs agents de neutralisation ;
Δ IX Δ éventuellement un ou plusieurs biocides ;
Δ X Δ éventuellement un ou plusieurs diluant ; Δ XI Δ éventuellement un ou plusieurs plastifiants, choisis, de préférence parmi les huiles silicones non réactives ;
Δ XII Δ éventuellement un ou plusieurs antimousses ;
Δ XIII Δ éventuellement un ou plusieurs pigments ou colorants (organiques ou minéraux) ;
12. Procédé de préparation d'une dispersion silicone aqueuse, utilisable notamment dans la formulation de peintures, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes essentielles successives ou non, suivantes : • 1 • Mise en oeuvre d'au moins une résine A polyorganosiloxanique (POS),
→ porteuse de substituants hydroxyles condensables et présents à hauteur d'au moins 0,05 % poids par rapport à A,
→ et comportant des motifs siloxyles D, T et éventuellement M et/ou Q, les motifs siloxyles T étant présents dans un ratio molaire compris entre 0,5 et 0,85 ; de préférence entre 0,55 et 0,80. éventuellement avec au moins l'un des composés suivants :
- B - au moins un activateur basique, choisi de préférence parmi les produits suivants : l'ammoniaque et/ou les aminés solubles dans l'eau et/ou les silanes et/ou les oligo ou polysiloxanes porteurs, par molécule, d'au moins un hydroxylé et d'au moins une fonction d'activation Fa, ainsi que parmi les mélanges de ces produits, avec la condition selon laquelle on ne met en oeuvre de l'activateur B que si et seulement si les fonctions Fa portées par les autres composants mis en oeuvre, en particulier celles portées par A ou par D, sont présentes en quantité suffisante ;
- D - au moins un coréticulant de type silane et/ou siloxane porteurs d'au moins deux fonctions -ORd (Rd = H ou groupement hydrocarboné aliphatique de préférence en C^C^), par molécule ; le coréticulant étant éventuellement substitué par au moins une fonction d' activation Fa par molécule,
-C - au moins un catalyseur C de condensation sélectionné, de préférence, parmi les composés organométalliques, et, plus préférentiellement encore parmi les dicarboxylates de dialkylétain,
• 2 • Mise en emulsion du mélange obtenu à l'étape 1 avec de l'eau et en présence d'au moins un tensioactif E ; • 3 • éventuel postmélange à l'émulsion préparée dans l'étape 2 de tout ou partie résiduelle d'au moins l'un des composés A, B, C et D ;
• 4 • éventuel mûrissement de la dispersion issue de l'étape 3 de manière que s'opère une reticulation par condensation et en emulsion de la résine, au sein des gouttelettes de phase silicone dispersée, pour obtenir in fine une dispersion dont les gouttelettes de phase hétérogène contiennent une résine silicone A' réticulée comportant : 0 un taux de silanol représentant moins de 90 % des silanols initialement présents dans la résine POS A, 0 ainsi que des motifs siloxyles T et éventuellement M et/ou D et/ou Q, les motifs T étant présents dans un ratio molaire compris entre 0,5 et 0,85, de préférence entre 0,55 et 0,80.
13. Procédé de préparation selon la revendication 12, caractérisé en ce que les composés A à E mis en oeuvre répondent aux caractéristiques qualitatives et quantitatives telles que définies dans les revendications 1 à 10.
14. Procédé de préparation d'une formulation aqueuse, utilisable notamment à titre de peinture ou analogues ou de matériau d'étanchéification ou de construction, caractérisé en ce qu'il consiste essentiellement à mélanger la dispersion selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 et/ou celle obtenue par mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 12 et 13, avec :
Θ une charge siliceuse ou non, de préférence sélectionnée parmi les produits suivants : silice précipitée ou non, silice colloïdale ou en poudre, carbonates, talc, TiO2 et leurs mélanges ; θ et au moins l'un des composés énumérés ci-après :
Δ III Δ une ou plusieurs dispersions organiques, choisies de préférence parmi celles comprenant des (co) polymères de l'acide ( éth) acrylique et/ou de l'acide acétique ; Δ IV Δ un ou plusieurs épaississants choisi, de préférence, parmi les épaississants cellulosiques acryliques, les polyuréthanes, les gommes naturelles et leurs mélanges ; Δ V Δ un ou plusieurs agents de coalescence choisi, de préférence, parmi les solvants organiques et plus préférentiellement encore parmi les glycols et/ou les coupes pétrolières aliphatiques ;
Δ VI Δ un ou plusieurs mouillants, dispersants de préférence choisi parmi les phosphates et ou les polyacryliques ;
Δ VII Δ un ou plusieurs agents de tension ;
Δ VIII Δ un ou plusieurs agents de neutralisation ;
Δ IX Δ un ou plusieurs biocides ;
Δ X Δ un ou plusieurs diluant ; Δ XI Δ un ou plusieurs plastifiants, choisis, de préférence parmi les huiles silicones non réactives ;
Δ XII Δ un ou plusieurs antimousses ;
Δ XIII Δ un ou plusieurs pigments ou colorants (organiques ou minéraux) ;
15. Peinture caractérisée en ce qu'elle comprend :
- de la dispersion selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 ou de la dispersion obtenue par mise en oeuvre du procédé selon la revendication 12 ou 13,
- et/ou de la formulation selon la revendication 11 ou de la formulation obtenue par mise en oeuvre du procédé selon la revendication 14.
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