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La présente invention concerne de nouvelles compositions renfermant des résines polyamides et des résines phénol-aldéhy- des, et les produits de réaction de ces deux résineso
L'invention a pour objet de nouvelles compositions capa- bles de réaction chimique entre elles pour donner de nouveaux produits de réaction. Ces produits de réaction ont une grande diversité d'usages et applications dans le domaine des revête- ' ments protecteurs, moulages, stratification, adhésifs de cons- truction, compositions à l'état B et structures mousses.
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Des applications usuelles sont : constitution d'enduits de fils et électrique, revêtements résistant aux produits chimi- ques, meules et courroies abrasives, garnitures de freins, car- tons stratifiés à base de papier, adhésifs et enduits pour avia- tion, revêtement de bidons, couches d'impression pigmentées et de nombreux autres.
L'invention a également pour objet des compositions ca- pables de donner des produits possédant de nombreuses caracté- ristiques désirables non obtenues jusqu'ici.
Elle a aussi pour objet un-type "hybride" de résine qui conserve les caractéristiques désirables de résines connues, et qui possède en outre des propriétés nouvelles et uniques qui lui sont propres.
D'autres objets et avantages de la présente invention ressortiront d'ailleurs de la description suivante.
Les deux ingrédients essentiels des compositions utili- sées pour la mise en oeuvre de l'invention sont les résines phénol-aldéhydes et les polyamides. Toutefois, ainsi qu'il sera expliqué en détail, les compositions connues tombant dans chacu- ne de ces classes de compositions ne conviennent pas toutes pour réaliser la présente invention. Généralement,des compositions satisfaisantes sont des résines phénol-aldéhydes thermo-réactives, thermo-durcissables et des polyamides du type décrit dans le brevet américain n 2.379.413 du 3 juillet 1945 et dans le bre- vet n 2.450.940 du 12 octobre 1948, mais qui renferment des groupes amino libres de réagir.
Les résines phénol-formaldéhydes thermo-durcissables du type mis en oeuvre dans la présenté,invention sont bien connues et utilisées commercialement sur une grande échelle. En général, elles donnent des produits durs et supportent les températures élevées. D'autre part, elles sont fréquemment cassantes, ont une mauvaise résistance à l'humidité et aux alcalis, et résistent assez mal aux chocs.
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Les polyamides renfermant aes groupes amino n'ayant pas subi de réaction, ont une origine assez récente, et ont été dé- signées par les termes "amino-polyamides" pour les disti.nguer des polyamides qui ne sont pas préparées en utilisant un excès de polyamines. Ces amino-polyamides possèdent l'avantage d'une flui- dité supérieure à celle des polyamides antérieures. Bien que la nature précise de ce type de polyamide soit exposé ci-après de manière très détaillée, on fera observer que le mot "polyamide" du terme "amino-polyamides" utilisé dans la présente description. ne comprend pas les polyamides communément appelées "NYLON".
Les résines amino-polyamides utilisables dans les com- positions ci-avant sont celles pour la préparation desquelles on utilise un excès de polyamine, d'où'résulte une polyamide ren- fermant des groupes arnino n'ayant pas subi de réaction. La quan- tité de ces groupes amino inchangés peuvent se mesurer en déter- minant l'indice d'amine, ce dernier étant le nombre de milligram- mes de KOH équivalent aux groupes d'amines libres dans un gramme n d'échatillon de la résine. Généralement,les résines amino-polya- mides utilisées dans la présente invention doivent avoir un in- dice d'amine compris dans les limites de 50 à 400, la gamme préfé- rable allant de 75 à 325.
Les acides gras polymères utilisés pour la préparation des résines amino-polyamides sont ceux résultant de la polyméri- sation des huiles siccatives et demi-siccatives, ou de leurs acides libres, ou de l'ester d'alcool aliphatique simple de ces acides. On peut citer comme huiles siccatives ou demi-siccatives appropriées :les huiles de soja, de lin, de Canton, de périlla, de coton, de mais, de tournesol, de carthame, et l'huile de ricin déshydratée. L'huile tall, les matières premières à savons et autres matières similaires peuvent également donner des acides gras appropriés.
Au cours du processus de polymérisation pour la
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préparation des acides gras polymères, les acides gras avec une fonction à double liaison suffisante se combinent pour la majeure partie, probablement par un mécanisme de Diels-Alder, pour former un mélange d'acides gras polymères dibasiques et supérieurs.
Ces acides sont souvent appelés dimères, trimères, etc. Au lieu de ce procédé,on peut utiliser tout autre procédé de polymérisa- tion, que le polymère qui en résulte possède ou non une insatu- ration résiduelle. Il faut donc entendre que les termes "acides gras polymères", utilisés ici,désignent les mélanges polymérisés d'acides, qui contiennent habituellement une majeure partie d'aci- des gras dimères, une petite quantité d'acides gras trimères et polymères supérieurs, et quelque monomère résiduel. Les,acides gras polymérisés ou leurs esters préparés en prédominence à par- tir d'acides mono-oléfiniques par procédé catalytiques peuvent également être utilisés.
Les polyamines utilisées-pour la réaction avec les aci- des gras polymères décrits ci-avant en vue de la préparation des résines amino-polyamides ont la formule générale H2$NR(NHR)nNH2 , dans laquelle R est un radicalalcoylidène, et n est un nombre entier inférieur à 6. On peut citer comme exemples d'aminés poly- basiques la diéthylène triamine, la triéthylène tétramine, la tétraéthylène pentamine, la di-1,3-propane triamine, la tri-1,3 propane tétramine, la di-1,2-propane triamine, etc. Le radical alcoylidène dans la formule ci-avant est donc en général l'éthy- lène, mais ne se limite pas à celui-ci.
On remarquera que pour obtenir une résine amino-polyami- de du type utilisé dans la présente invention, renfermant des radi caux amino inchangés, il est nécessaire d'utiliser des polyamines qui soient au moins des amines tri-fonctionnelles, et, en général', au moins deux groupes d'amine dans chaque molécule doivent être
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enchaînés aux liaisons amide.
Quand l'un des deux groupesd'amine qui réagissent pour former l'amide est une amine secondaire, 1' une au moins des amines primaires terminales sera libre sous la forme d'une chaîne ramifiée contrastant avec une amino-polyamide linéaire résultant de la réaction des deux groupes d'aminé primai- re pour former les liaisonsamide. Aux conditions normales, l'ami- ne polybasique réagira avec les acides gras polymères pour for- mer un mélange complexe de liaisons des types ramifié et liné- aire.
Les résines phénol-formaldéhydes qui peuvent être utili- sées dans cette invention, sont des résines thermo-réactives, ther- mo-durcissables et sont des compositions que l'on trouve facile- ment dans le commerce. Ces résines sont des copolymères préparés par la condensation de formaldéhyde et de phénol en présente d'un catalyseur alcalin ou acide. Elles peuvent être utilisées pures ou sous forme de solution. Les solvants utilisés pour préparer des solutions de ces résines sont le plus couramment les alcools aliphatiques inférieurs tels que l'éthanol et l'isopropanol.
On dispose également de solutions aqueuses de certaines de ces 'résines de bas poids moléculaire.
Les composés phénoliques convenant à la préparation des résines phénol-formaldéhyde sont le phénol, les crésols, les xy- lénols, et divers phénols substitués, en particulier ceux subs- titués à la position para telsque le p-n-butyl phénol et le p- tert-butyl phénol. Toutefois, le phénol et les crésols sont pré- férables. Ce type de phénol peut être caractérisé par la formule ROH dans laquelle R est un radical aryle ou alkaryle.
Généralement,ce type de résine phénol-formaldéhyde se caractérise par la présence de groupes méthylol qui résultent de l'addition de formaldéhyde au noyau aromatique. Pour leur prépa-' ration,le'rapport de formaldéhyde au phénol est généralement de
0,8 à 1,2 équivalent de formaldéhyde pour chaque équivalent de composé phénolique. En outre, ce type de résine est fréquemment modifié avec une grande diversité d'ingrédients. On peut citer comme matières de modification types le butyral polyvinylique,
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les colophanes, l'@@xaméthlène ttramine, les huiles siccatives, et les butyl phénols tels que le p-tert-butyl phénol.
On a découvert que les polymères de résines amino-polya-- mides et phénol-formaldéhydes précédemment discutés , réagissent pour donner des polymères "à liaisons transversales" couramment appelés copolymères. Cette réaction progresse assez lentement'à température ambiante et on l'accélère considérablement lorsqu'on chauffe les mélanges entre 120 C et 200 C. Dans certains cas, il est désirable d'ajouter une quantité catalytique d'acide oxali- que pour accélérer la transformation. Pendant la réaction, il se forme de l'eau qui se transforme en vapeur d'eau.
Ce dé:gaigement d'eau indique que la réaction principale a lieu entre le radical méthylol (-CH2OH) de la résine phénol-formaldéhyde et les grou- pes amino n'ayant pas subi de réaction de l'amino-poyamide. La formation d'une liaison transversale peut être graphiquement re- présentée comme suit : (résine phénolique) -CH2OH -amino-polyamide (N) R (résine phénolique) CH2-N-amino-polyamide- H2O,dans la- quelle R représente un atome d'hydrogène ou une continuation de l'amino-polyamide. Il est évident qu'une molécule de résine phé- nolique peut réagir avec plus d'une'molécule d'amino-polyamide ou avec la même amino-polyamide en plus d'une place, et vice-ver- sa. Il est possible que d'autres réactions, encore mal déterminecs aient également lieu.
On peut faire varier le rapport des résines phénol-for-- maldéhydes aux amino-polyamides dans la gamme des mélanges renfer- mant de 5 à 75 parties en poids de phénol-formaldéhyde et 25 à 95 parties en poids d'amino-polyamide. Il est désirable d'utili- ser les proportions voulues d'ingrédients pour qu'il y ait pré- sence dans l'amino-polyamide d'une quantité stoechiométrique de - groupes aminé libres pour réagir avec la plupart des groupes mé- thylol et autres groupes réactifs des résines phénol-formaldéhy- des avec les groupes amino libres des amino-polyamides, bien que ce ne soit pas toujours nécessaire.
Les rapports préférables de
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ces ingrédients varient dans les limites indiquées ci-avant.selon s l'application ou usage particulier auquel le produit est detiné, et selon le prix des ingrédients ainsi que la réactivité relative des produits particulièrement utilisés.
L'invention est illustrée par les exemples suivants.
Toutes les "parties" sont exprimées en poids, EXEMPLE I
On ajoute 25 parties d'une résine phénol-formaldéhyde thermo-réactive vendue par la Bakelite Company sous la désigna- tion BR 14634, à 75 parties d'une amino-polyamide préparée à partir d'acides gras dimérisés et de triéthylène tétramine et ayant un indice d'amine de 215. Après brassage parfait par une agitation vigoureuse, on chauffe le mélange à 1220 C pendant 12 heures, temps pendant lequel des bulles de gaz se dégagent.
Au bout de ce temps, le mélange se solidité en un copolymère dur présentant une excellente résistance aux chocs, qu'il conserve à des températures descendant jusqu'à -12 C. L'illustration gra- phique de ce fait montre que le produit de réaction frappé d'un coup sec à -12 C avec un marteau d'acier ne se brise pas.
On prépare également des plaques d'acier pourvu d'un revêtement électrolytique d'étain, enduites de cette composition et traitée par chauffage. Ces plaques à des températures descen- dant jusqu'à -12 C présentent une bonne résistance aux chocs.
EXEMPLE II
Les mêmes réactifs utilisés dans l'exemple 1 sont pariai .,¯, tement dans formaldéhyde et 60 parties d'amino tement mélangés dans le rapport de 40 parties de résine phénol- polyamide. Pendant le mélange et la polymérisation à 110 C, il se forme une struc ture "mousse" extrêmement dure et rigide. Le volume de cette mousse atteint trois fois le volume des réactifs primitifs. A l'essai, la mousse accuse une densité de 0,31 gramme ; par centimètre cube, et l'on observe une résistance à la compres- sion de 15,4 kg/cm2.
Généralement, on envisage la préparation de s@@@@@ures mousses similaires à celles de l'exemple II ayant un volume d'au moins 2,5 fois celui des réactifs, une densité comprise dans les
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limites de 0,25 à 0,50 gramme par centimètre cube, et une résis- tance à la compression d'au moins 10,5 kg/cm2.
EXEMPLE III
Une solution d'une amino-polyamide, ayant un indice d'amine de 215 préparée à partir d'acides gras dimérisés et de triéthylène tétramine, dans un solvant contenant d'égales quan- tités d'isopropanol et de toluène est ajoutée à une solution dans l'alcool éthylique dénaturé d'une résine phénolique préparée par réaction de phénol et de formaldéhyde pour obtenir une résine de moulage type à un seul état, et ensuite modifiée par l'addition de butyral de polyvinyle. Ce mélange contient 50% de solvant et 50% de réactifs phénol-formaldéhyde et'amino-polyamide présents dans le rapport de 2 parties de résine phénolique pour 3 parties d'amino-polyamide.
On plonge de la toile de verre dans la solution ci- avant et on laisse évaporer le solvant. Des bandes de fibres de verre imprégnées de cette manière furent placées entre deux feuilles d'aluminium 24ST. On applique une pression pour unir les faces et l'on chauffe l'échantillon à 149 0 pendant 30 minutes.
Les échantillons d'essai découpés dans les feuilles d'aluminium encollées de cette façon ont une résistance au cisaillement en traction de 100 kg/cm2.
Les feuilles d'aluminium encollées avec la toile de verre imprégnée de cette manière, après un emmagasinage à 27-32 C pendant 2 et 4 semaines, ont des résistances à la traction de
78 kg/cm2 et 68,5 kg/cm2, respectivement.
EXEMPLE IV
Une solution d'une amino-polyamide ayant un indice d'a- mine de 90, préparée à partir d'acides gras di-mérisés et de dié- thylène triamine, dans un solvant composé en parties égales d'iso- propanol et de toluène est mélangée avec une résine phénol-formal-
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déhyde vendue par la Bakélite Company sous la désignation BR
7929. Cette solution contenait 50% de solvant et 50% de réactifs dans la proportion de 3 parties d'amino-polyamide pour 2 parties de résine phénol-formaldéhyde.
On plonge de la toile de verre dans la solution ci- avant et on laisse évaporer le solvant, pendant envion une heu- re, de la-fibre de verre imprégnée. On chauffe à 149 C six cou- ches de toile de verre imprégnée, en les maintenant sous.une pression de 7 kg/cm2, et on obtient un stratifié rigide, bien formé.
Cette même toile de verre après un stockage à 27-32 G pendant un mois, et traitée de la façon ci-avant, donne encore un stratifié rigide, solide.
EXEMPLE V
Une-.solution ayant une viscosité J-K sur l'échelle Gar- dner-Holdt d'une amino-polyamide ayant un indice d'amine de 309 et d'une résine phénol-fo-rmaldéhyde thermo-réactive dérivée de la réaction de crésol et de formaldéhyde, est préparée en mélangeant d'égales parties de ces deux produits. On pulvérise sur une pla- -que d'acier à revêtement électrolytique d'étain cette solution qui-, après une polymérisation à 204 C pendant 15 minutes, pro- duit un revêtement dur durable. Ce revêtement a une dureté Sward de 71 et une résistance aux chocs à l'essai Barcol supérieure à
0,346 kilogramme-mètre.
Ce revêtement présente une excellente résistance à H2SO4 à 50%, NaOH à 20%, aux solvants organiques, et autres produits chimiques, et peut également 'supporter l'ex- position à l'extérieur pendant une pétode prolongée.
EXEMPLES VI à XVIII . Une résine:polyamide préparée à partir d'acides gras dimérisés et de diéthylène triamine, ayant un indice d'amine d'en- viron 90, est dissoute dans un mélange 1 :1 d'isopropanol et de toluène, à la teneur de 50% de non-volatils. La solution est mé- langée avec des solutions de résine, phénolique à 50% de solides @ dans l'alcool, selon les exemples VI et VII du Tableau I. De
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même, une po;yamie préparée à partir d'acides gras dimérisés et de triéthylène tétramine ayant un indice d'amine d'environ 215, est dissoute de manière à obtenir une solution à 60% dans un mélange 1:1 d'isopropanol et de toluène. Cette préparation est mélangée avec des résines phénoliques comme indiqué aux exemples VIII à XIII du tableau I.
Une résine polyamide d'un indice d'ami- ne voisin de 309, préparée à partir d'acides gras dimérisés et de,tétraéthylène pentamine, est traitée de la même manière. Les exemples XIV à XVIII concernent les mélanges de cette solution avec les solutions de résine phénolique.
Avec ces mélanges, on coule des films.clairs sur plaque d'étain et verre avec une lame de 0,038 mm. Les films sont cuits pendant 15 minutes à 204 C et soumis aux essais indiqués au ta- bleau. I. On utilise l'appareil SWARD pour déterminer la dureté des films sur verre. Ori se sert de la machine d'essai de choc Gardner pour vérifier la résistance aux chocs des films sur pla- que d'étain et les valeurs indiquées représentant le maximum obtenu. Les films sont plongés.dans les solvants et produits chimiques indiqués et les effets de l'immersion furent notés (H = dur, SS = légèrement amolli, S = amolli, FG = film disparu).
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Exemple <SEP> Indice <SEP> Résine <SEP> Rapport <SEP> de <SEP> Viscosité <SEP> Dureté
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<tb> VIII <SEP> 215 <SEP> BV112+ <SEP> 40/60 <SEP> Z-2 <SEP> 58
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<tb> IX <SEP> 215 <SEP> BV1112+ <SEP> 50/50 <SEP> Z-3 <SEP> 56
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<tb> X <SEP> 215 <SEP> BR7929+ <SEP> 60/40 <SEP> V <SEP> 49
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<tb> XIV <SEP> 309 <SEP> BR17913+ <SEP> 50/50 <SEP> Z <SEP> 70
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<tb> XV <SEP> 309 <SEP> BV1112+ <SEP> 50/50 <SEP> Z-Z-1 <SEP> 70
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<tb> XVI <SEP> 309 <SEP> BV914+ <SEP> 25/75 <SEP> Z-2 <SEP> 62
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<tb> XVII <SEP> 309 <SEP> BR10282+ <SEP> 50/50 <SEP> , <SEP> J-K <SEP> 71
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<tb> XVIII <SEP> 309 <SEP> BR14634+ <SEP> 50/50 <SEP> H <SEP> 67
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+ Vendues par la Bakelite Company ++ Mesurée à la teneur de 50% de non volatils.
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Exemple <SEP> Résistance <SEP> 14 <SEP> jours <SEP> Fuel <SEP> Résistance <SEP> aux <SEP> solvants <SEP> à <SEP> 50 C
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<tb> aux <SEP> chocs <SEP> dans <SEP> JP4 <SEP> pendant <SEP> 48 <SEP> heures
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EXEMPLE XIX
Un stratifié à base de papier est préparé de la manière suivante. On plonge du papier de chiffon de coton dans la solu- tion 'ci-après :
Résine phénolique préparée par réaction de crésol et de formaldéhyde avec un catalyseur alcalin (approximative- ment teneur de 60% de non volatils) 100 parties en poids.
Résine amino-polyamide préparée à partir d'acides gras dimérisés et de triéthylène tétramine, indice d'aminé environ 215 40 parties en poids 2-éthoxy éthanol 200 " " "
Isopropanol 60 " " "
Pour préparer cette solution, on fait dissoudre la polya- mide dans l'isopropanol, on ajoute la résine phénolique, et l'on dilue le mélange avec le 2-éthoxyéthanol.
On laisse sécher à l'air toute une nuit les feuilles immergées. Puis on prépare des stratifiés d'environ 1,6 mm d'é- paisseur et de 178 mm au carré, avec 11 couches du papier impré-
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gné, par Un traitement à 149 C et 56 kg/cm2 de pression pendant deux heures. On obtient des produitsdurs, résistants. Ils ne sont .pas déstratifiés par un trempage dans l'acétone. Le décou- page à l'emporte-pièce de ces strarifiés est possible, sans bri- sure ni craquelure, à une température ne dépassant'pas 29 C.
On a donc découvert de nouveaux produits de réaction de deux résines déjà bien connues, et ces nouveaux produits (rési- nes) possèdent certaines propriétés très supérieures à celles des réactifs eux-mêmes. Ce sont des produits durs, non fragiles qui résistent à de nombreux produits chimiques et ont une grande résistance thermique. D'autres caractéristiques désirables de plus ces produits sont leur/grande facilité d'usinage, de découpage à remporte-pièce et une grande résistance aux chocs. Par exemple, il est possible de découper à froid les stratifiés à base de papier, s'il est avantageux de le faire.
Dans de nombreuses applications, il est préférable dajouter aux mélanges de réac- tion des charges inertes telles qu'argile, papier, et autre ma-
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tière'cellulosique, métaux'finement pultrér'fsés, abrasifs, etc., ces produits étant considérés comme tombant .dans la portée de l'invention. Une autre caractéristique, leur donnant une très grande valeur du point de vue de leur acceptation commerciale pour tous types d'applications, réside en ce qu'ils n'émettent ou ne dégagent aucunes vapeurs nocives ou corrosives pendant leur transformation à température ambiante ou aux températures élevées.
Les résines combinées peuvent être stockées à tempéra- ture ambiante pendant plusieurs semaines sans détérioration. Par exemple, des solutions à 50% de solides sont stables à tempéra- ture: ambiante pendant environ 3 à 6 semaines, et peuvent être emmagasinées pendant beaucoup plus longtemps lorsqu'elles sont réfrigérées.
Naturellement, on peut apporter à l'éxposé précédent de
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nombreuses modifications et variantes qui restent dans le cadre de l'invention.