FR3125821A1 - Composition polymérique transparente antistatique - Google Patents

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Abstract

La présente invention concerne un copolymère à blocs polyamide et à blocs polyéther comportant des motifs aromatiques, ainsi que son utilisation comme additif antistatique. La présente invention concerne également une composition transparente antistatique comprenant au moins un copolymère à blocs polyamide et à blocs polyéther et une matrice de polymère thermoplastique.

Description

Composition polymérique transparente antistatique
Domaine de l’invention
La présente invention concerne un copolymère à blocs polyamide et à blocs polyéther comportant des motifs aromatiques, ainsi que son utilisation comme additif antistatique. La présente invention concerne également une composition transparente antistatique comprenant au moins un copolymère à blocs polyamide et à blocs polyéther et une matrice de polymère thermoplastique.
Arrière-plan technique
La formation et la rétention de charges d'électricité statique à la surface de la plupart des matières plastiques sont connues. Par exemple, la présence d'électricité statique sur des films thermoplastiques conduit ces films à se coller les uns aux autres rendant leur séparation difficile. La présence d'électricité statique sur des films d'emballage peut provoquer l'accumulation de poussières sur les objets à emballer et ainsi gêner leur utilisation. L'électricité statique peut aussi endommager des microprocesseurs ou des constituants de circuits électroniques. L'électricité statique peut en outre provoquer la combustion ou l'explosion de matières inflammables telles que, par exemple, les billes de polystyrène expansible qui contiennent du pentane.
Des agents antistatiques pour polymères sont décrits dans l'art antérieur. Il s’agit généralement de surfactants ioniques du type amines éthoxylées ou sulfonates qu'on ajoute aux polymères. Cependant, les propriétés antistatiques des polymères incorporant ces surfactants dépendent de l'humidité ambiante et elles ne sont donc pas permanentes. En effet, ces surfactants ont tendance à migrer à la surface des polymères puis à disparaître.
Les copolymères à blocs polyamides et blocs polyéther hydrophiles constituent une autre catégorie d’agents antistatiques, qui présentent l'avantage de ne pas migrer. Leurs propriétés antistatiques sont permanentes et indépendantes de l'humidité ambiante. On peut citer notamment les brevets JP 60023435 A, EP 242158, WO 0110951, EP 1046675 et EP 829520, qui décrivent des substrats polymères rendus antistatiques par ajout d’un copolymère à blocs polyéther et blocs polyamide dans leur composition.
Par ailleurs, il est aujourd’hui recherché de conférer des propriétés anti-statiques à des polymères transparents. Or, il s’avère, que lorsque les additifs anti-statiques sont ajoutés à la matrice polymérique transparente, la transparence de l’ensemble est détériorée. En effet, comme détaillé ci-dessous, les additifs anti-statiques ont tendance à se positionner sur la surface du matériau. Si cet agencement est un avantage pour les propriétés anti-statiques conférées au matériau, il a le désavantage d’influencer la transparence du matériau.
En effet, il a été observé, lorsque des sels d’acide sulfonique, connus en tant qu’additifs anti-statiques, sont ajoutés à une matrice polymérique transparente, les propriétés anti-statiques ne sont plus permanentes. Les sels ont tendance à migrer à la surface et sont éliminés peu à peu suite à des frottements répétés ou bien suite à des nettoyages de cette surface.
Des polymères à blocs ont également été utilisés en tant qu’additif antistatique pour des matrices transparentes.
Le document US 2006/0281860 concerne une résine thermoplastique pour produire des moulages ayant une transparence suffisante, des bonnes propriétés antistatiques permanentes et des bonnes propriétés mécaniques. La composition de résine transparente de ce document comprend au moins un polymère à blocs et une résine transparente, avec une différence d'indice de réfraction entre le polymère à blocs et la résine transparente n'étant pas supérieure à 0, 01. Le copolymère à blocs est composé d'un bloc lipophile contenant un cycle aromatique ayant un indice de réfraction non inférieur à 1,575 et une résistivité volumique de 1012à 1017Ω.cm et un bloc hydrophile contenant un cycle aromatique ayant une résistivité volumique de 105à 1011Ω.cm et une température de dégradation thermique de 250 à 380°C.
Le document JP 2016166332 concerne un agent antistatique, qui donne à un article moulé une excellente transparence et également des propriétés antistatiques et des propriétés mécaniques permanentes. L’agent antistatique contient un polymère à blocs et a un indice de réfraction de 1,500-1,600, le polymère à blocs ayant un bloc d'au moins un polymère hydrophobe choisi dans le groupe constitué de polyamides, polyoléfines et polyamide-imides, un bloc d'un polymère hydrophile, et un bloc d'un polyéther hydrophobe contenant un cycle aromatique en tant qu'unités constitutives.
Or, ces solutions proposées ne sont pas satisfaisantes.
Il existe donc un réel besoin de fournir une composition transparente à propriétés antistatiques permanentes, sans affecter les propriétés mécaniques de la composition.
L’invention concerne en premier lieu un copolymère à blocs, comprenant au moins un bloc polyamide et au moins un bloc polyéther (PEBA), caractérisé en ce que :
- le bloc polyamide comporte au moins une unité de formule XDY, dans laquelle :
XD désigne un motif issu de la m-xylylènediamine (MXD), la p-xylylènediamine (PXD) et leurs mélanges, et de préférence la m-xylylènediamine et
Y désigne un motif issu d’un diacide carboxylique aliphatique, linéaire ou ramifié, cycloaliphatique, ou aromatique, comportant de 4 à 36 atomes de carbone ;
- le bloc polyéther comprend des motifs d’oxyde d’éthylène, en une teneur supérieure ou égale à 20 % par rapport au poids total du copolymère ;
- la teneur en motifs aromatiques est de 20 à 80 % par rapport au poids total du copolymère ; et
- le copolymère présente un indice de réfraction supérieur ou égal à 1,51.
Selon certains modes de réalisation, le diacide carboxylique (Y) est choisi parmi les diacides aliphatiques ayant de 6 à 36 atomes de carbone, de préférence de 9 à 18 atomes de carbone, en particulier l'acide 1,10-décanedicarboxylique (noté 10), l'acide 1,11-undécanedicarboxylique (noté 11), l'acide 1,12-dodécanedicarboxylique (noté 12), l'acide 1,14- tétradécanedicarboxylique (noté 14) et l'acide 1,18-octadécanedicarboxylique (noté 18), les diacides carboxyliques aromatiques ayant de 6 à 36 atomes de carbone, en particulier l’acide téréphtalique (noté T), l’acide isophtalique (noté I), l’acide naphtalène dicarboxylique (noté N), l’acide 2,5-furanedicarboxylique.
Selon certains modes de réalisation, le bloc polyamide comporte au moins un motif supplémentaire de formule Z dans laquelle Z désigne un motif obtenu par polycondensation de motifs aminoacide, de motifs lactame ou bien de motifs répondant à la formule (diamine en Ca).(diacide carboxylique en Cb) dans laquelle le Ca et le Cb pouvant chacun comporter de 4 à 36 atomes de carbone.
Selon certains modes de réalisation, le bloc polyamide est choisi parmi: XDI, XDT, XD10/XDI, XD10/XDT, 11/XDI, 11/XDT, XD10/XDI/XDT, 11/XDI/XDT.
Selon certains modes de réalisation, les motifs d’oxyde d’éthylène sont issus du polyéthylène glycol ou de polyétheramines comprenant des motifs d’oxyde d’éthylène.
L’invention concerne également une composition polymérique transparente antistatique comprenant :
(a) au moins un copolymère à blocs, comprenant au moins un bloc polyamide et au moins un bloc polyéther, dans lequel le bloc polyamide comporte au moins une unité de formule AY, dans laquelle :
- A désigne un motif issu d’une diamine aliphatique, linéaire ou ramifiée, cycloaliphatique, ou alkylaromatique, comportant de 4 à 36 atomes de carbone, et
- Y désigne un motif issu d’un diacide carboxylique tel que défini ci-dessus;
- la teneur en bloc polyéther des motifs d’oxyde d’éthylène est supérieure ou égale à 30 % par rapport au poids total du copolymère ;
- la teneur en motifs aromatiques est de 20 à 80 % par rapport au poids total du copolymère ; et
- le copolymère présente un indice de réfraction supérieur ou égal à 1,51 ; et
(b) une matrice de polymère thermoplastique transparente comprenant au moins un polymère thermoplastique présentant un indice de réfraction supérieur ou égal à 1,51.
Selon certains modes de réalisation, la diamine (A) est choisie parmi la butanediamine (noté 4), la pentanediamine (noté 5), l'hexanediamine (noté 6), l'heptanediamine (noté 7), l'octanediamine (noté 8), la nonanediamine (noté 9), la décanediamine (noté 10), l'undécanediamine (noté 11), la dodécanediamine (noté 12), la tridécanediamine (noté 13), la tetradécanediamine (noté 14), l'hexadécanediamine (noté 16), l'octadécanediamine (noté 18), l'octadécènediamine (noté 18), l'eicosanediamine (noté 20), la docosanediamine (noté 22) et les diamines obtenues à partir d'acides gras, le bis- (3-méthy1-4-aminocyclohexyl)-méthane (noté BMACM ou MACM), le p- bis(aminocyclohexyl)-méthane (noté PACM) et l'isopropylidenedi(cyclohexylamine) (noté PACP), la m-xylylènediamine (MXD), la p-xylylènediamine (PXD) et leurs mélanges, et de préférence la m-xylylènediamine.
Selon certains modes de réalisation, les motifs d’oxyde d’éthylène sont issus du polyéthylène glycol ou de polyétheramines comprenant des motifs d’oxyde d’éthylène.
Selon certains modes de réalisation, le polymère thermoplastique de la matrice est choisi parmi le polycarbonate (PC), le polystyrène, le polytéréphtalate d'éthylène (PET), le polyéthylène téréphtalate glycolisé (PETG), le polysulphone, l'acrylonitrile butadiène styrène (ABS), le styrène acrylonitrile (SAN), l’acrylonitrile styrène acrylate (ASA), leurs copolymères et leurs alliages.
Selon un mode de réalisation, le bloc polyamide comporte en outre au moins un motif obtenu par polycondensation de motifs aminoacide ou de lactame.
Selon certains modes de réalisation, le bloc polyamide du copolymère est choisi parmi 6I/6T, 410/4T, 11/10T, 11T, 5I/5T, XDI, 11/XDI, XDT, XD10/XDI, XD10/XDT, 11/XDT, XD10/XDI/XDT, 11/XDI/XDT et/ou la matrice de polymère thermoplastique est choisie parmi le PC, le PET, le PETG, et/ou la teneur en motifs aromatiques est de 35 à 60 % par rapport au poids total du copolymère.
Selon certains modes de réalisation, la composition comprend en outre un sel organique.
L’invention concerne également l’utilisation du copolymère tel que décrit ci-dessus, comme additif antistatique.
La présente invention permet de répondre au besoin exprimé ci-dessus. Elle fournit une composition transparente, plus particulièrement une composition de polymère transparente, à propriétés antistatiques permanentes sans affecter les propriétés mécaniques de la composition.
Cela est accompli grâce à l’incorporation d’un copolymère spécifique dans une matrice de polymère thermoplastique transparente. Plus particulièrement, d’un côté la présence d’un copolymère à blocs polyamide et à blocs polyéther comprenant une teneur massique en motifs d’oxyde d’éthylène (en tant que blocs polyéthers) supérieure ou égale à 20 % par rapport à la masse du copolymère, et de l’autre côté la présence des groupements aromatiques dans le copolymère à une teneur massique de 20 à 80 % par rapport à la masse du copolymère, permettent non seulement d’améliorer les propriétés antistatiques de la composition, mais aussi d’obtenir un indice de réfraction élevé. Cet indice de réfraction, qui peut être supérieur ou égal à 1,51, est proche de l’indice de réfraction de la matrice utilisée, ce qui permet de former une composition sans impacter la transparence de la matrice.

Claims (14)

  1. Copolymère à blocs, comprenant au moins un bloc polyamide et au moins un bloc polyéther, caractérisé en ce que :
    - le bloc polyamide comporte au moins une unité de formule XDY, dans laquelle :
    XD désigne un motif issu de la m-xylylènediamine, la p-xylylènediamine et leurs mélanges, et de préférence la m-xylylènediamine et
    Y désigne un motif issu d’un diacide carboxylique aliphatique, linéaire ou ramifié, cycloaliphatique, ou aromatique, comportant de 4 à 36 atomes de carbone ;
    - le bloc polyéther comprend des motifs d’oxyde d’éthylène, en une teneur supérieure ou égale à 20 % par rapport au poids total du copolymère ;
    - la teneur en motifs aromatiques est de 20 à 80 % par rapport au poids total du copolymère ; et
    - le copolymère présente un indice de réfraction supérieur ou égal à 1,51.
  2. Copolymère selon la revendication 1, dans lequel le diacide carboxylique (Y) est choisi parmi les diacides aliphatiques ayant de 6 à 36 atomes de carbone, de préférence de 9 à 18 atomes de carbone, en particulier l'acide 1,10-décanedicarboxylique (noté 10), l'acide 1,11-undécanedicarboxylique (noté 11), l'acide 1,12-dodécanedicarboxylique (noté 12), l'acide 1,14- tétradécanedicarboxylique (noté 14) et l'acide 1,18-octadécanedicarboxylique (noté 18), les diacides carboxyliques aromatiques ayant de 6 à 36 atomes de carbone, en particulier l’acide téréphtalique (noté T), l’acide isophtalique (noté I), l’acide naphtalène dicarboxylique (noté N), l’acide 2,5-furanedicarboxylique.
  3. Copolymère selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le bloc polyamide comporte au moins un motif supplémentaire de formule Z dans laquelle Z désigne un motif obtenu par polycondensation de motifs aminoacide, de motifs lactame ou bien de motifs répondant à la formule (diamine en Ca).(diacide carboxylique en Cb) dans laquelle le Ca et le Cb pouvant chacun comporter de 4 à 36 atomes de carbone.
  4. Copolymère selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le bloc polyamide est choisi parmi : XDI, XDT, XD10/DXI, XD10/XDT, 11/XDI, 11/XDT, XD10/XDI/XDT, 11/XDI/XDT.
  5. Copolymère selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les motifs d’oxyde d’éthylène sont issus du polyéthylène glycol ou de polyétheramines comprenant des motifs d’oxyde d’éthylène.
  6. Copolymère selon l’une des revendications précédentes, étant choisi parmi : PA MXD10-PEG, PA MXD11-PEG, PA PXD10-PEG, PA PXD11-PEG, PA MXDT-PEG, PA MXDI-PEG, PA PXDT-PEG, PA PXDI-PEG, et/ou leurs mélanges.
  7. Composition polymérique transparente antistatique comprenant :
    (a) au moins un copolymère à blocs, comprenant au moins un bloc polyamide et au moins un bloc polyéther, dans lequel le bloc polyamide comporte au moins une unité de formule AY, dans laquelle :
    - A désigne un motif issu d’une diamine aliphatique, linéaire ou ramifiée, cycloaliphatique, ou alkylaromatique, et
    - Y désigne un motif issu d’un diacide carboxylique tel que défini selon la revendication 1 ou 2 ;
    - la teneur en bloc polyéther des motifs d’oxyde d’éthylène est supérieure ou égale à 30 % par rapport au poids total du copolymère ;
    - la teneur en motifs aromatiques est de 20 à 80 % par rapport au poids total du copolymère ; et
    - le copolymère présente un indice de réfraction supérieur ou égal à 1,51 ; et
    (b) une matrice de polymère thermoplastique transparente comprenant au moins un polymère thermoplastique présentant un indice de réfraction supérieur ou égal à 1,51.
  8. Composition selon la revendication 7, dans laquelle la diamine A est choisie parmi la butanediamine (noté 4), la pentanediamine (noté 5), l'hexanediamine (noté 6), l'heptanediamine (noté 7), l'octanediamine (noté 8), la nonanediamine (noté 9), la décanediamine (noté 10), l'undécanediamine (noté 11), la dodécanediamine (noté 12), la tridécanediamine (noté 13), la tetradécanediamine (noté 14), l'hexadécanediamine (noté 16), l'octadécanediamine (noté 18), l'octadécènediamine (noté 18), l'eicosanediamine (noté 20), la docosanediamine (noté 22) et les diamines obtenues à partir d'acides gras, le bis- (3-méthy1-4-aminocyclohexyl)-méthane (noté BMACM ou MACM), le p- bis(aminocyclohexyl)-méthane (noté PACM) et l'isopropylidenedi(cyclohexylamine) (noté PACP), la m-xylylènediamine, la p-xylylènediamine et leurs mélanges, et de préférence la m-xylylènediamine.
  9. Composition selon l’une des revendications 7 ou 8, dans lequel les motifs d’oxyde d’éthylène sont issus du polyéthylène glycol ou de polyétheramines comprenant des motifs d’oxyde d’éthylène.
  10. Composition selon l’une des revendications 7 à 9, dans laquelle le polymère thermoplastique de la matrice est choisi parmi le polycarbonate (PC), le polystyrène, le polytéréphtalate d'éthylène (PET), le polyéthylène téréphtalate glycolisé (PETG), le polysulphone, l'acrylonitrile butadiène styrène (ABS), le styrène acrylonitrile (SAN), l’acrylonitrile styrène acrylate (ASA), leurs copolymères et leurs alliages.
  11. Composition selon l’une des revendications 7 à 10, dans laquelle le bloc polyamide comporte en outre au moins un motif obtenu par polycondensation de motifs aminoacide ou de lactame.
  12. Composition selon l’une des revendications 7 à 11, dans laquelle le bloc polyamide du copolymère est choisi parmi 6I/6T, 410/4T, 11/10T, 11T, 5I/5T, XDI, 11/XDI, XDT, XD10/XDI, XD10/XDT, 11/XDT, XD10/XDI/XDT, 11/XDI/XDT, et/ou
    la matrice de polymère thermoplastique est choisie parmi le PC, le PET, le PETG, et/ou
    la teneur en motifs aromatiques est de 35 à 60 % par rapport au poids total du copolymère.
  13. Composition selon l’une des revendications 7 à 12, comprenant un sel organique.
  14. Utilisation du copolymère selon l’une des revendications 1 à 5, comme additif antistatique.
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