La présente invention concerne des compositions aqueuses pour revêtements, notamment des peintures ou vernis. Elle concerne par ailleurs un procédé pour leur préparation ainsi que l'utilisation d'argile exfoiiable non modifiée pour améliorer l'adhérence de compositions aqueuses pour revêtement.

Depuis quelques années, on cherche progressivement à remplacer dans les peintures et vernis les formulations à base de solvants par des formulations sans solvant, afin de limiter l'émission de composés organiques volatiles (C.O.V).

Toutefois, les formulations dans lesquelles les solvants sont remplacés par l'eau présentent fréquemment des inconvénients, notamment en termes d'adhérence et de propriétés mécaniques. Les substrats non poreux tels que les polymères ou le verre posent en particulier des problèmes au niveau de l'adhérence.

Afin d'améliorer l'adhérence, on peut employer des promoteurs d'adhérence, aussi appelés primaires, par exemple de type organosilane. Ces primaires sont cependant d'usage très délicat et possèdent notamment une faible pérennité à la fois au stockage et après dépôt sur le support.

Par ailleurs, les compositions aqueuses pour revêtement présentent fréquemment des performances mécaniques insatisfaisantes. L'introduction de charges renforçantes permet de réduire les pertes de performances mécaniques avec toutefois pour inconvénient d'opacifier les revêtements obtenus.

Le document EP-A-1 273 619 décrit un revêtement composite comprenant un précurseur de polymère réticulable par irradiation UV et une

charge minérale telle qu'une argile. L'argile est rendue compatible avec le précurseur par échange d'ions ou modification chimique.

Le but de la présente invention est de proposer des compositions aqueuses pour revêtement d'accès plus aisé et présentant une bonne adhérence et une transparence satisfaisante.

L'invention repose sur la constatation que l'ajout d'argiles exfoliables non préalablement traitées par modification chimique ou échange d'ions dans les compositions permet d'obtenir des revêtements présentant une bonne adhérence et une transparence satisfaisante.

Ainsi, selon un premier aspect, l'invention propose une composition aqueuse pour revêtement comprenant un agent filmogène et une argile exfoliable non modifiée.

On entend dans le cadre de cet exposé par le terme « argile exfoliable non modifiée » les argiles à structure en feuillets qui n'ont pas subi de traitements spécifiques afin de les rendre hydrophobes, notamment par modification chimique (greffage, adsorption ou échange d'ions, par exemple). Ce terme n'exclut toutefois pas des traitements modifiant la structure physique des argiles, notamment l'écartement des feuillets ou l'exfoliation, sans affecter leur affinité chimique. L'exfoliation de l'argile conduit via la séparation des feuillets à l'obtention de particules très petites, aussi appelées nanocharges.

La présence de charges issues d'argile exfoliable permet d'améliorer très significativement l'adhérence de la composition aqueuse au substrat. Elle contribue par ailleurs à améliorer la résistance mécanique.

La composition aqueuse selon l'invention présente en effet une bonne adhérence même sur des substrats difficiles tels que le verre et les

polymères. Elle présente en outre des caractéristiques mécaniques remarquables, particulièrement en termes de dureté.

La présence des nanocharges préserve en outre essentiellement la transparence des revêtements.

Diverses argiles exfoliables non modifiées peuvent être utilisées dans le cadre de l'invention.

A titre d'exemple peuvent être citées les argiles de type montmorillonite, kaolin, serpentine, smectite, bentonite et hectorite. En particulier, l'argile exfoliable peut être choisie parmi les montmorillonites, bentonites et une hectorites. On peut avantageusement utiliser des argiles disponibles dans le commerce, comme les produits de la gamme Optigel de chez Sud Chemie.

L'argile est de préférence basique, avec un pH en dispersion aqueuse de 2 à 5 % généralement compris entre 8 et 11. La taille de particules de l'argile exfoliable à l'état sec est de préférence comprise entre 0,1 et 10 μm, plus particulièrement 1 à 5 μm. La densité en vrac est avantageusement comprise entre 0,1 à 5 et plus particulièrement de 1 à 4 g/cm ³ .

L'argile exfoliable n'a pas besoin d'être soumise à un traitement spécifique pour être rendue hydrophobe. Avantageusement, l'argile est prédispersée dans l'eau, laquelle a pour effet d'écarter les couches de silicates. Ce processus conduit au gonflement de l'argile et au détachement des couches, phénomène appelé exfoliation. Ainsi, l'argile gonflée dans l'eau est généralement au moins partiellement exfoliée.

La présence de 0,1 à 10 %, de préférence 1 à 6 % en poids d'argile exfoliable non modifiée, calculée en poids sec par rapport à la formulation

finale est généralement suffisante pour améliorer les propriétés d'un revêtement en termes d'adhérence et de résistance mécanique sans affecter la transparence de manière indue. Les compositions destinées à des revêtements non transparents peuvent le cas échéant comprendre une quantité plus importante d'argile exfoliable.

La composition aqueuse pour revêtement comprend en outre un agent filmogène.

De préférence, l'agent filmogène est un polymère ou un précurseur de polymère. Le polymère peut être en particulier un polyuréthane ou un polyacrylate ou un de ses précurseurs ou copolymères tel que par exemple le copolymère styrène-acrylique ou polyuréthane à fonctions acryliques. L'agent filmogène peut être présent dans la composition aqueuse notamment sous forme d'émulsion ou de dispersion. De préférence, l'agent filmogène est réticulable, par exemple par exposition aux rayons UV, par faisceau électronique ou encore par cuisson thermique.

La composition aqueuse de revêtement peut comprendre de 10 à 99,9 % en poids d'agent filmogène et d'eau. La teneur en agent filmogène est choisie de manière habituelle selon l'application envisagée.

Un revêtement obtenu par application d'une telle composition sur un substrat et séchage subséquent présente une transparence proche de celle de la composition correspondante sans charge. De préférence, l'opacité est inférieure de 20 % au maximum, et en particulier de 10 % au maximum, par rapport à un revêtement obtenu à partir d'une composition sans argile exfoliable. La composition décrite est donc particulièrement appropriée pour les revêtements transparents.

La composition pour revêtement décrite peut être notamment un vernis ou une peinture.

On entend par le terme « vernis » un revêtement transparent, dur et généralement brillant.

La transparence est le plus souvent supérieure à 80 %, de préférence à 85 % et en particulier à 90 % pour trois longueurs d'ondes dans le domaine du rayonnement visible (633, 514 et 488 nm).

La dureté de surface d'un vernis mesurée par des techniques d'indentation peut varier de 10 N/mm ² à 1000 N/mm ² environ mais elle est généralement cependant inférieure à 500 N/mm ² . En absence de charges opaques, l'accès à des vernis à dureté élevée (à partir de 300 N/mm ² ) demeure cependant difficile.

Enfin, la brillance dépend pour l'essentiel de la nature et de la teneur en charges et pigments avec pour corollaire une diminution de la transparence des vernis.

Selon un autre aspect, l'invention vise un procédé de préparation d'une composition aqueuse pour revêtement telle que décrite ci-dessus, comprenant les étapes consistant à :

(a) faire gonfler une argile exfoliable dans l'eau ; et (b) fournir une composition aqueuse d'agent filmogène ; et

(c) disperser l'argile exfoliable gonflée dans la composition aqueuse d'agent filmogène.

Un gonflement complet de l'argile exfoliable peut être assuré par la dispersion de l'argile dans une quantité suffisante d'eau. En pratique, l'étape (a) peut être réalisée par agitation répétée, par exemple au moyen d'un

mélangeur de type Ultraturrax ^® , espacée de périodes de repos et de refroidissement.

La dispersion visqueuse ainsi obtenue contient de préférence entre 1 % et 10 %, de préférence de 2 % à 6 % en poids d'argile par rapport au poids de la dispersion. Elle peut éventuellement être diluée avant l'étape (c).

L'étape (c) peut être réalisée par tout moyen habituel connu de l'homme du métier, par exemple par agitation mécanique ou par ultrasons. Avantageusement, les étapes (a) et/ou (c) sont réalisées à température ambiante.

La composition pour revêtement peut par ailleurs comprendre tout additif utilisé habituellement, tels que des pigments, charges, tensioactifs, agents anti-mousse, anti-oxydants, tels que les composés HaIs, et autres, tels que les Tinuvin®. Dans le cas de compositions comprenant des polymères réticulables par rayonnement ultra-violet, on ajoute un photoinitiateur, par exemple benzophénone, éther de benzoïne, dérivé de l'acétophénone, tels que proposés sous la dénomination IRGACURE® par Ciba Geigy. Ces additifs peuvent être ajoutés notamment à Ia composition aqueuse d'agent filmogène.

Selon un autre aspect encore, l'invention vise un substrat portant un revêtement obtenu par application, séchage et éventuellement réticulation de la composition pour revêtement décrite, caractérisé en ce que le revêtement présente une opacité inférieure d'au maximum 20 % par rapport à un revêtement obtenu à partir de la même composition sans argile exfoliée.

Selon encore un autre aspect, l'invention vise un procédé de préparation d'un substrat revêtu comprenant les étapes consistant à appliquer

une composition de revêtement décrite sur un substrat, sécher le substrat revêtu obtenu et, le cas échéant, réticuler le revêtement séché.

Selon un mode de réalisation préféré, le substrat n'est pas traité au préalable avec un promoteur d'adhérence.

Le substrat peut être de toute nature et notamment poreux ou non poreux. En particulier, sont visés les substrats de nature minérale de type verre et également les substrats de nature organique (polymères tels que le polycarbonate, polyméthylméthacrylate (PMMA), ABS, polystyrène, PET, SAN, polysulfone, pour lesquels l'obtention d'une adhérence satisfaisante est délicate.

En raison de leur faible opacité, les compositions décrites sont particulièrement intéressantes à titre de revêtements de substrats transparents. Selon un mode de réalisation, le substrat est donc transparent.

La composition pour revêtement peut être déposée sur les substrats par tout moyen usuel, tel que par trempage, au pistolet, ou à barre calibrée. L'eau de la composition est ensuite éliminée, par exemple par chauffage ou ventilation. Les films secs, généralement d'une épaisseur de 10 à 100 μm, sont ensuite le cas échéant réticulés, par exemple par exposition aux rayons UV, faisceau électronique ou par cuisson thermique.

Selon un dernier aspect enfin, l'invention vise l'utilisation d'une argile exfoliable non modifiée pour améliorer l'adhérence de revêtements issus de compositions aqueuses pour revêtement.

L'invention sera illustrée plus en détail au moyen des exemples donnés ci-après à titre non limitatif.

EXEMPLES

EXEMPLES 1a-1e

Préparation de vernis aqueux de type « dispersion » réticulables aux UV

Dans un bêcher de 250 ml, 4,5 g d'argile, une bentonite sodique,

(Optigel ex 0255 de Sud Chemie) sont additionnés dans 145,5 g d'eau déminéralisée puis soumis à une agitation par Ultraturrax ^® à une vitesse de 24000 tr/mn durant 15 minutes suivie d'une période de repos de 2 heures. Cette opération est reconduite 3 à 4 fois. On obtient une dispersion aqueuse d'argile gonflée à 3 % en poids (dispersion A).

Dans un second bêcher, on introduit 10,26 grammes d'une dispersion de polyuréthane réticulable aux UV (Bayhydrol B2282 de chez Bayer, extrait sec 39 %) et 0,12 g d'additif de mouillage (byk 346 de chez Byk Chemie) et 0,26 g de photo initiateur (Irgacure 819 DW de chez CIBA) soit 0,32 gramme d'additifs. Après agitation mécanique pendant 120 minutes, on obtient la dispersion B.

On a préparé ensuite les formulations de vernis aqueux 1_a, 1_b, 1_ç et

Id par mélange des dispersions A et B dans les quantités indiquées dans le tableau 1. Le tableau 1 précise également le taux de charge exprimé en parts en poids par rapport au poids final de la formulation. Les formulations prêtes à l'emploi présentent un extrait sec global de 19 %.

A titre de comparaison, on prépare par ailleurs une formulation de vernis aqueux non chargée, sans dispersion A (Exemple le)

Tableau 1 : Formulations des Exemples 1a - 1e

EXEMPLES 2a-2e

Préparation d'un vernis aqueux de type « dispersion » réticulable aux UV

On a préparé des formulations de vernis aqueux comme à exemple 1 , mais en utilisant à la place de la dispersion B une dispersion C à base de polyuréthane réticulable aux UV.

Dans un bêcher, on introduit 10,53 grammes de polyuréthane le (NeoRad 445 de chez Zeneca, extrait sec 39 %), puis 0,12 g d'additif de mouillage (byk 346 de chez Byk Chemie) et 0,26 g de photo initiateur

(Irgacure 819 DW de chez CIBA) soit 0,32 grammes d'additifs. Après agitation mécanique pendant 120 minutes, on obtient la dispersion C.

On a préparé ensuite les formulations de vernis aqueux 2a-2d par mélange des dispersions A et C dans les quantités indiquées dans le tableau

2. Le tableau précise également le taux de charge exprimé en parts en poids par rapport au poids final de la formulation. Les formulations prêtes à l'emploi présentent un extrait sec global de 19 %.

A titre de comparaison, on prépare par ailleurs une formulation de vernis aqueux non chargée, sans dispersion A (Exemple 2e)

Tableau 2 : Formulation des exemples 2a - 2e

EXEMPLES 3a - 3e

Préparation d'un vernis aqueux de type « dispersion » thermoréticulable

On a préparé des formulations de vernis aqueux comme dans l'exemple 1 , mais en utilisant au lieu de la dispersion B une dispersion D à base de polyuréthane thermoréticulable.

Dans un bêcher, on introduit 10,53 grammes d'une dispersion aqueuse de polyuréthane thermoréticulable (DAOTAN VTW 6462/36WA de UCB, extrait sec 38 %) et 0,12 g d'additif de mouillage (byk 346 de chez Byk

Chemie). Après agitation mécanique pendant 120 minutes, on obtient la dispersion D.

On a préparé ensuite les formulations de vernis aqueux 3a-3d par mélange des dispersions A et D dans les quantités indiquées dans le tableau

3. Le tableau précise également le taux de charge exprimé en parts en poids par rapport au poids final de la formulation. Les formulations prêtes à l'emploi présentent un extrait sec global de 19 %.

A titre de comparaison, on a préparé par ailleurs une formulation de vernis aqueux non chargée, sans dispersion A (Exemple 3e).

Tableau 3 : Formulations des exemples 3a - 3e

EXEMPLES 4a- 4c

Préparation de vernis aqueux de type « émulsion » réticulables aux UV

On a préparé des formulations de vernis aqueux comme l'exemple 1 , mais en utilisant au lieu de la dispersion B une émulsion E à base de polyuréthane réticulable aux UV.

Dans un bêcher, on introduit 8,00 grammes d'une émulsion de polyuréthane réticulable aux UV (PE 55 WN de chez BASF, extrait sec

50 %) et 0,11 g d'additif de mouillage (Byk 346 de chez Byk Chemie) et

0,32 g de photo initiateur (KIP-EM 100 de chez Lamberti) soit 0,43 gramme

d'additifs. Après agitation mécanique pendant 120 minutes, on obtient l'émulsion E.

On a préparé ensuite les formulations de vernis aqueux 4a et 4b_ par mélange de la dispersion A et de l'émulsion E dans les quantités indiquées dans le tableau 4. Le tableau 4 précise également le taux de charge exprimé en parts en poids par rapport au poids final de la formulation. A titre de comparaison, on prépare par ailleurs une formulation de vernis aqueux non chargée, sans dispersion A (Exemple 4ç_).

Les formulations prêtes à l'emploi présentent un extrait sec global de 19 %, par ajout d'eau en quantité adaptée selon le taux de dispersion A soit : 13,5 g pour 4a ; 11 ,2g pour 4b et 9,0 g pour 4ç_ selon le tableau 4.

Tableau 4 : Formulations des exemples 4a -4c

5 . Caractérisation des vernis aqueux de type « dispersion »

Afin d'évaluer les vernis aqueux préparés, on a préparé des revêtements sur différents substrats, lesquels ont ensuite été caractérisés en termes d'adhérence, d'opacité, de microdureté et d'adhérence après vieillissement en milieu solvant.

Des substrats en verre (plaque de verre à vitre standard d'épaisseur 3 mm de dimension 100*100 mm) ont été nettoyés au préalable avec de la MEK ou IPA/EP (isopropanol/éther de pétrole à 50/50) en cuve à ultra-sons. Les substrats présentant une surface huileuse ont été préalablement lavés dans une solution d'eau additionnée de 0.1 % de produit de vaisselle, rincés à l'eau déminéralisée, séchés à température ambiante puis essuyés.

Les substrats en polycarbonate de dimension 100 ^* 100*3 mm ont été nettoyés avec de l'alcool isopropylique à l'aide d'un chiffon.

Les vernis aqueux réticulables aux UV ont été déposés sur le substrat ainsi nettoyé sans dépôt préalable de primaire. Sauf indication contraire, le dépôt humide est réalisé avec une barre calibrée de 50 μm pour une épaisseur finale de 10-12 μm, après un séchage en étuve ventilée à 120 ⁰ C durant 10 minutes. Le revêtement sec est ensuite soumis au rayonnement UV selon 2 modes, soit une passe à vitesse 4 (1 ,37 J/cm ² ) soit deux passes à vitesse 5 (2,0 J/cm ² ).

Les vernis thermoréticulables ont été déposés avec des barres de 100 μm et 50 μm soit des vernis secs respectifs d'épaisseur voisine de 20 μm et 10 μm après un séchage-cuisson à 120 ⁰ C durant 10 minutes.

Le dépôt sur des substrats en polycarbonate a été réalisé comme décrit ci-dessus, seul le séchage est effectué à température plus réduite de 80 ⁰ C pendant 10 min, afin de respecter la sensibilité thermique du polycarbonate.

a) Adhérence

L'adhérence des vernis déposés sur les substrats a été évaluée sur trois plaques selon la norme ISO 2409, 24 heures après dépôt.

Le vernis est entaillé à l'aide d'un couteau ou peigne, en vue de réaliser un quadrillage contenant une vingtaine de petits carreaux, un ruban adhésif est appliqué sur Ie vernis puis arraché. Le nombre d'écaillés restant solidaires du support détermine la qualité d'adhérence du vernis : aucun carré du quadrillage ne s'est détaché : classe 0 ; classe 3 : environ 15 % à 35 % des carrés sont détachés ; classe 5 : tous les carrés sont détachés.

Pour ce qui est des substrats en verre, on constate que les formulations selon l'invention présentent une excellente adhérence, de niveau

« zéro ». En revanche, l'adhérence des vernis de comparaison, est à niveau d'adhérence « 5 » soit un décollement total du film de vernis du substrat en verre.

Pour ce qui est des substrats en polycarbonate, les formulations selon l'invention étudiées présentent une adhérence de niveau « zéro ». Les formulations témoins exempts de charge sont à niveau d'adhérence « 5 », soit un décollement total du film de vernis du substrat en polycarbonate.

Les résultats en détail sont rassemblés dans le tableau 5 ci-dessous.

Tableau 5 : Adhérence des vernis de type dispersion sur différents substrats

0 = excellente adhérence 5 = décollement total

b) Microdureté

La microdureté de surface du vernis est évaluée à l'aide d'un micro- indenteur Fischerscope H 100.

Les résultats des mesures réalisées sont rassemblés dans le tableau 6 ci-dessous. L'ajout de charge d'argile dans les vernis à base de dispersion de polyuréthane se traduit par une remarquable amélioration des valeurs de dureté de surface.

Tableau 6: Propriétés mécaniques

c) Opacité

L'opacité des vernis aqueux est mesurée à l'aide d'un colorimètre. Les résultats des mesures réalisées sont rassemblés dans le tableau 7 ci-dessous. On constate que la présence de charge dans les vernis aqueux préserve sensiblement la transparence du vernis.

d) Adhérence après vieillissement en milieu solvant

L'adhérence après vieillissement en milieu solvant a été évaluée au moyen du liquide G1 , liquide de référence pour le domaine cosmétique de composition : essence de térébenthine/ phtalate d'éthyle/ éthanol dans les proportions (20/10/70) Le liquide G1 est déposé sur la surface du vernis déposé sur le verre puis maintenu à l'aide d'un verre de montre pendant des durées de 1 heure à 48 heures ; au besoin, la quantité de liquide G1 contenu dans l'espace verre de montre/plaque de verre enduite du vernis à tester peut être complétée au cours de cette période. Au terme des 48 heures et après un séchage à 20 ⁰ C de 24 heures, les vernis soumis à exposition au liquide G1 sont à nouveau évalués selon le test d'adhérence ISO 2409.

Les résultats des mesures réalisées sont rassemblés dans le tableau 7 ci-dessous. On constate que la présence de charges permet d'améliorer généralement la tenue de l'adhérence du vernis en présence du liquide G1.

Tableau 7: Caractérisation des vernis de type « dispersion »

0 : adhérence excellente ; 5 : décollement total

6. Caractérisation de compositions aqueuses de type « émulsion »

Les compositions aqueuses filmogènes de type « émulsion » décrites dans les exemples 4a,_4b et 4ç ont été évaluées après dépôt sur verre dans les conditions décrites pour les « dispersions ».

L'adhérence des vernis secs et réticulés par UV selon les conditions standards est ensuite évaluée selon la norme ISO 2409 à l'état initial et après exposition soit au liquide G1 soit à l'eau dans les mêmes conditions que celles décrites ci-dessus pour le liquide (24 heures à 2O ⁰ C sous verre de montre). Ces résultats sont rassemblés dans le tableau 8.

Tableau 8 : Adhérence des vernis « émulsion » sur verre

0 : adhérence totale 5 : décollement total

L'ajout de la bentonite sodique dans une émulsion de polyuréthane améliore considérablement le niveau de l'adhérence même après exposition à l'eau, ou à des solvants, comme le mélange de solvants G1.

EXEMPLE 5

Dépôt sur support en polypropylène (PP)

On prépare une dispersion « A » et « B » comme à l'exemple 1 , sauf à remplacer le photoinitiateur par un autre, le Irgacure D4265.

On prépare ensuite une formulation par mélange des dispersions A et

B dans la quantité indiquée au tableau 9.

Les formulations obtenues sont déposées sur un support thermoplastique en polypropylène (PP). Le bon étalement des compositions aqueuses, de nature hydrophile, sur le polypropylène de nature hydrophobe nécessite un traitement préalable de surface qui est effectué par décharges couronnes ou Corona dans les conditions suivantes : 4 passages à une vitesse de 0.6 cm/seconde et avec un ampérage de 250 mA, l'électrode étant placée à 5 mm au dessus des plaques en polypropylène.

Après dépôt à l'aide d'une barre calibrée de 50 micromètres suivi d'un séchage à 80 ⁰ C durant 10 minutes, les films secs sont réticulés par UV (lampe H ; 1 passage à 6.5 m/minute). Le tableau 9 résume l'évolution favorable des valeurs d'adhérence en présence de bentonite selon les critères déjà employés : adhérence initiale, adhérence après contact à l'eau et enfin après contact avec le liquide G1 , selon la norme ISO 2409.

Tableau 9 : Adhérence de la dispersion A de l'exemple 5 sur du polypropylène

0 : adhérence totale 5 : décollement total