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Title:
COMPOSITIONS BASED ON AQUEOUS DISPERSIONS OF BITUMEN AND POLYURETHANE, METHOD FOR THE PREPARATION THEREOF, AND USES THEREOF
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2003/070829
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an aqueous polymer composition containing at least one aqueous bitumen dispersion and at least one aqueous dispersion of at least one polyurethane obtained from a polyol component which contains at least one hydroxylated polydiene, a method for the preparation thereof by simply mixing two aqueous dispersions, and the use of said composition in several applications such as the production of surface dressings, waterproof layers applied underneath road surface dressings, watertight roof coatings, road surface dressings, and sound damping and shock absorbing or insulating coatings. Bitumen that has been modified according to the inventive method has a very high plasticity threshold and improved mechanical properties. The inventive aqueous dispersion is also stable during storing and makes it possible to obtain a film by simply evaporating water.

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Inventors:
Bonnet, Evelyne (18 Grande Avenue, LAMORLAYE, LAMORLAYE, F-60260, FR)
Martin, Laurent (Itabashi-Ku Narimasu, 1-8-19-302 TOKYO, Tokyo, 175-0094, JP)
Application Number:
PCT/FR2002/004531
Publication Date:
August 28, 2003
Filing Date:
December 23, 2002
Export Citation:
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Assignee:
Atofina (4-8 Cours Michelet, Puteaux, Puteaux, F-92800, FR)
Bonnet, Evelyne (18 Grande Avenue, LAMORLAYE, LAMORLAYE, F-60260, FR)
Martin, Laurent (Itabashi-Ku Narimasu, 1-8-19-302 TOKYO, Tokyo, 175-0094, JP)
International Classes:
C08L95/00; E01C7/18; E01C7/26; C08L75/14; (IPC1-7): C08L95/00; E01C7/26; E01C7/18
Foreign References:
US3909474A1975-09-30
EP0219399A11987-04-22
Attorney, Agent or Firm:
Chaillot, Geneviève (Cabinet CHAILLOT, 16-20 avenue de l'Agent Sarr, B.P. n° 74 COLOMBES CEDEX, F-92703, FR)
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Claims:
REVENDICATIONS
1. Composition aqueuse de polymère comprenant un simple mélange de : a) au moins une dispersion aqueuse de bitume ; et b) au moins une dispersion aqueuse d'au moins un polyuréthanne, ledit polyuréthanne étant obtenu à partir d'un composant polyol comprenant au moins un polydiène hydroxylé.
2. Composition selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'au moins 50% et de préférence au moins 80%. en poids dudit composant polyol est constitué par au moins un oligomère de diène conjugué hydroxytéléchélique.
3. Composition selon la revendication 2, caractérisée en ce que ledit oligomère est sélectionné parmi les oligomères à base de : butadiène, isoprène, chloroprène, pentadiène. 1, 3 ou cyclopentadiène ou de leur mélanges.
4. Composition selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisée en ce que ledit oligomère a une masse moléculaire moyenne en nombre Mn de 500 à 15 000 et de préférence 1 000 à 3 000.
5. Composition selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que ledit oligomère a un indice d'hydroxyle exprimé en méq/g de 0,5 à 5 et de préférence de 0,7 à 1,8.
6. Composition selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que ledit composant polyol comprend en plus un diol portant au moins une fonction acide neutralisée.
7. Composition selon la revendication 6, caractérisée en ce que ledit diol est l'acide diméthylolpropionique neutralisé par la triéthylamine.
8. Composition selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que ledit polyuréthanne est obtenu à partir d'un composant polyisocyanate, comprenant au moins un polyisocyanate aliphatique, aromatique ou cycloaliphatique ayant une fonctionnalité d'au moins égale à 2.
9. Composition selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que pour l'obtention dudit polyuréthanne les proportions du composant polyisocyanate et du composant polyol sont telles que le rapport global NCO/OH est compris entre 1,5 et 2,5.
10. Composition selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que ladite dispersion aqueuse de polyuréthanne est obtenue avec un allongeur de chaîne choisi parmi les diamines.
11. Composition selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que ledit polyuréthanne représente de 2 à 50% et de préférence de 5 à 25% en poids par rapport au poids total bitume + polyuréthanne, le poids étant exprimé en matière sèche.
12. Composition selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisée en ce que ladite dispersion aqueuse de polyuréthanne est obtenue suivant un procédé comprenant les étapes suivantes : (a) formation d'un prépolymère à fonctions NCO par réaction dans un solvant : . d'un composant polyisocyanate et . d'un composant polyol comprenant un diol, portant au moins une fonction acide neutralisée, les fonctions NCO étant en excès par rapport aux fonctions OH et dans un rapport compris entre 1,5 et 2,5 (b) dispersion du prépolymère dans l'eau (c) addition d'un allongeur de chaîne de type diamine (d) évaporation du solvant pour obtenir une dispersion aqueuse de polyuréthanne contenant des fonctions urée.
13. Procédé de préparation d'une composition telle que définie à l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que ladite composition est préparée par simple mélange de : i) au moins une dispersion aqueuse de bitume ii) au moins une dispersion aqueuse d'au moins un polyuréthanne telle que définie selon l'une des revendications 1 à 12.
14. Procédé de préparation selon la revendication 13, caractérisé en ce que la proportion pondérale de la dispersion de polyuréthanne représente de 2 à 75% du total de dispersions bitume et polyuréthanne, pour des dispersions de bitume et de polyuréthanne ayant des taux d'extrait sec indépendants et variant dans une plage allant de 20 à 60% et de préférence de 30 à 50% en poids de chaque dispersion.
15. Procédé de préparation selon l'une des revendications 13 ou 14, caractérisé en ce que la dispersion aqueuse de polyuréthanne est préalablement et séparément préparée suivant les étapes suivantes : (a) formation d'un prépolymère à fonctions NCO par réaction dans un solvant d'un polyisocyanate, d'un polyol et d'un diol contenant au moins une fonction acide neutralisée, les fonctions NCO étant en excès par rapport aux fonctions OH (b) dispersion du prépolymère dans l'eau (c) addition d'un allongeur de chaîne de type diamine (d) évaporation du solvant pour obtenir une dispersion aqueuse de polyuréthanne contenant des fonctions urée.
16. Composition de revtement comprenant au moins une composition telle que définie selon l'une des revendications 1 à 12 ou obtenue par le procédé défini selon l'une des revendications 13 à 15.
17. Composition selon la revendication 16, caractérisée en ce que ledit revtement est un revtement ou enduit de protection, d'étanchéité ou d'insonorisation ou d'amortissement pour application routière, de toiture, dans le bâtiment ou dans l'industrie.
18. Utilisation d'une composition telle que définie selon l'une des revendications 1 à 12 ou obtenue par le procédé défini selon l'une des revendications 13 à 15 dans la réalisation d'enduits superficiels, de couches d'étanchéité sous enrobés routiers, de revtements d'étanchéité pour toitures, d'enrobés routiers, d'enrobés coulés à froid ou slurry, de liants d'agglomération, de revtements de protection de canalisations, de couches d'accrochage et d'imprégnation de sous. couches de moquettes, de revtements insonorisants et amortissants ou isolants.
19. Procédé d'utilisation selon la revendication 18, caractérisé en qu'il comprend les étapes suivantes : a) mélange d'au moins une dispersion aqueuse de bitume et d'au moins une dispersion aqueuse d'au moins un polyuréthanne telle que définie à l'une des revendications 1 à 12, a) application directe du mélange obtenu à l'étape a), sur l'objet ou substrat d'application, b) séchage/filmification par simple évaporation de l'eau, les étapes a) b) et c) pouvant tre conduites sur le lieu mme de l'application et dans les conditions ambiantes du lieu d'application.
20. Revtements, enduits superficiels, couches d'étanchéité sous enrobés routiers, revtements d'étanchéité pour toitures, enrobés routiers, enrobés coulés à froid ou slurry, liants d'agglomération, revtements de protection de canalisations, couches d'accrochage et d'imprégnation de sous. couches de moquettes, revtements insonorisants et amortissants ou isolants, obtenus par le procédé tel que défini selon la revendication 19, ou à partir d'une dispersion de bitume modifié telle que définie selon l'une des revendications 1 à 12 ou obtenue par le procédé tel que défini à l'une des revendications 13 à 15.
Description:
COMPOSITIONS A BASE DE DISPERSIONS AQUEUSES DE BITUME ET DE POLYURETHANE, PROCE DE DE PREPARATION ET UTILISATIONS La présente invention se rapporte au domaine des bitumes en émulsion, en particulier au domaine des bitumes en émulsion (dispersion aqueuse) modifiés par une dispersion aqueuse de polymère et plus particulièrement au domaine des bitumes en émulsion modifiés par une dispersion aqueuse de polyuréthanne spécifique.

L'utilisation de mélanges bitume-polymère est largement connue, particulièrement dans le domaine routier et dans le domaine de l'étanchéité en particulier sous forme de membranes et de revtements. L'incorporation de polymères dans les bitumes modifie leurs propriétés dans le sens d'une amélioration du comportement thermique, qui se caractérise par une augmentation de la température d'écoulement (fluage) et par une diminution de la température de rigidification (fissuration), avec pour conséquence une amélioration de l'allongement et de la résistance à la rupture et à la déchirure.

Parmi les diverses applications industrielles des émulsions de bitume, on peut citer par exemple la réalisation d'enduits superficiels, de couches d'étanchéité sous enrobés routiers, d'enrobés routiers, d'enrobés coulés à froid ou slurry, de liants d'agglomération, de revtements de protection de canalisations, de couches d'accrochage et d'imprégnation de sous-couches de moquettes, de revtements insonorisants et amortissants.

Dans tous les cas, il s'agit d'une dispersion de bitume ou de produit bitumineux dans une phase aqueuse obtenue à l'aide d'un tensioactif et grâce à un apport d'énergie apportée soit par un moulin colloïdal soit par tout autre dispositif propre à assurer la dispersion. Généralement, et selon le type d'émulsifiant utilisé lors de la préparation de l'émulsion, on distingue deux types d'émulsions : les émulsions aqueuses anioniques et les émulsions aqueuses cationiques.

Les premières (i. e. anioniques) trouvent généralement leurs applications dans le bâtiment et travaux publics (BTP) ou la construction et les travaux de génie civil, pour l'étanchéité, le collage et les revtements de protection extérieure. Elles sont notamment fortement utilisées dans le domaine de l'étanchéité des toitures (flat roof et built-up roofs). Les propriétés essentielles pour ces applications sont l'élasticité du bitume, la bonne résistance à haute température (faible fluage) et aux basses températures (résistance à la fissuration), ainsi qu'une bonne adhérence sur substrat acier et béton et une faible absorption d'eau (i. e. bonne imperméabilité). En effet, les bitumes utilisés dans l'étanchéité des toitures doivent supporter de forts écarts de températures en cycle saisonnier sur des durées de vie de plusieurs années. Les bitumes en émulsion non modifiés par un additif polymère en général ne permettent pas d'obtenir des performances suffisantes. En effet, les propriétés mécaniques des bitumes sont très sensibles à la température. Ils deviennent souvent trop rigides et fragiles aux températures hivernales, alors qu'ils ont tendance à fluer aux températures élevées, par exemple en été. D'autre part, les bitumes présentent en général une adhérence faible sur des substrats conventionnels tels que les bétons et l'acier. Souvent l'application d'une couche de primaire est donc nécessaire, ce qui implique des coûts de production supplémentaires. Enfin, leur imperméabilité ainsi que leur tenue aux attaques chimiques sont souvent insuffisantes.

Les secondes (i. e. cationiques) sont utilisées en général comme liant dans la réalisation ou la réparation des revtements routiers. Les propriétés que l'on cherche à améliorer sont alors la résistance à l'orniérage (c'est-à- dire la capacité du bitume à résister à l'abrasion, au fluage et au vieillissement induit par le passage des véhicules), la résistance à la fissuration à basse température ainsi que l'adhérence sur les granulats.

US 4 724 245 décrit un procédé qui consiste à préparer un mélange de bitume, de polybutadiène hydroxytéléchélique, désigné ci-après par PBHT et à l'émulsionner en phase aqueuse, la réticulation se produisant par addition de polyisocyanate dispersé en phase aqueuse.

Le brevet US 3 909 474 décrit un procédé similaire à partir d'un bitume préalablement oxydé, la réticulation se produisant par oxydation du PBHT.

Le brevet US A 3 932 331 décrit une méthode pour rompre et durcir rapidement une émulsion de bitume en incorporant un prépolymère uréthane à terminaisons isocyanate (NCO). Lorsque le prépolymère est ajouté à 1'émulsion de bitume, cela rend impossible le stockage du mélange émulsion bitume-polymère, 1'isocyanate réagissant avec l'eau de l'émulsion.

DE 40939151 décrit une composition obtenue par réaction d'un prépolymère avec une dispersion de composé oléfinique insaturé, de polyuréthanne ou de bitume.

DE 4408154 décrit un revtement à base d'une émulsion de bitume contenant un prépolymère polyuréthanne avec des NCO terminaux.

La plupart de ces procédés, connus dans l'état de l'art, nécessitent l'utilisation de compositions à deux composants réactifs (2K) avec la présence forcée d'un composant isocyanate et un contrôle strict des conditions opératoires aussi bien en termes d'environnement et de sécurité/hygiène qu'en termes techniques de dosage strict des composants réactifs pour avoir des performances satisfaisantes. Plus particulièrement, compte tenu des conditions d'application souvent imposées (ex. contraintes climatiques : température et humidité), la structure et les performances applicatives du produit fini sont souvent très difficiles à reproduire. D'autre part, la réaction évolutive du composant isocyanate peut très bien perturber la stabilité fragile de la dispersion dans son ensemble.

La présente invention remédie à ces problèmes en proposant une solution à base d'une composition aqueuse de polymère équivalente à une composition monocomposante (1K) non réactive. En effet, il y a absence de tout composant réactif susceptible d'tre affecté par les conditions opératoires d'application ou d'affecter les conditions de sa mise en oeuvre en termes d'hygiène, de sécurité ou d'environnement par son usage.

Le premier objet de la présente invention est donc une composition aqueuse de polymère comprenant : a) au moins une dispersion aqueuse de bitume b) au moins une dispersion aqueuse d'au moins un polyuréthanne, ce polyuréthanne étant obtenu à partir d'un composant polyol comprenant au moins un polydiène hydroxylé.

Un autre objet de l'invention est un procédé de préparation de la composition définie selon l'invention, par simple mélange physique d'une dispersion aqueuse de bitume et d'une dispersion aqueuse de polyuréthanne, les deux émulsions étant compatibles. Ce procédé permet de modifier le bitume et d'améliorer l'ensemble de ses propriétés et par conséquent d'offrir de nouvelles solutions techniques dans le domaine de l'étanchéité pour BTP, de la construction et du génie civil. Ce procédé a pour avantage de proposer un système sans isocyanate libre (free-NCO), monocomposant, homogène et stable. De plus, le film de bitume-polymère se forme et durcit par simple évaporation de l'eau, dans les conditions ambiantes d'application.

Un autre objet de l'invention concerne une composition de revtement comprenant au moins une composition aqueuse de polymère telle que définie selon l'invention.

Un autre objet de l'invention concerne l'utilisation d'une composition aqueuse de polymère de l'invention dans la réalisation d'enduits superficiels, de couches d'étanchéité sous enrobés routiers, de revtements

d'étanchéité pour toitures, d'enrobés routiers, d'enrobés coulés à froid ou slurry, de liants d'agglomération, de revtements de protection de canalisations, de couches d'accrochage et d'imprégnation de sous-couches de moquettes, de revtements insonorisants et amortissants ou isolants.

L'invention concerne aussi un procédé d'utilisation de la composition aqueuse de polymère telle que définie selon l'invention, qui comprend les étapes suivantes : a) mélange d'au moins une dispersion aqueuse de bitume et d'au moins une dispersion aqueuse d'au moins un polyuréthanne telle que définie selon l'invention, b) application directe du mélange obtenu à l'étape a), sur l'objet ou substrat d'application, c) séchage/filmification par simple évaporation de l'eau les trois étapes a) b) et c) pouvant tre conduites sur le lieu mme de l'application et dans les conditions ambiantes du lieu d'application.

Un dernier objet de l'invention concerne des produits finis tels que des revtements, enduits superficiels, couches d'étanchéité sous enrobés routiers, revtements d'étanchéité pour toitures, enrobés routiers, enrobés coulés à froid ou slurry, liants d'agglomération, revtements de protection de canalisations, couches d'accrochage et d'imprégnation de sous-couches de moquettes, revtements insonorisants et amortissants ou isolants, obtenus selon le procédé d'utilisation de l'invention ou à partir d'une composition de dispersion aqueuse de polymère telle que définie selon l'invention.

La demanderesse a en effet découvert que l'addition de dispersion aqueuse de polyuréthanne, désigné ci-après par PUD, dans une dispersion aqueuse (émulsion) de bitume permettait l'obtention d'un mélange stable au stockage et d'améliorer de façon très significative les

performances mécaniques en termes de tenue thermique à basses et hautes températures (problème de rigidification et résistance au fluage) et en particulier les propriétés mécaniques telles que la contrainte et l'allongement à la rupture du bitume modifié qui résulte de la présence de PUD. De plus, les propriétés d'adhérence du bitume sur acier ou béton sont considérablement améliorées, ainsi que l'imperméabilité à la vapeur d'eau pour les applications comme revtements ou couches d'étanchéité.

La demanderesse a découvert aussi que lorsque la dispersion de polyuréthanne est réalisée à partir d'un polybutadiène hydroxytéléchélique (PBHT), les propriétés de résistance aux agressions chimiques sont particulièrement améliorées.

Selon l'invention, la dispersion aqueuse de polyuréthanne peut tre préparée suivant un procédé décrit dans WO 99/4894 et comprenant les étapes suivantes : (a) formation d'un prépolymère à fonctions NCO par réaction dans un solvant : - d'un composant polyisocyanate et - d'un composant polyol comprenant un diol, portant au moins une fonction acide neutralisée, les fonctions NCO étant en excès par rapport aux fonctions OH et dans un rapport compris entre 1,5 et 2,5 (b) dispersion du prépolymère dans l'eau (c) addition d'un allongeur de chaîne de type diamine (d) évaporation du solvant pour obtenir une dispersion aqueuse de polyuréthanne contenant des fonctions'urée.

Le composant polyuréthanne de la composition de dispersion aqueuse de polymère selon l'invention représente de 2 à 50% et de préférence de 5 à 25% en poids par rapport au poids total bitume + polyuréthanne, le poids étant exprimé en matière sèche.

De préférence, le polydiène hydroxylé est choisi parmi les oligomères de diènes conjugués hydroxy- téléchéliques qui peuvent tre obtenus par différents

procédés tels que la polymérisation radicalaire de diènes conjugués ayant de 4 à 20 atomes de carbone en présence d'un amorceur de polymérisation tel que le peroxyde d'hydrogène ou un composé azoïque tel que l'azobis- 2, 2' [méthyl-2, N- (hydroxy-2 éthyl) propionamide] ou la polymérisation anionique de diènes conjugués ayant de 4 à 20 atomes de carbone en présence d'un catalyseur tel que le naphtalène dilithium.

Selon la présente invention, le composant polyol du polyuréthanne est constitué d'au moins 50% et de préférence d'au moins 80% en poids d'au moins un oligomère de diène conjugué hydroxytéléchélique. Celui-ci est sélectionné préférablement parmi les oligomères hydroxytéléchéliques dérivés de : butadiène, isoprène, chloroprène, pentadiène-1,3, cyclopentadiène et de leurs mélanges. La masse moléculaire moyenne en nombre des oligomères utilisables peut varier de 500 à 15 000 et de préférence de 1 000 à 3 000, l'indice d'hydroxyle exprimé en milliéquivalents par gramme (méq/g) est de 0,5 à 5 et de préférence de 0,7 à 1,8 et leur viscosité est comprise entre 1 000 et 10 000 mPa. s.

On utilisera de préférence un polydiène-polyol à base de butadiène et plus particulièrement hydroxytéléchélique. Avantageusement, le polydiène-polyol comprend 70 à 85% en mole de préférence 80% de motifs 1-4 et 15 à 30% de préférence 20% de motifs 1-2. A titre d'illustration de polydiènes-polyols, on citera le polybutadiène à terminaisons hydroxylées commercialisé par la Société ATOFINA sous les dénominations de PolybdR45 HT et PolybdR20 LM. Peuvent également convenir comme polydiènes hydroxylés les copolymères hydroxylés de diènes conjugués avec les monomères vinyliques et/ou acryliques tels que le styrène ou l'acrylonitrile. De mme, peuvent convenir pour cette utilisation les oligomères hydroxytéléchéliques de butadiène époxydés sur la chaîne ou bien encore des oligomères de diènes conjugués

hydroxytéléchéliques, partiellement ou totalement hydrogénés.

Le diol portant au moins une fonction acide neutralisée peut tre l'acide diméthylolpropionique neutralisé par la triéthylamine.

Un diol court peut aussi faire partie du composant polyol utilisé pour la préparation du polyuréthanne. Comme exemples de tels diols, on peut citer <BR> <BR> le 2-éthyl 1, 3-hexanediol, la N, N'(bis 2-hydroxypropyl) - aniline. La quantité d'un tel diol est avantageusement comprise entre 1 et 30 parties en poids pour 100 parties de polydiène à terminaisons hydroxylées.

Selon la présente invention, le polyisocyanate utilisé pour la préparation de la dispersion aqueuse de polyuréthanne peut tre un polyisocyanate aromatique, aliphatique ou cycloaliphatique ayant au moins deux fonctions isocyanates dans sa molécule.

A titre d'illustration de polyisocyanates aromatiques, on citera le 4,4'-diphényl-méthane diisocyanate (MDI), les MDI modifiés liquides, les MDI polymériques, le 2, 4- et le 2,6-tolylène diisocyanate (TDI) ainsi que leurs mélanges, le xylylène diisocyanate (XDI), le triphénylméthane triisocyanate, le tétraméthylxylylène diisocyanate (TMXDI), le paraphénylène diisocyanate (PPDI), le naphtalène diisocyanate (NDI).

Parmi les polyisocyanates aromatiques, l'invention concerne de préférence le 4, 4'-diphénylméthane diisocyanate et tout particulièrement les MDI modifiés liquides.

A titre d'illustration de polyisocyanates aliphatiques, on citera l'hexaméthylène diisocyanate (HDI) et ses dérivés, le triméthylhexaméthylène diisocyanate.

A titre d'illustration de polyisocyanates cycloaliphatiques, on citera l'isophorone diisocyanate (IPDI) et ses dérivés, le 4,4'-dicyclohexylméthane- diisocyanate et le cyclohexyl diisocyanate (CHDI).

On peut ajouter un catalyseur qui peut tre choisi dans le groupe comprenant des amines tertiaires, des imidazoles et des composés organométalliques.

A titre d'illustration d'amines tertiaires, on peut citer le diaza-1,4 bicyclo [2.2. 2] octane (DABCO).

A titre d'illustration de composés organométalliques, on peut citer le dibutyldilaurate d'étain, le dibutyldiacétate d'étain.

Les quantités de catalyseur peuvent tre comprises entre 0,01 et 5 parties en poids pour 100 parties en poids de polyol (polydiène à terminaisons hydroxyles et diol à fonction acide).

La quantité d'isocyanate est avantageusement telle que le rapport molaire NCO/OH est supérieur à 1,4 et de préférence compris entre 1,5 et 2, 5. Les fonctions OH sont celles du polydiène hydroxylé et du diol à fonction acide et du diol court.

La quantité de diol contenant des fonctions acides neutralisées est avantageusement telle qu'on ait 0,2 à 2,5 fonction carboxylate par chaîne de polydiène à terminaisons hydroxyles. La présence d'un solvant est nécessaire pour permettre d'effectuer la synthèse du prépolymère, ce solvant devant tre facile à éliminer à l'étape (d). On utilise de préférence la méthyléthylcétone (MEK). Cette étape (a) s'effectue dans des réacteurs agités conventionnels.

La quantité d'eau de l'étape (b) est telle qu'on obtienne à l'étape (d) une dispersion contenant de 20 à 60 et de préférence de 30 à 50% en poids de matières solides (Extrait Sec : ES). L'introduction de l'eau dans l'étape (b) se fait avantageusement dans un réacteur agité. Cette étape (b) peut s'effectuer sous pression ou non, mais il est plus simple de se situer à la pression atmosphérique.

La température de cette étape peut varier de l'ambiante (20°C) à 80°C et de préférence c'est la température ambiante (20°C).

Comme allongeur de chaîne à l'étape (c), on peut citer un allongeur type diamine et plus particulièrement l'hydrazine en solution aqueuse ou l'éthylène diamine ou l'isophorone diamine ou l'hydroxylamine. La réaction d'allongement peut s'effectuer à une température allant de l'ambiante à 80°C et de préférence à la température ambiante sous pression atmosphérique. L'allongement des chaînes dans la dispersion peut tre suivi par dosage volumétrique des fonctions isocyanate au cours du temps. La durée de réaction est de l'ordre de 10 minutes.

L'étape (d) peut tre réalisée par exemple par une distillation qu'on effectue dans un dispositif habituel.

Les dispersions aqueuses obtenues ne contiennent pas de quantité substantielle de solvant (de préférence < 5%), elles ont une faible viscosité, par exemple de 4 à 10 mPa. s et contiennent de 20 à 60% et de préférence de 30 à 50% en poids de solides (ES).

Concernant le procédé de préparation de la composition aqueuse de polymère selon l'invention, les proportions de dispersions respectives de bitume et de polyuréthanne sont dans un rapport en poids allant de 2 à 75% de dispersion, pour des dispersions de bitume et de polyuréthanne ayant des taux d'extrait sec indépendamment variables dans une plage allant de 20 à 60% en poids et, de préférence, de 30 à 50% en poids, de chaque dispersion.

En ce qui concerne les compositions de revtement selon l'invention, elles peuvent servir à la réalisation de revtement ou d'enduit de protection, d'étanchéité ou d'insonorisation ou d'amortissement pour application routière, de toiture, dans le bâtiment ou dans l'industrie.

Les exemples suivants illustrent l'invention sans en limiter la portée.

EXEMPLES Une dispersion aqueuse de polyuréthanne est typiquement obtenue à partir d'un pré-polymère uréthane

terminé isocyanate contenant des groupements fonctionnels anioniques (c'est-à-dire des groupements carboxyliques) ou cationiques afin de permettre la mise en émulsion. Ce pré- polymère est tout d'abord neutralisé et dispersé dans l'eau. L'étape suivante consiste à augmenter le poids moléculaire ou réaliser un allongement de chaîne par l'addition d'une diamine pour obtenir une dispersion de polyuréthanne polyurée (PUD). On pourra à titre d'exemple, sans pour cela tre restrictif quant au type de PUD couvertes par le présent brevet, choisir une PUD anionique obtenue à partir d'un polybutadiène hydroxylé comme décrit dans la demande de brevet n° FR98.03793. t ahrie Composition Dispersion anionique de Composition Dispersion anionique de polyuréthanne à base polybutadiène hydroxylé (Poly bd R45HT""d'ATOFINA) Extrait sec 37, 9 % en poids pH 7, 3 A un bitume en émulsion aqueuse à structure alvéolaire exempt de charge (émulsion pouvant tre utilisée comme un enduit polyvalent à base de bitume pour l'étanchéité, le collage, l'isolation, la protection et le dallage), on ajoute cette dispersion aqueuse de polyuréthanne. Les mélanges des ces deux émulsions ont été réalisés à température ambiante avec un agitateur à pales à faible rotation pendant dix minutes dans les proportions pondérales [ml, m2] suivantes : [0, 100], [5, 95], [10, 90], [20, 80], [50, 50], [75, 25], [100, 0] où ml représente la masse de dispersion aqueuse de polyuréthanne PUD et m2 la masse d'émulsion de bitume. Emulsion de b itume ; l l :' Composition émulsion anionique de bitume Extrait sec 48 % en poids pH 9, 5

Stabilité au stockage La stabilité au stockage des mélanges d'émulsions à été suivie sur une période de 1 mois à température ambiante. Il est possible d'obtenir des mélanges stables à des taux de PUD allant jusqu'à 50 parties en poids pour 50 parties en poids de dispersion de bitume, aucune séparation de phase n'étant observée. La stabilité au stockage est donc jugée bonne. Les résultats sont détaillés dans le tableau 1 suivant.

Tableau 1 : Evaluation de la stabilité du mélange en fonction de la'composition PUD/dispersion de bitume, après un mois de stockage un. : F z artie poins ^ i :. a :.... 3 : 'emus i- L1 1.. 1A1LL, 'S 7. 4 (pàrtles'en ; z 1, 1 mois à température stable stable stable stable stable instable stable ambiante Evaluation des propriétés à chaud et à froid L'ensemble des échantillons a été analysé en DMA afin de suivre l'évolution des propriétés en température et plus précisément de déterminer l'influence du taux de modifiant PUD sur les limites hautes et basses d'utilisation du bitume. Les modules E' (module dynamique de stockage) et E" (module dynamique de perte), ainsi que le facteur de perte tg 5=E"/E'ont Lté mesurés par analyse DMA entre-100°C et +100°C à une fréquence de = 10 rad. s-1.

Une température limite haute a pu tre mise en évidence. Cette température correspond au seuil d'écoulement du bitume, et au-delà de celle-ci les

propriétés de l'échantillon ne sont plus mesurables et à laquelle l'essai a donc été stoppé. Pour le bitume [100 : 0], le seuil d'écoulement, comme précédemment défini, est situé à T [100 : 0] = 31°C. Cette température augmente clairement lorsque le bitume est modifié par la PUD (entre parenthèses parties en poids"émulsion bitume" :"PUD"). Ainsi on obtient T [95 : 51 = 54, 7'C, puis on obtient T [90 : 10] = 66, 7°C et T [80 : 20] > 100°C, comme décrit dans le tableau 2.

De mme pour la détermination d'une température limite basse, nous nous sommes fixé un critère T* de rigidification comme étant la température à laquelle le module E' (Module Dynamique de Stockage déterminé par DMA à la fréquence de M = 10 rad. s~l) du bitume modifié augmente d'une 1/2 décade par rapport au module E'à température ambiante (RT = 20 C). Selon ce critère, nous obtenons alors T* [100 : 0] = +4°C pour le bitume de référence, puis pour les bitumes modifiés T* [95 : 5] = - 18, 1°C, T* [90 : 10] =-9, 9°C, T* [80 : 20] =-11, 9°C, T* [50 : 50] =-32, 6°C et enfin T* [25 : 75] =-53, 3°C.

Tableau 2 : Mesure des températures d'écoulement et de rigidification en fonction de la composition dispersion bitume/PUD (PU : polyuréthanne sec) Dispersion avionique Polyuréthanne. à' :' Polyuréthanne. à :. 0. :. 5 : : .. 10. 20.. : 50.. 75 : ; : 100 ; base-de PBHT (parties en poids) Emulsion anionique clé bitumew (parties : 100 95 90'80 : 4-50 25- Taux en % de Taux en de Polyuréthanne sec (PU) dans le zmélange 0 3, 98 8, 06 16, 48 44, 12 71, 64 100 mélange Taux en. % de Polyuréthanne sec mean ° S S'° "00 (rapport pondéral de solides) d'écoulem ntl c 3l 54, 7 66, 7 >100 >100 >100 >100 T* au seuil de rigidifi-°C 4-18, 1-9, 9-11, 9-32, 6-53, 3-62, 2 cation

Ces mesures montrent clairement que le seuil de plasticité du bitume de référence est élargi grâce à l'utilisation de PUD comme modifiant. Les propriétés à haute température (i. e. fluage) sont améliorées ainsi que la résistance à la fissuration à basse température.

Evaluation de l'adhérence sur acier Les différentes émulsions de bitume modifié par la PUD ont ensuite été appliquées en film d'1 mm d'épaisseur sur acier. Le substrat acier sélectionné est un acier conventionnel (low carbon mild steel) préalablement traité en surface par grenaillage. Un test d'adhérence sur acier a été réalisé selon la norme RENAULT D51 1755, qui consiste à coller un plot circulaire de diamètre 20 mm sur le revtement au moyen d'une colle époxy bi-composant (ARALDITE/CIBA GEIGY). Ce plot est ensuite arraché à une vitesse de 10 mm/min sur une machine de traction suivant le schéma décrit ci-dessous. La force maximale à l'arrachement, ainsi que le faciès de rupture (rupture cohésive ou adhésive) sont alors notés.

Le bitume seul ne présente qu'une adhérence très faible sur acier grenaillé. Lorsque le taux de modifiant augmente, l'adhérence est améliorée de façon très significative. Le mélange émulsion de Bitume/PUD [5 : 95] possède une adhérence à 1,38 MPa, puis 3,37 MPa pour [20 : 80] et supérieure à 4 MPa pour [50 : 50] et [75 : 25]. Les résultats sont regroupés dans le tableau 3.

Evaluation de l'adhérence sur béton Pour ces tests, nous avons utilisé des dalles de béton de dimension 40 X 40 X 5 cm de type référence LUCIANA. Elles ont été préalablement dépoussiérées et rincées à l'eau, puis placées au moins 24 heures en étuve ventilée à 50°C pour séchage. Les différentes émulsions modifiées PUD sont alors coulées sur la plaque de béton pour former un revtement d'environ 1 mm d'épaisseur. La

plaque revtue est laissée une semaine à température et humidité ambiante. Un test d'adhérence comme précédemment décrit est alors réalisé. Les résultats confirment que les propriétés d'adhérence du bitume sont améliorées par l'addition de PUD et particulièrement à des taux compris entre 10 et 20%, pour lesquels une rupture cohésive dans le substrat béton est observé. Les résultats sont regroupés dans le tableau récapitulatif 3.

Evaluation de la perméabilité à la vapeur d'eau A partir des différentes émulsions de bitume modifié PUD, des films de 2 mm d'épaisseur sont réalisés.

Les échantillons ont été placés 2 heures en étuve ventilée à 50°C puis une semaine à température ambiante au laboratoire pour achever la filmification, avant le découpage des éprouvettes de test. Les mesures de perméabilité à la vapeur d'eau ont été effectuées selon la norme ASTM E 96 E (38°C/90% d'humidité relative HR). Une nette amélioration des propriétés d'imperméabilité du film est observée grâce à l'utilisation de PUD. Les résultats sont regroupés dans le tableau récapitulatif 3.

Evaluation des propriétés mécaniques A partir des différentes émulsions de bitume modifié PUD des films de 2 mm d'épaisseur sont réalisés.

Les échantillons ont été placés 2 heures en étuve ventilée à 50°C puis une semaine à température ambiante au laboratoire pour achever la filmification, avant le découpage des éprouvettes pour tests mécaniques. La contrainte à la rupture est quasiment nulle pour le bitume seul, alors qu'on obtient des valeurs bien supérieures à 1 MPa avec un taux de polymère modifiant PU sec (polyuréthanne) de l'ordre de 16%. Cette contrainte comme l'allongement à la rupture croit avec l'augmentation du taux de polymère modifiant PU (voir tableau 3) Tableau 3 : Récapitulatif. des propriétés du bitume modifié, en fonction de la composition dispersion bitume/PUD Dispersion anioniqué Poly-..' Ürth'al' e"à baàè"' de. PBHT P en, _,,. : : de, PBET en poils) E ; auleion bitumé, (p. : n 00 95, 90 O. 50 25 0 poic3s) :.'....' ;. :" : ?,..,. ; v..,.. : ;.,. 3, ; . a ; :"., e... ... ,., ; : 1 ., ï. _ : v' Taux de PU sec dans le mélange (taux en poids 0 3, 98 8, 06 16, 48 44, 12 71, 64 100 pour 100 parties de solides) Adhérence 3, 37 9, 63 4, 16 7, 9 Adhérence 3, 37 4, 63 4, 16 7, 9 sur acier MPa 0 1, cohésif cohésif cohésif cohésif (Renault bitume bitume bitume bitume D51 1755) Adhérence sur béton 2, 66 2, 77 3, 48 3, 04 3, 13 1, 95 2, 13 (Renault cohésif cohésif cohésif cohésif cohésif adhésif adhésif D51 1755) bitume bitume béton béton béton Perméabi- lité à la g. 500u vapeur m/mm2. 295, 2 247, 5 102, 4 103, 38 16, 68 15, 7 26 d'eau (ASTM E96E) Contrain- te à la rupture MPa 0 0 0 1, 4 2, 1 2, 6 5, 1 (ASTM D412-98a) Allonge- ment à la rupture % ; ze 0 0 0 19 80 265 413 (ASTM D624- OOel) Déchirure non non non (ASTM N/mm mesu-mesu-mesu-13, 7 17, 1 17, 8 21, 6 D2240-00) rable rable rable non non non Dureté A mesu-mesu-mesu-63 70 69 70 rable rable rable T au seuil bC 31 54, 7 66, 7 >100° >100° >100° >100° ment ment T* au rigidifi-°C 4-18, 1-9, 9-11, 9-32, 6-53, 3-62, 2 cation