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Patent Searching and Data


Title:
ORGANIC AROMATIC PEROXIDE AND ALCOHOL COMPOSITION FOR ELASTOMER CROSSLINKING
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2005/092966
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to the use of a composition consisting of a crosslinking agent and an efflorescence-inhibiting agent, wherein said crosslinking agent is selected from a group formed by (a) an aromatic peroxide and (b) the combination of at least of one type aromatic peroxide and at least one type of aliphatic peroxide and said efflorescence-inhibiting agent being an alcohol. The efflorescence-inhibiting agent is embodied in the form of a sorbitol, mannitol, glycerol and a polyglycerol or the derivatives thereof.

Inventors:
DEBAUD FABIEN (FR)
MYERS TERRY N (US)
Application Number:
PCT/FR2005/000383
Publication Date:
October 06, 2005
Filing Date:
February 18, 2005
Export Citation:
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Assignee:
ARKEMA (FR)
DEBAUD FABIEN (FR)
MYERS TERRY N (US)
International Classes:
C08K5/053; C08K5/14; C08K5/1575; (IPC1-7): C08K5/00
Foreign References:
FR1386695A1965-01-22
US4499244A1985-02-12
EP1041108A12000-10-04
GB2156360A1985-10-09
Other References:
DATABASE CHEMABS [online] CHEMICAL ABSTRACTS SERVICE, COLUMBUS, OHIO, US; "Mixed peroxide compositions", XP002294643, retrieved from STN Database accession no. 1982:424713
Attorney, Agent or Firm:
Bonnel, Claudine (Département Propriété Industrielle Cours Michele, La Défense 10 Paris la Défense Cedex, FR)
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Claims:
REVENDICATIONS
1. Utilisation d'un agent antiefflorescence de type alcool dans des compositions comprenant un agent de réticulation pris dans le groupe constitué par (a) un peroxyde aromatique et (b) une combinaison d'au moins un peroxyde aromatique et au moins un peroxyde aliphatique, ledit alcool étant utilisé en quantité 2 à 10 fois moindre en poids par rapport à l'agent de réticulation.
2. Utilisation selon la revendication 1 , caractérisée en ce que l'agent anti efflorescence est utilisé en quantité 2 à 6 fois moindre en poids par rapport à l'agent de réticulation.
3. Utilisation selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que l'agent antiefflorescence est le sorbitol, le mannitol, le glycérol, un polyglycérol ou leurs dérivés.
4. Utilisation selon la revendication 3, caractérisée en ce que les dérivés peuvent contenir (i) au moins un groupe RC(O)O, le groupe R étant un groupe alkyl saturé ou insaturé contenant au moins 12 atomes de carbone, et/ou peuvent contenir (ii) au moins un groupe oxyalkyl ou polyoxyalkyl.
5. Utilisation selon la revendication 3, caractérisée en ce que les dérivés sont des mono, di, tri ou sesquiesters obtenus à partir d'acide laurique, d'acide myristique, d'acide palmitique, d'acide stéarique et isostéarique, d'acide oléique, d'acide érucique, d'acide ricinolénique, d'acide docosanoïque ou leurs mélanges.
6. Utilisation selon la revendication 3, caractérisée en ce que les dérivés sont pris dans le groupe comprenant, le monooléate de monoanhydrosorbitol, le monopalmitate de monoanhydrosorbitol, le monostéarate de monoanhydrosorbitol, le monoisostéarate de monoanhydrosorbitol, le tristéarate de monoanhydrosorbitol, le monotallate de monoanhydrosorbitol, le sesquioléate de monoanhydrosorbitol, le trioléate de monoanhydrosorbitol, le POE monolaurate de monoanhydrosorbitol, le POE monostéarate de monoanhydrosorbitol, le POE tristéarate de monoanhydrosorbitol, le POE monooléate de monoanhydrosorbitol et le POE trioléate de monoanhydrosorbitol, le POE monopalmitate de monoanhydrosorbitol, les mélanges de mono et dioléate de glycérol, le monostéarate de glycérol, le ricinoléate de polyglycérol, l'oléostéarate de monoanhydrosorbitol glycérol éthoxylé, l'hydroxystéarate de monoanhydrosorbitol glycérol alkoxylé, le docosanate de glycérol, le monostéarate de monoanhydrosorbitol éthoxylé, le polyricinoléate d'hexaglycérol, le monolaurate d'hexaglycérol, le tristéarate d'hexaglycérol, le POE monooléate de glycérol et leurs mélanges.
7. Utilisation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le peroxyde aromatique est pris dans le groupe comprenant le 1 , 1 'bis(tbutylperoxy)diisopropylbenzene, le 1 ,3bis(tert butylperoxyisopropyl)benzène, le 1 ,4(tertbutylperoxyisopropyl)benzène, le peroxyde de dicumyl, le peroxyde de phenylène bis(1 méthyléthylidène)bis(1 ,1 diméthyléthyl).
8. Utilisation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la composition comprend au moins un polymère thermoplastique et/ou élastomère réticulable.
9. Utilisation selon la revendication 8, caractérisée en que le polymère est pris dans le groupe comprenant le polyéthylène linéaire de faible densité (LLDPE), le polyéthylène de faible densité (LDPE), le polyéthylène de densité élevée (HDPE)1 le polyéthylène chloré, les terpolymères d'éthylènepropylènediène (EPDM), les copolymères d'éthylèneacétate de vinyle (EVA), les copolymères d'éthylènepropylène, le caoutchouc de silicone, le polyéthylène chlorosulfoné, les fluoroélastomères, le caoutchouc naturel (NR), le polyisoprène (IR), le polybutadiène (BR), les copolymères acrylonitrilebutadiène (NBR), les copolymères styrène butadiène (SBR), les copolymères d'éthylène(méth)acrylate de méthyle et les copolymères d'éthylèneméthacrylate de glycidyle.
Description:
COMPOSITION DE PEROXYDE ORGANIQUE AROMATIQUE ET ALCOOL POUR LA RETICULATION DES ELASTOMERES

La présente invention concerne l'utilisation d'une composition comprenant un peroxyde organique plus particulièrement aromatique et un alcool permettant de réaliser des articles en polymères thermoplastiques et /ou élastomères réticulés sans qu'apparaisse le phénomène d'efflorescence à leur surface. Le phénomène d'efflorescence, également appelé blooming, décrit la migration de composés à la surface d'un article réalisé en polymère réticulé par injection moulage ou extrusion. Ces composés peuvent être des ingrédients de la formulation utilisée, mais également des produits de décomposition d'ingrédients de la formulation. Ces produits de décomposition présentent une propension à migrer à la surface de matériaux et peuvent se présenter sous forme de paillettes ou cristaux brillants ou de fine poudre blanche. Ce phénomène traduit visuellement le phénomène d'efflorescence. On constate que si les peroxydes organiques aromatiques permettent d'augmenter le degré de réticulation du polymère, ils se dissocient au cours de la réaction radicalaire formant des dérivés alcool et/ ou cétone au terme de la réaction. Ces dérivés sont directement impliqués dans le phénomène d'efflorescence. Dans le cas d'une réticulation utilisant le 1 ,3 ou le 1 ,4-bis(tert- butylperoxyisopropyl) benzène, les principaux produits de décomposition ont été identifiés comme les suivants : CH. 1 ,4-bis(1 -méthyl-1 -hydroxyéthyl)benzène

1 ,3-bis(1 -méthyl-1 -hydroxyéthyl)benzène CH, H1C

1 ,4-diacétylbenzène H,C

1 ,3-diacétylbenzène CH3

1 -acétyl-4-(1 -méthyl-1 -hydroxyéthyl)benzène

1 -acétyl-3-(1 -méthyl-1 -hydroxyéthyl)benzène

Plusieurs solutions sont utilisées pour réduire voire supprimer le phénomène d'efflorescence. La première consiste à utiliser un mélange de peroxydes organiques aromatiques et non aromatiques de façon à réduire le phénomène d'efflorescence que l'on rencontre particulièrement en utilisant exclusivement des peroxydes aromatiques. Toutefois, le phénomène ne disparaît pas. La seconde consiste à utiliser un peroxyde ne contenant pas de noyau aromatique tel que par exemple le 2,5-diméthyl-2,5-di(tert-butylperoxy)hexane. L'utilisation d'un tel peroxyde évitera la formation de cristaux à la surface d'article de polymère mais au détriment du coût de la formulation plus élevé. La troisième consiste à réduire le phénomène d'efflorescence après son apparition par différents types de traitement de post-réticulation. La quatrième consiste à utiliser un halogénure~de métal comme additif. Cette solution est décrite dans le document EP 940 436. La préparation de la composition à base d'élastomères thermoplastiques réticulés de manière dynamique est réalisée en rajoutant à : -30 à 60 parties en masse d'oléfine thermoplastique et -30 à 100 parties en masse de polymère élastomère d'éthylène et d'une alpha-oléfine ; un halogénure de métal (Sn1 Zn, Ca) et un agent de réticulation choisi dans le groupe constitué de (a) un peroxyde aromatique et (b) une combinaison d'un peroxyde aromatique et d'un peroxyde aliphatique. Toutefois cette solution a pour inconvénients l'utilisation de dérivés métalliques et halogènes ainsi que des problèmes de stabilité des peroxydes dus à la présence d'halogénure de métal. Le brevet FR 1 386 695 propose une autre solution au problème d'efflorescence observé dans les vulcanisats préparés à partir de polymères et copolymères d'oléfines, et de α,α'-bis- (tertio butylperoxy)-p-diisopropylbenzéne comme agent de réticulation. Elle consiste à ajouter, dans une proportion comprise entre 0,5 à 5 parties en poids par partie de para-diperoxyde utilisé seul ou en mélange avec son isomère meta, une substance anti-efflorescence telle que les polyalcools aliphatiques, seuls ou en mélange avec l'acide silicique, les alcoylène-glycols et les polyoxyalcoylènes. L'efflorescence des vulcanisats au bout de 30 jours reste importante, si la substance anti- efflorescence telle que par exemple un polyoxyéthylène est ajouté en quantité moindre. De façon surprenante, la demanderesse a trouvé que l'utilisation d'un agent anti-efflorescence de type alcool en quantité 2 à 10 fois moindre en poids par rapport à l'agent de réticulation apporte une solution au problème technique de l'efflorescence dû à l'utilisation d'agent de réticulation de type peroxydes aromatiques, même après plus de 4 semaines. La période pendant laquelle aucun signe d'efflorescence n'apparaît à la surface des articles en polymères thermoplastiques et/ou élastomères peut dépendre de plusieurs facteurs dont la nature des additifs présents dans la formulation ou les cycles de température de vie des articles. Cette période est typiquement de plusieurs mois, même avec des quantités aussi faibles d'agent anti-efflorescence de type alcool. L'invention a pour objet l'utilisation d'un agent anti-efflorescence de type alcool dans des compositions comprenant un agent de réticulation pris dans le groupe constitué par (a) un peroxyde aromatique et (b) une combinaison d'au moins un peroxyde aromatique et au moins un peroxyde aliphatique, ledit alcool étant utilisé en quantité 2 à 10 fois moindre en poids par rapport à l'agent de réticulation ; de préférence ledit alcool est utilisé en quantité 2 à 6 fois moindre en poids par rapport à l'agent de réticulation. Selon un mode de réalisation, l'agent anti-efflorescence est le sorbitol, le mannitol, le glycérol, un polyglycérol ou leurs dérivés. Selon un mode de réalisation, les dérivés peuvent contenir (i) au moins un groupe R-C(O)O-, le groupe R étant un groupe alkyl saturé ou insaturé contenant au moins 12 atomes de carbone, et/ou peuvent contenir (ii) au moins un groupe oxyalkyl ou polyoxyalkyl. Selon un mode de réalisation, les dérivés sont des mono-, di-, tri- ou sesquiesters obtenus à partir d'acide laurique, d'acide myristique, d'acide palmitique, d'acide stéarique et isostéarique, d'acide oléique, d'acide érucique, d'acide ricinolénique, d'acide docosanoïque ou leurs mélanges. Selon un mode de réalisation, les dérivés sont pris dans le groupe comprenant, le monooléate de monoanhydrosorbitol, le monopalmitate de monoanhydrosorbitol, le monostéarate de monoanhydrosorbitol, le monoisostéarate de monoanhydrosorbitol, le tristéarate de monoanhydrosorbitol, le monotallate de monoanhydrosorbitol, le sesquioléate de monoanhydrosorbitol, le trioléate de monoanhydrosorbitol, le POE monolaurate de monoanhydrosorbitol, le POE monostéarate de monoanhydrosorbitol, le POE tristéarate de monoanhydrosorbitol, le POE monooléate de monoanhydrosorbitol et le POE trioléate de monoanhydrosorbitol, le POE monopalmitate de monoanhydrosorbitol, les mélanges de mono- et dioléate de glycérol, le monostéarate de glycérol, le ricinoléate de polyglycérol, l'oléostéarate de monoanhydrosorbitol glycérol éthoxylé, l'hydroxystéarate de monoanhydrosorbitol glycérol alkoxylé, le docosanate de glycérol, le monostéarate de monoanhydrosorbitol éthoxylé, le polyricinoléate d'hexaglycérol, le monolaurate d'hexaglycérol, le tristéarate d'hexaglycérol, le POE monooléate de glycérol et leurs mélanges. Selon un mode de réalisation, le peroxyde aromatique est pris dans le groupe comprenant le 1 ,1 '-bis-(t-butylperoxy)diisopropylbenzene, le 1 ,3-bis(tert- butylperoxyisopropyl)benzène, le 1 ,4(tert-butylperoxyisopropyl)benzène, le peroxyde de dicumyl, le peroxyde de phenylène bis(1 -méthyléthylidène)bis(1 ,1 - diméthyléthyl). Selon un mode de réalisation, la composition comprend au moins un polymère thermoplastique et/ou élastomère réticulable. De préférence, le polymère est pris dans le groupe comprenant le polyéthylène linéaire de faible densité (LLDPE), le polyéthylène de faible densité (LDPE), le polyéthylène de densité élevée (HDPE), le polyéthylène chloré, les terpolymères d'éthylène-propylène-diène (EPDM), les copolymères d'éthylène-acétate de vinyle (EVA), les copolymères d'éthylène-propylène, le caoutchouc de silicone, le polyéthylène chlorosulfoné, les fluoroélastomères, le caoutchouc naturel (NR), le polyisoprène (IR), le polybutadiène (BR), les copolymères acrylonitrile-butadiène (NBR), les copolymères styrène-butadiène (SBR), les copolymères d'éthylène-(méth)acrylate de méthyle et les copolymères d'éthylène-méthacrylate de glycidyle. L'invention concerne aussi un procédé de fabrication d'objets en polymère réticulé, caractérisé en ce qu'on mélange une composition de polymère réticulable avec une composition contenant un agent de réticulation et un agent anti-efflorescence telle que décrite ci-dessus. L'invention va maintenant être décrite plus en détails. Concernant les polymères thermoplastiques et /ou élastomères pris en considération dans la présente invention, ils peuvent être définis comme des polymères naturels ou synthétiques qui ont un caractère thermoplastique et/ou élastomère et qui peuvent être réticulés sous l'action d'un agent de réticulation. Dans Rubber World, « Elastomer Crosslinking with Diperoxiketals", octobre 1983, pages 26-32, et dans Rubber and Plastic News, « Organic Peroxides for Rubber Crosslinking », 29 septembre 1980, pages 46-50, on décrit la réticulation et les polymères réticulables. Des polyoléfines convenant à la présente invention sont décrites dans « Modem Plastics Encyclopedia 89 », pages 63-67, 74-75. A titre d'exemple, on peut citer le polyéthylène linéaire de faible densité (LLDPE), le polyéthylène de faible densité (LDPE), le polyéthylène de densité élevée (HDPE), le polyéthylène chloré, les terpolymères d'éthylène-propylène-diène (EPDM), les copolymères d'éthylène- acétate de vinyle (EVA), les copolymères d'éthylène-propylène, le caoutchouc de silicone, le polyéthylène chlorosulfoné, les fluoroélastomères, le caoutchouc naturel (NR), le polyisoprène (IR), le polybutadiène (BR), les copolymères acrylonitrile-butadiène (NBR) ou les copolymères styrène-butadiène (SBR). On peut également citer les copolymères d'éthylène-(méth)acrylate de méthyle et les copolymères d'éthylène-méthacrylate de glycidyle. Concernant l'agent de réticulation, il est sélectionné dans le groupe constitué par (a) un peroxyde aromatique et (b) une combinaison d'au moins un peroxyde aromatique et au moins un peroxyde aliphatique. La quantité d'agent anti-efflorescence requis peut être réduite lorsque l'on utilise (b) une combinaison d'au moins un peroxyde aromatique et au moins un peroxyde aliphatique, les peroxydes aliphatiques ne produisant pas le phénomène d'efflorescence. A 160°C, l'agent de réticulation a un temps de demi-vie de 0,1 à 25 minutes, de préférence de 0,2 à 10 minutes dans éthylène-propylène-diène (EPDM). Des exemples de peroxydes aromatiques pouvant être utilisés dans la présente invention en tant que (a) peroxyde aromatique seul ou en tant que peroxyde aromatique dans (b) une combinaison d'au moins un peroxyde aromatique et d'au moins un peroxyde aliphatique, sont : le 1 ,1 '-bis-(t- butylperoxy)diisopropylbenzene, le 1 ,3-bis(tert-butylperoxyisopropyl) benzène, le 1 ,4(tert-butylperoxyisopropyl)benzène, le peroxyde de dicumyl, le peroxyde de phenylène bis(1 -méthyléthylidène)bis(1 ,1 -diméthyléthyl). Parmi les peroxydes aliphatiques utilisables en combinaison avec au moins un peroxyde aromatique, on peut citer le 2,5-di-(t-butylperoxy)-2,5-diméthylhexane, le n-butyl 4,4-di(ter- butylperoxy)valérate ou le 1 ,1 -di(ter-butylperoxy)-3,3,5-triméthylcyclohexane). Ces listes de peroxydes ne sont, bien entendu, pas exhaustives. Quand il est utilisé seul, le peroxyde aromatique est présent dans des quantités de 1 à 7 parties, de préférence de 2 à 5 parties pour 100 parties en poids de polymère à réticuler. Quand il est utilisé en combinaison, le peroxyde aromatique est présent dans des quantités de 1 à 4 parties, de préférence de 2 à 3 parties et le peroxyde aliphatique dans des quantités de 1 à 4 parties, de préférence de 2 à 3 parties pour 100 parties en poids de polymère thermoplastique à réticuler. Concernant l'agent anti-efflorescence, c'est un alcool en particulier un polyalcool tel que le sorbitol, le mannitol, le glycérol, les polyglycérols ou leurs dérivés, ces derniers pouvant contenir (i) au moins un groupe alkyl pouvant être introduit par estérification avec un ou plusieurs acides alcanoïques saturés ou insaturés (acides gras) contenant au moins 12 atomes de carbone ou les dérivés de ces acides et/ou pouvant contenir (ii) au moins un groupe éther ou polyéther. Cet agent anti-efflorescence peut être avantageusement un mono-, di-, tri- ou sesquiester obtenu à partir de sorbitol, mannitol, glycérol ou polyglycérol et d'au moins un acide, ou ses dérivés, tel que l'acide laurique, l'acide myristique, l'acide palmitique, l'acide stéarique et isostéarique, l'acide oléique, l'acide érucique, l'acide ricinolénique, l'acide docosanoïque. Lorsque plusieurs acides (ou leurs dérivés) sont impliqués, ces derniers peuvent être identiques ou différents. L'agent anti-efflorescence peut contenir de plus un groupe oxyalkyle ou polyoxyalkyle, tel qu'un groupe oxyéthyle ou polyoxyéthyle de 4 à 40 carbones (abrégé par la suite POE). Cet agent anti-efflorescence peut être plus avantageusement pris dans un groupe comprenant le glycérol, le sorbitol, le mannitol, le monooléate de monoanhydrosorbitol, le monopalmitate de monoanhydrosorbitol, le monostéarate de monoanhydrosorbitol, le monoisostéarate de monoanhydrosorbitol, le tristéarate de monoanhydrosorbitol, le monotallate de monoanhydrosorbitol, le sesquioléate de monoanhydrosorbitol, le trioléate de monoanhydrosorbitol, le POE monolaurate de monoanhydrosorbitol, le POE monostéarate de monoanhydrosorbitol, le POE tristéarate de monoanhydrosorbitol, le POE monooléate de monoanhydrosorbitol et le POE trioléate de monoanhydrosorbitol, le POE monopalmitate de monoanhydrosorbitol, les mélanges de mono- et dioléate de glycérol, le monostéarate de glycérol, le ricinoléate de polyglycérol, l'oléostéarate de monoanhydrosorbitol glycérol éthoxylé, l'hydroxystéarate de monoanhydrosorbitol glycérol alkoxylé, le docosanate de glycérol, le monostéarate de monoanhydrosorbitol éthoxylé, le polyricinoléate d'hexaglycérol, le monolaurate d'hexaglycérol, le tristéarate d'hexaglycérol, le POE monooléate de glycérol et leurs mélanges. On peut mélanger plusieurs agents anti-efflorescence cités plus haut pour traiter un même polymère réticulable vis à vis du phénomène d'efflorescence. Outre les constituants précédemment cités, les compositions peuvent comprendre des anti-oxydants, des stabilisants, des plastifiants et des charges inertes telles que la silice, l'argile ou le carbonate de calcium.

EXEMPLES : Un terpolymère éthylène-propylène-diène (EPDM) a été préparé selon la composition définie dans le Tableau 1 ci-dessous. • DUTRAL ® TER 4049 : terpolymère d'éthylène -propylène - éthylidène norbomène. Teneur en polypropylène : 40%. • Carbon Black N550 : Noir de carbone utilisé comme charge renforçante. • SUNPAR ® 2280 : huile paraffinique.

Tableau 1 Composition Parties en poids Dutral TER 4049 100 Carbon Black N550 100 Sunpar 2280 40 p-Hydroquinone 1

Les formulations de peroxydes suivantes ont été préparées à température ambiante à l'aide d'un turbo mixer : > Le grade de référence est le F40P qui contient 40% de 1 ,3 et 1 ,4-bis(tert- butylperoxyisopropyl) benzène et 60% de charge minérale. > Le grade F40P1 , selon l'invention, contient 40% de 1 ,3 et 1 ,4-bis(tert- butylperoxyisopropyl) benzène, 10% de glycérol et 50% de charge minérale. > Le grade F40P2, selon l'invention, contient 40% de 1 ,3 et 1 ,4-bis(tert- butylperoxyisopropyl) benzène, 10% de trioléate de monoanhydrosorbitol et 50% de charge minérale. Les % ci-dessus sont donnés en poids. Le terpolymère EPDM préparé ci-dessus a été malaxé à 5O0C / 50 tpm pendant 5 minutes. Le terpolymère EPDM a été ensuite divisé en trois échantillons dans lesquels on a ajouté les grades de peroxydes suivants : F40P, F40P1 et F40P2 tels qu'indiqué dans le Tableau 2 ci-dessous. La quantité de F40P, F40P1 et F40P2 est de 8 phr (partie pour cent d'élastomère). Les mélanges se sont poursuivis pendant 5 minutes. Chaque compound a ensuite été mis en forme dans un mélangeur à rouleaux (distance entre rouleaux = 35 mm). • MH est le couple maximal à 185°C en dN.m, • t90 est le temps de réticulation à 1850C en min:s, • tS2 est le temps de grillage à 185°C en min:s et • tS5 est le temps de grillage à 145°C en min:s. Les performances des grades de peroxyde utilisés ont été évaluées avec un RPA 2000, un ODR 2000 et un Mooney MV2000. Tableau 2

Grade de MH t9o tS2 tS5 Echantillon (dNm) (min:s) (min:s) peroxyde (min:s) 1850C 185°C 185°C 145°C

Echantillon 1 F40P 19.2 04:21 00:32 02:34

Echantillon 2 F40P1 19.6 04:18 00:31 02:18

Echantillon 3 F40P2 19.1 04:27 00:35 03:01 Les échantillons 1 à 3 en caoutchouc réticulé ont ensuite été conservés à température ambiante et leurs surfaces ont été régulièrement comparées. On observe trois jours après la réticulation, l'apparition de cristaux sur l'Echantillon 1 , alors que l'Echantillon 2 et l'Echantillon 3 ne laissent apparaître aucun cristaux ou autres signes d'efflorescence à leurs surfaces et ce même après plus de quatre semaines à température ambiante. Un effet retardateur de grillage peut être observé lors de l'utilisation du grade F40P2.