Titre : procédé d’assemblage de surfaces par polymérisation interfaciale

La présente invention concerne le domaine du bâtiment, des travaux publics et du génie civil, en particulier l'étanchéité des ouvrages. Elle a pour objet un procédé pour faire adhérer deux substrats sans avoir recours à une colle renfermant des produits toxiques (tels que des isocyanates) ou des composés organiques volatils, et ne nécessitant pas l’emploi d’une source de chaleur. Plus précisément elle a pour objet un nouveau procédé d’assemblage de membranes, en particulier de membranes d’étanchéité, ou d’une membrane d’étanchéité à un support, par polymérisation interfaciale. Elle concerne aussi le produit laminé ainsi obtenu.

Les étanchéités dans le bâtiment et les travaux publics sont souvent réalisées, notamment pour les surfaces planes horizontales, au moyen de membranes ou de feuilles bitumineuses fixées sur le support ou substrat par fusion partielle de leur sous-face pour obtenir une adhérence intime et résistante.

Toutefois, la mise en œuvre des chalumeaux ou appareils de chauffage analogues dans certaines zones des surfaces à recouvrir à proximité d’ouvertures pouvant transmettre les flammes, d'éléments inflammables ou encore de décrochements peut présenter des risques de débuts d'incendie lors de l'application de la flamme ou, plus grave encore, des risques d'incendie postérieur aux travaux, par réactivation de la combustion de matériaux à combustion lente ayant été en contact avec la flamme, tels que par exemple des matériaux d’isolation thermique, souvent cachés et recouverts par d’autres matériaux moins sensibles à la chaleur.

On connaît, bien entendu, également des feuilles d’étanchéité à sous-face auto-adhésive à froid, toutefois elles sont fastidieuses à mettre en place au niveau des décrochements et ne font pas état d’une adhérence suffisamment importante pour fournir un contact intime surfacique et une fixation résistante dans le temps, surtout à basses températures (à 10°C par exemple).

Résumé

La présente invention a notamment pour but de pallier les inconvénients précités et de proposer une solution facile d’utilisation et de mise en œuvre, et permettant d’obtenir un produit laminé ayant une tenue et une résistance performantes et durables en application extérieure non protégée.

Il est ainsi proposé un procédé pour faire adhérer deux substrats, de préférence plans, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes : a) fournir un premier substrat recouvert, sur au moins une partie d’une de ses surfaces, d’une couche mince et régulière d’une composition comprenant :

- un donneur de Michael multifonctionnel, ayant au moins deux atomes d'hydrogène actifs de Michael par molécule, de préférence entre 2 et 8 atomes d'hydrogène actifs de Michael par molécule, plus préférentiellement entre 2 et 6 atomes d'hydrogène actifs de Michael par molécule, et choisi dans le groupe constitué :

• des composés liquides présentant au moins un groupe fonctionnel acétoacétate, des composés présentant au moins un groupe fonctionnel malonate ou des polyamines,

• ayant au moins une chaine carbonée hydrophobe attachée à ou liant ces groupes fonctionnels acétoacétate, malonate ou amines, et

• une masse molaire comprise entre 190 et 3500 g/mol, de préférence entre 200 et 2500 g/mol, plus préférentiellement entre 210 et 2000 g/mol ; b) fournir un deuxième substrat recouvert, sur au moins une partie d’une de ses surfaces, d’une couche mince et régulière d’une composition comprenant :

- un accepteur de Michael choisi parmi :

• les composés liquides acrylates à structure ramifiée avec 3 fonctionnalités ou 3 groupes fonctionnels par molécule, et

• ayant une masse molaire comprise entre 200 et 3500 g/mol, de préférence entre 250 et 2500 g/mol, plus préférentiellement entre 280 et 1800 g/mol ; c) mettre en contact les deux surfaces au moins en partie recouvertes ; d) permettre aux deux compositions de réagir pour former par addition de Michaël un film adhésif constitué d’un réseau réticulé, permettre au dit film de durcir et ainsi faire adhérer les deux substrats et obtenir un produit laminé.

Le procédé de la présente invention permet de faire adhérer deux substrats entre eux par une réaction par contact à l’interface d’une surface de chaque substrat. Le procédé repose sur la réaction entre un composé apposé sur une surface d’un premier substrat et un autre composé apposé sur une surface d’un deuxième substrat.

Le présent procédé permet un contrôle de la stœchiométrie des réactifs en amont, et facilite ainsi la mise en œuvre pour l’utilisateur final sur le chantier. En effet, les deux substrats à adhérer peuvent être équipés, sur une de leurs surfaces, des couches respectives avant leur arrivée sur le chantier.

De plus, la réticulation, i.e. l’adhésion des surfaces des deux substrats par réaction de Michael, peut se faire dans des conditions douces et respectueuses de l’environnement, e.g. à température ambiante, et en absence de stimuli externes tels que la chaleur ou des rayons UV. Ainsi cela évite l’emploi de quantités importantes d’hydrocarbures, associées à l’utilisation d’un chalumeau, diminuant l’empreinte carbone du processus de pose. De ce fait, l’utilisation de ce procédé permet de diminuer les émissions de CO2 équivalent par rapport à un processus de pose classique nécessitant l’utilisation d’un chalumeau. Par ailleurs, cela permet également une diminution de l’utilisation des ressources fossiles.

De plus, le procédé de l’invention ne nécessite pas l’emploi de composés organiques volatils, tel que les solvants, et ne met pas en œuvre des isocyanates, habituellement utilisés dans les adhésifs. Ainsi, le procédé de l’invention, ne mettant pas en œuvre des composés organiques volatils, est particulièrement avantageux pour l’utilisateur en termes de protection des voies respiratoires. De ce fait, ce procédé permet de diminuer les risques vis-à-vis de la santé humaine par rapport à un procédé classique utilisant des composés organiques volatils.

Le procédé selon l’invention est rapide, les matériaux obtenus présentant notamment un temps de gel de l’ordre d’une heure, et un durcissement rapide, à basses températures (-10°C) et hautes températures (+40°C).

La combinaison particulière de l’accepteur de Michael et du donneur de Michael, telle que définie dans l’invention, permet d’obtenir un adhésif souple à température ambiante, et ayant une température de transition vitreuse (T g) comprise entre -10°C et -20°C.

Le procédé selon l’invention est compatible avec surface poreuse et notamment avec le bitume.

Les produits laminés obtenus par le procédé selon l’invention ont des propriétés similaires à la flamme, une bonne résistance et durabilité en milieu humide, voire meilleures que celles obtenues par mélange des composés.

Il est également proposé d’utiliser le procédé décrit dans la présente demande pour diminuer les émissions de CO2 équivalent par rapport à un processus de pose classique nécessitant l’utilisation d’un chalumeau, et diminuer les risques vis-à-vis de la santé humaine par rapport à un procédé classique utilisant des composés organiques volatils. D’autres caractéristiques, détails et avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après.

Description détaillée de l’invention

Il est proposé un procédé pour faire adhérer deux substrats, de préférence plans, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes : a) fournir un premier substrat recouvert, sur au moins une partie d’une de ses surfaces, d’une couche mince et régulière d’une composition comprenant :

- un donneur de Michael multifonctionnel, ayant au moins deux atomes d'hydrogène actifs de Michael par molécule, de préférence entre 2 et 8 atomes d'hydrogène actifs de Michael par molécule, plus préférentiellement entre 2 et 6 atomes d'hydrogène actifs de Michael par molécule, et choisi dans le groupe constitué :

• des composés liquides présentant au moins un groupe fonctionnel acétoacétate, des composés présentant au moins un groupe fonctionnel malonate ou des polyamines,

• ayant au moins une chaine carbonée hydrophobe attachée à ou liant ces groupes fonctionnels acétoacétate, malonate ou amines, et

• une masse molaire comprise entre 190 et 3500 g/mol, de préférence entre 200 et 2500 g/mol, plus préférentiellement entre 210 et 2000 g/mol ; b) fournir un deuxième substrat recouvert, sur au moins une partie d’une de ses surfaces, d’une couche mince et régulière d’une composition comprenant :

- un accepteur de Michael choisi parmi :

• les composés liquides acrylates à structure ramifiée avec 3 fonctionnalités ou 3 groupes fonctionnels par molécule, et

• ayant une masse molaire comprise entre 200 et 3500 g/mol, de préférence entre 250 et 2500 g/mol, plus préférentiellement entre 280 et 1800 g/mol ; c) mettre en contact les deux surfaces au moins en partie recouvertes ; d) permettre aux deux compositions de réagir pour former par addition de Michael un film adhésif constitué d’un réseau réticulé, permettre au dit film de durcir et ainsi faire adhérer les deux substrats et obtenir un produit laminé. Au sens de la présente invention « un procédé pour faire adhérer deux substrats » correspond à « un procédé d’adhésion de deux surfaces entre elles ».

Au sens de la présente invention, l’expression « entre x et y » inclut les bornes x et y.

Dans ce qui suit et ce qui précède, on entend par « température ambiante » une température entre 20 et 25 °C.

Par composés liquides on entend un composé présentant une viscosité Brookfield, mesurée à une température comprise entre -10°C et 40°C, comprise entre 50 cP et 100 000 cP.

Les viscosités des produits ou compositions dans la présente invention sont typiquement mesurées en utilisant un rhéomètre ou un viscosimètre, de type Brookfield par exemple, à température ambiante.

Par « une couche mince » on entend, au sens de la présente invention, une couche dont l’épaisseur est égale ou inférieure à 1 mm. Dans le contexte de l’invention, l’épaisseur se réfère à l’épaisseur à l’état final. Par exemple, si la composition est appliquée à l’aide d’un solvant, non préférée, l’épaisseur se réfère à la couche séchée.

Par « une couche régulière » on entend, au sens de la présente invention, une couche homogène, dont l’épaisseur est substantiellement la même sur toute la surface recouverte par la couche. En d’autres termes, la composition comprenant le donneur de Michael et la composition comprenant l’accepteur de Michael sont distribuées de façon homogène sur respectivement la surface du premier substrat et la surface du deuxième substrat.

Par addition de Michael ou réaction de Michael on entend une réaction qui permet la création de liaisons carbone-carbone (addition de Michael C-C) ou de liaisons carbone-azote (addition aza de Michael).

Il s'agit, dans le cas d’une addition de Michael C-C, de l'addition nucléophile d'un carbanion (ou donneur de Michael) sur un composé carbonylé a,P-insaturé (accepteur de Michael), ou, dans le cas d’une réaction aza de Michael, de l'addition nucléophile d’une amine (ou donneur de Michael) sur un composé carbonylé a,P-insaturé (accepteur de Michael).

La réaction de Michael appartient à la famille des additions nucléophiles conjuguées. Un donneur de Michael, tel qu'utilisé ici, est un composé avec au moins un groupe fonctionnel donneur de Michael, qui est un groupe fonctionnel contenant au moins deux atomes d’hydrogène actif de Michael.

Un hydrogène actif de Michael tel qu’utilisé ici est un atome d’hydrogène attaché à un atome de carbone situé entre deux groupements électroattracteurs carbonyles (C=O) ou à un atome d’azote.

Un composé avec deux atomes d'hydrogène actifs de Michael ou plus est connu ici comme un donneur de Michael multifonctionnel. Tel qu’utilisé ici, le "squelette" d’un donneur de Michael est la partie de la molécule donneuse autre que le(s) groupe(s) fonctionnel(s) contenant des atomes d’hydrogène actif de Michael.

Les fonctionnalités de l’accepteur de Michael, aux fins de cette divulgation, se réfèrent à un alcène activé ayant une double liaison carbone-carbone aliphatique alpha à un carbonyle (un groupe "énone"). Le composé acrylate multifonctionnel a trois (3) fonctionnalités d’accepteur de Michael.

Les composés acrylates avec 3 fonctionnalités ou 3 groupes fonctionnels par molécule (ou autrement dit les triacrylates) utiles à la présente invention présentent une structure ramifiée.

Les termes ramifié ou branché pourront être utilisés indifféremment dans la présente invention.

Une structure « ramifiée » également dite « branchée » signifie que la chaîne comporte au moins une ramification ou branchement de chaîne.

Un réseau réticulé est un réseau tridimensionnel dans lequel des liaisons chimiques (appelées ponts) existent entre certaines chaînes macromoléculaires.

En d’autres termes, le réseau réticulé comprend des nœuds de réticulation, présents dans le réseau tridimensionnel, de type acétoester ou aminoester, selon le donneur de Michael utilisé.

Dans la présente invention la surface au moins en partie recouverte du premier substrat est mise en contact avec la surface au moins en partie recouverte du second substrat, ce qui permet de mélanger par diffusion et de faire réagir les deux compositions comprenant respectivement le donneur et l’accepter de Michael pour former un adhésif entre les premier et second substrats. De cette façon, l'adhésif peut ensuite être durci, liant ainsi les premier et second substrats.

Les deux compositions réagissent par addition de Michael, sans emploi de stimuli externe, en particulier sans emploi d’une source de chaleur, pour former un gel puis un réseau complètement réticulé. La réaction de Michael ou polymérisation se produit aussi bien dans des conditions de froid extrême (-5 °C), de température ambiante (25 °C) et de chaleur extrême (40 °C). Cette réaction se produit à l’interface entre les 2 phases. On peut parler de polymérisation interfaciale.

Ainsi, dans le procédé de l’invention, la composition comprenant le donneur de Michael est avantageusement dépourvue d’accepteur de Michael, et la composition comprenant l’accepteur de Michael est avantageusement dépourvue de donneur de Michael. En particulier, la composition comprenant le donneur de Michael comprend moins de 1%, de préférence moins de 0,1%, plus préférentiellement 0% d’accepteur de Michael, par rapport au poids total de la composition comprenant le donneur de Michael. En particulier, la composition comprenant l’accepteur de Michael comprend moins de 1%, de préférence moins de 0,1%, plus préférentiellement 0% de donneur de Michael, par rapport au poids total de la composition comprenant l’accepteur de Michael.

Le temps de gel du réseau ainsi obtenu est typiquement de moins de 4 heures, de préférence de moins de 2 heures, d’au moins 5 minutes et par exemple compris entre 5 et 90 minutes.

La réticulation complète se fait en moins de 24 heures, typiquement ou préférentiellement en moins de 5 heures.

La température de transition vitreuse (T ) du film adhésif ou réseau réticulé, mesurée par Calorimétrie Différentielle à Balayage (DSC), est avantageusement négative, inférieure à -10°C et préférentiellement comprise entre -10°C et -20°C.

L’accepteur de Michael utile à la présente invention est avantageusement un composé acrylate liquide à 3 fonctionnalités et à structure ramifiée et dans lequel les groupes fonctionnels acrylate sont séparés les uns des autres par une chaine carbonée ramifiée, saturée ou insaturée, hydrophobe, comportant au moins 4 atomes de carbone, de préférence entre 5 et 100 atomes de carbones, et comprenant optionnellement, ou étant optionnellement substituée par, un ou plusieurs groupes fonctionnels choisis parmi les hydroxyles (-OH), les éthers (-O-), les esters (-C(O)O-) et les époxy comprenant le motif :

[Chem 1] L’expression « Chaîne carbonée comprenant optionnellement un ou plusieurs groupes fonctionnels choisis parmi les hydroxyles (-OH), les éthers (-O-), les esters (-C(O)O-) et les époxy signifie que la chaine carbonée est optionnellement interrompue par un ou plusieurs groupes fonctionnels choisis parmi les hydroxyles (-OH), les éthers (-O-), les esters (-C(O)O-) et les époxy.

Selon un mode préféré, la chaine carbonée séparant les groupes fonctionnels acrylate de l’accepteur de Michael ne comprend pas de motif éthylène glycol.

Il est particulièrement préféré, pour des raisons environnementales, d’utiliser un accepteur de Michael issu d’une matière biosourcée et renouvelable, comme par exemple des huiles naturelles comme l’huile de soja. L’utilisation de composés biosourcés et renouvelables contribue à diminuer l’utilisation de ressources fossiles dans ce type de procédé.

Typiquement, l’accepteur de Michael est un acrylate multifonctionnel choisi parmi les acrylates d’huile époxydée, par exemple l’accepteur est l’acrylate de l’huile de soja époxydée.

Selon une autre variante, l’accepteur de Michael est choisi parmi les composés de formule (I)

[Chem 2] dans laquelle :

J est un atome d’hydrogène, un alkyl linéaire ou branché comprenant 1 à 5 atomes de carbone ou un hydroxyalkyl comprenant 1 à 5 atomes de carbone,

Gl, G2, G3 sont indépendamment choisis parmi une liaison simple, une chaine alkylène, linéaire ou branchée, comprenant de 1 à 10 atomes de carbone et une chaine de formule - (CLLjn- O- (CLLjm- dans laquelle n et m sont indépendamment des nombres entiers compris entre 0 et 10, de préférence n est 0 ou 1 et m est compris entre 1 et 4. Avantageusement, l’accepteur de formule (I) est choisi parmi les composés suivants : le triméthylolpropane propoxylate triacrylate, le triméthylolpropane triacrylate, le glycérol triacrylate, le glycéryl propoxy triacrylate, le pentaerythritol triacrylate et leurs mélanges.

Selon une variante particulièrement préférée, l’accepteur de Michael utile à la présente invention est choisi parmi le triméthylolpropane triacrylate et 1’ acrylate de l’huile de soja époxydée.

Les accepteurs de Michael utilisables dans la présente invention peuvent être obtenus, à titre d’exemple, par une réaction d’estérification entre un alcool (par exemple le glycérol pour la synthèse du glycérol triacrylate) avec un agent d’acrylation comme le chlorure d’acryloyle, en présence d’une base comme la triéthy lamine.

Selon une première variante, le donneur de Michael utile à la présente invention est avantageusement un composé de formule (II) :

[Chem 3] dans laquelle L est une chaine carbonée hydrophobe comportant au moins 4 atomes de carbone, de préférence entre 5 et 100 atomes de carbones, ramifiée ou linéaire, saturée ou insaturée, et comprenant optionnellement, ou étant optionnellement substituée par, un ou plusieurs groupes fonctionnels choisis parmi les hydroxyles (-OH), les éthers (-O-), les esters (-C(O)O-) et les acétoacétates (-O-(CO)-CH2-(CO)- CH3).

L’expression « Chaine carbonée comprenant optionnellement un ou plusieurs groupes fonctionnels choisis parmi les hydroxyles (-OH), les éthers (-O-), les esters (-C(O)O-) et les acétoacétates (-O-(CO)-CH2-(CO)- CH3) signifie que la chaine carbonée est optionnellement interrompue par un ou plusieurs groupes fonctionnels choisis parmi les hydroxyles (-OH), les éthers (-O-), les esters (-C(O)O-) et les acétoacétates (-O-(CO)-CH2-(CO)- CH3).

De manière préférée, la chaine carbonée L ne comprend pas de motif éthylène glycol. De manière préférée, le donneur de Michael est un composé présentant entre 1 et 4 groupes fonctionnels acétoacétate et/ou présentant une masse molaire comprise entre 200 et 1500 g/mol.

Selon cette première variante, le donneur de Michael peut être avantageusement choisi parmi les composés (lia) à (Ile) suivants et leurs mélanges :

[Chem 4]

Plusieurs donneurs de Michael à base d’acétoacétate pouvant être utilisés dans la présente invention sont commercialement disponibles. C’est le cas, par exemple, du 2-methacryloyloxy acétoacéate (Composé de Formule Ha, CAS 21282-97-3) ou l’acétoacétate d’éthyle (CAS 141- 97-9). Les composés à base d’acétoacétate peuvent par ailleurs être préparés selon des synthèses connues de l’homme de l’art.

Par exemple, ces composés peuvent être obtenus par une réaction de transestérification, entre un alcool et un ester de l’acétoacétate comportant un groupe partant. Ainsi, le Schéma 1 ci- dessous illustre une synthèse générale possible pour l’obtention des composés acétoacétate :

[Chem 5]

IBAA

Schéma 1 : Synthèse générale des composés acétoacétate.

Dans cette synthèse, le tert-butylacétoacétate (t-bAA) a été utilisé en tant qu’acétoacétate dans des réactions de transestérification avec un alcool R-OH. La réaction conduit à du t-butanol qui peut être éliminé, par exemple par distillation, soit au cours de la réaction, soit après la réaction. Si l’alcool R-OH utilisé présente une nucléophilicité inférieure ou similaire à celle du t-butanol, il est préférable d’éliminer le t-butanol au cours de la réaction pour favoriser une conversion de réaction de 100%.

Selon une deuxième variante, le donneur de Michael est un composé présentant au moins un groupe fonctionnel malonate choisi parmi les résines polyester à fonction malonate.

A titre d’exemples de résines polyester à fonction malonate on peut citer les produits vendus par ALLNEX sous les noms : ACURE® 510-100, 510-170, 510-190, 510-300, 510-370 et 510- 400.

Selon une troisième variante, le donneur de Michael est une polyamine de formule R-NEE avec R un radical, de préférence hydrophobe, porteur d’au moins p groupements amines primaires (-NEE) et/ou secondaires (-N(H)-) avec p allant de 1 à 6, et dans laquelle les dits groupes fonctionnels amine sont séparés les uns des autres par au moins 2 atomes de carbone. Ainsi selon cette variante le donneur de Michael est un composé comprenant 1 amine primaire et au moins une autre amine primaire ou comprenant 1 amine primaire et au moins une amine secondaire.

R est préférentiellement une chaine carbonée hydrophobe d’au moins 8 atomes de carbone, de préférence comprenant entre 8 et 100 atomes de carbone, de préférence entre 10 et 60 atomes de carbone, ramifiée ou linéaire, saturée ou insaturée, et comprenant optionnellement une structure cycloaliphatique, saturée ou insaturée, optionnellement substituée ou une structure aromatique optionnellement substituée.

Une chaine carbonée saturée ou une structure cycloaliphatique saturée ne comprend pas d’insaturations, i.e. des double ou triple liaisons carbone-carbone.

Une chaine carbonée insaturée ou une structure cycloaliphatique insaturée comprend une ou plusieurs insaturations, i.e. des double ou triple liaisons carbone-carbone.

R est encore plus préférentiellement une chaine carbonée hydrophobe comprenant entre 20 et 50 atomes de carbone linéaire, insaturée et comprenant une structure aromatique optionnellement substituée.

Selon un mode avantageux, la polyamine utile à la présente invention est un adduit à base de Mannich issu de la réaction de Mannich entre une polyamine, un composé phénolique et du formaldéhyde, préférentiellement issu de la réaction de Mannich entre une polyamine, du cardanol et du formaldéhyde. Une polyamine particulièrement préférée est la phenalkamine vendue par CARDOLITE Corp sous le nom de CARDOLITE® NC 541.

Parmi les autres polyamines utiles à la présente invention, on peut également citer les polyamines de la gamme « Priamine™ » de la société Croda, dont par exemple le Priamine™ 1074. Il s’agit d’une gamme de diamines issues de matières biosourcées telles que l’huile de colza. Parmi les Priamines™, on peut citer les structures suivantes, ou leurs mélanges :

[Chem 6]

Selon un mode particulièrement préféré le donneur de Michael est un composé présentant au moins un groupe fonctionnel acétoacétate ou un composé présentant au moins un groupe fonctionnel malonate, l’accepteur de Michael est de préférence choisi parmi les acrylates d’huile époxydée, par exemple l’accepteur est l’acrylate de l’huile de soja époxydée.

Selon un autre mode particulièrement préféré, le donneur de Michael est une polyamine, en particulier un adduit à base de Mannich issu de la réaction de Mannich entre une polyamine, un composé phénolique et du formaldéhyde, préférentiellement issu de la réaction de Mannich entre une polyamine, du cardanol et du formaldéhyde, l’accepteur de Michael est indifféremment choisi parmi le trimethylolpropane triacrylate ou l’acrylate de l’huile de soja époxydée.

La composition comprenant au moins l’accepteur de Michael et/ou la composition comprenant au moins le donneur de Michael peut ou peuvent comprendre en outre un catalyseur, optionnellement encapsulé, de préférence un catalyseur non encapsulé. Dans le cas où le donneur de Michael est choisi parmi les composés présentant au moins un groupe fonctionnel acétoacétate et les composés présentant au moins un groupe fonctionnel malonate, le catalyseur est de préférence non encapsulé. Dans le cas où le donneur de Michael est un composé présentant au moins un groupe fonctionnel acétoacétate ou un composé présentant au moins un groupe fonctionnel malonate, alors l’emploi d’un catalyseur, plus précisément d’une base, est nécessaire.

Pour le cas où la réaction de Michael est une addition aza de Michael, où le donneur est donc une polyamine, le donneur de Michael ou nucléophile joue aussi le rôle de base.

Dans le cas où le donneur de Michael est choisi parmi les composés présentant au moins un groupe fonctionnel acétoacétate et les composés présentant au moins un groupe fonctionnel malonate, le catalyseur est une base forte (pKb dans de l’eau à 25 °C, de 3,0 ou moins).

Des exemples de catalyseurs à base forte appropriés comprennent les guanidines, les amidines, les hydroxydes, les alcoxydes, les silicates, les phosphates de métaux alcalins et les oxydes, y compris, mais sans s'y limiter, la tétraméthylguanidine (TMG), le 1,8- diazabicyclo(5.4.0)undéc-7-ène (DBU), l,5-diazabicyclo(4.3.0)non-5-ène (DBN), 1,4- diazabicyclo(2.2.2)octane (DABCO), hydroxyde de Ze/7-butylammonium (TBAH), hydroxyde de sodium, hydroxyde de potassium, méthylate de sodium, éthylate de sodium, phosphate tripotassique, silicate de sodium et oxyde de calcium. Les catalyseurs peuvent être encapsulés à l’état pur ou pur ou dans un solvant tel que l’éthanol ou l'eau.

Selon un mode avantageux, le catalyseur est le l,8-diazabicyclo[5.4.0]undéc-7-ène.

Selon un mode particulièrement préféré, la composition comprenant au moins l’accepteur de Michael et la composition comprenant au moins le donneur de Michael sont toutes deux dépourvues de solvant. Ainsi les compositions utiles à la présente invention sont dépourvues de solvant organique volatil, mais aussi de solvants organiques et plus généralement de tout type de solvant.

Ces adhésifs sans solvant offrent une faible viscosité pour le revêtement et ne nécessitent aucune évaporation d’un quelconque solvant avant l'adhésion.

Ces adhésifs sont simples d’utilisation, peuvent être manipulés aisément et sont respectueux de l’environnement. Ils permettent également de diminuer les risques vis-à-vis de la santé humaine lors de leur manipulation.

Selon un mode particulièrement préféré, la composition comprenant au moins l’accepteur de Michael et la composition comprenant au moins le donneur de Michael sont dépourvues d’additif choisis parmi les plastifiants, les épaississants, les diluants, les modificateurs de viscosité et les stabilisants.

Selon un mode particulièrement préféré, les 2 compositions utiles à la présente invention sont constituées quasi exclusivement, de préférence exclusivement (à 100% donc) pour l’une d’un donneur de Michael ou d’un mélange de donneurs de Michael et éventuellement d’un catalyseur et pour l’autre d’un accepteur de Michael ou d’un mélange d’accepteurs de Michael et éventuellement d’un catalyseur.

Comme mentionné plus haut, l’étape d) de réaction des compositions pour former par addition de Michael un film adhésif constitué d’un réseau réticulé, et ainsi faire adhérer les deux substrats et obtenir un produit laminé, est effectuée sans emploi de stimuli externe, en particulier sans emploi d’une source de chaleur.

En particulier elle ne nécessite pas l’emploi d’un chalumeau. Ainsi, cela contribue à diminuer les émissions de CO2 équivalent par rapport à un processus de pose classique nécessitant l’utilisation d’un chalumeau. Ainsi, il est également proposé d’utiliser ce procédé pour diminuer les émissions de CO2 équivalent par rapport à un procédé nécessitant l’utilisation d’une source de chaleur.

La réaction de Michael a lieu par exemple à température ambiante (entre 20 et 25°C) mais aussi à -5°C et +40°C. En d’autres termes, la réticulation pour les adhésifs Michael décrits ici est efficace dans des conditions de froid extrême (-5 °C), de température ambiante (25 °C) et de chaleur extrême (40 °C).

Les variations de température sont une préoccupation majeure pour l'adhésion notamment des membranes d’étanchéité dans le domaine du bâtiment, des travaux publics et du génie civil. Pour être compétitif, un adhésif doit présenter des performances d’adhésion élevées tout au long de l’année et en toutes saisons.

Les adhésifs décrits ici, le procédé objet de la présente invention sont donc fort utiles pour l’adhésion de membranes d’étanchéités, en particulier des membranes de toiture, terrasse, balcon, pont, tunnel.

Les deux substrats à faire adhérer dans la présente invention sont typiquement deux feuilles ou membranes, en particulier des membranes d’étanchéité, ou une feuille ou une membrane, en particulier une membrane d’étanchéité et un support ou substrat. Les membranes (ou feuilles) peuvent être choisies parmi : les membranes synthétiques mono ou multicouches telles que les membranes à base de polymères thermoplastiques ou thermodurcissable, par exemple à base de chlorure de polychlorure de Vinyle (PVC), polyoléfine thermoplastique (TPO), caoutchoucs EPDM (sigle de éthylène-propylène-diène monomère), les polyuréthanes (PU) ; les membranes bitumineuses mono ou multicouches, optionnellement armées, notamment les membranes à base de bitume modifié, par exemple modifié par des élastomères (typiquement du styrène-butadiène-styrène (SB S) et/ou des plastomères (Polypropylène atactique) et/ou des plastomères polyuréthane ; les membranes d’étanchéité à base de bio-bitume ou alternatives biosourcés au bitume, par exemple modifié par des élastomères (typiquement du styrène-butadiène-styrène (SBS) et/ou des plastomères (Polypropylène atactique) et/ou des plastomères polyuréthane.

A titre d’exemples de membranes bitumeuses on peut citer les membranes telles que décrites dans la demande EP0556145A1.

Le support ou substrat peut être une surface plane horizontale (éventuellement circulable), oblique, verticale, rugueuse, de préférence plane. Le support ou substrat est par exemple en béton, bois, métal, matériau isolant, par exemple laine minérale, en polyuréthane, en polystyrène, et est optionnellement couvert d’un primaire d’imprégnation et/ou d’une membrane de protection (par exemple pare-feu ou un voile de verre).

Selon une variante du procédé, au moins un des deux substrats recouverts sur au moins une partie de ses surfaces peut être fourni avec une couche protectrice et cette couche protectrice devra être éliminée juste avant l’étape de mise en contact c).

La fourniture d’au moins un des deux substrats, recouvert sur au moins une partie de ses surfaces comprend par exemple l’application au moyen d’une brosse ou d’un rouleau de la composition comprenant le donneur ou l’accepteur de Michael.

Ainsi selon un mode, le procédé de la présente invention comprend les étapes suivantes :

Appliquer sur un des deux substrats une couche mince et régulière d’une composition comprenant au moins un accepteur de Michael choisi parmi les composés décrits ci-dessus ; Appliquer sur le deuxième des deux substrats une composition comprenant une couche mince et régulière d’une composition comprenant au moins un donneur de Michael choisi parmi les composés décrits ci-dessus ;

Mettre en contact les deux substrats à faire adhérer ;

Permettre aux compositions de réagir pour former un film adhésif.

La couche mince et régulière de la composition comprenant au moins le donneur de Michael présente typiquement une épaisseur de 0,01 à 1 mm. De même, la couche mince et régulière de la composition comprenant au moins l’accepteur de Michael présente typiquement une épaisseur de 0,01 à 1 mm.

L’étape c) de mise en contact des deux surfaces au moins en partie recouvertes peut comprendre l’application d’une pression par exemple à l’aide d’un rouleau presseur.

La présente invention a aussi pour objet le produit laminé obtenu selon le procédé décrit ci- dessus.

Ce produit laminé obtenu par polymérisation interfaciale présente une excellente tenue mécanique.

Le produit laminé présente typiquement une résistance au cisaillement d’au moins 100N/5cm. La méthode pour déterminer cette résistance est celle décrite dans les e-Cahiers du CSTB 3542 ou la Norme d’essai EN 12317-1.

Il présente une force de pelage d’au moins 40N /5cm, par exemple comprise entre 40 et 500 N/5 cm. La méthode pour déterminer cette résistance est celle décrite dans les e-Cahiers du CSTB 3542 ou la Norme d’essai EN 12316-1.

Il présente aussi une très bonne résistance au vieillissement humide. Typiquement il présente une diminution de moins de 20% de ses propriétés mécaniques (force de pelage et résistance au cisaillement) après avoir été immergé pendant 1 semaine dans de l’eau à 60°C.

Les inventeurs ont trouvé de façon surprenante que le procédé de l’invention permet d’adhérer deux substrats de façon que les propriétés d’adhérence sont comparables à une soudure au chalumeau sans utilisation de stimuli externes. Les systèmes développés dans le cadre de la présente invention présentent des propriétés d’adhérence supérieures aux systèmes d’adhésifs bi-composants (en mode colle). De plus, les propriétés d’adhérence restent stables dans le temps, comme mises en évidence par des essais de vieillissement en enceinte climatique (60°C 85%HR).

Les exemples et figures suivants servent à illustrer l’invention sans en limiter la portée.

Exemples

Méthodes d’analyse

Analyses RMN ¹ H

Les analyses RMN 'H ont été réalisées à l’aide d’un appareil Advance I - 400 MHz (Bruker), et les essais ont été réalisés à chaque fois dans le chloroforme deutéré (CDCL), avec une concentration en produit dilué d’environ 1-2% volumique. Les interprétations des spectres RMN ont été réalisées à partir du logiciel 2D NMR Processor (ACD Labs).

Cisaillement Lap Shear

Les performances adhésives des assemblages réalisés à partir des membranes bitumineuses et des systèmes adhésifs étudiés ont été mesurées par essai mécanique à l’aide d’un appareil de traction Testometric FS300CT. Les éprouvettes sont collées sur une surface de 25x25 mm ² . Lors de l’essai, les deux coupons de substrat sont placés dans les mords de l’appareil de traction et étirés à une vitesse de 100mm/min. Les éprouvettes de membranes bitumineuses utilisées présentent les dimensions suivantes : 25 mm de largeur et 100 mm de longueur. L’épaisseur dépend de la nature de la membrane bitumineuse utilisée.

Viscosité

Les mesures de viscosité ont été réalisées à l'aide d'un viscosimètre rotatif Brookfield LVT/DV- II à 23°C. Le diamètre du mobile à utiliser dépend de la viscosité apparente de l’échantillon et la mesure est donnée en cP. La mesure a été faite uniquement sur les réactifs liquides initiaux.

Vitesse de réticulation

Le temps de gel et la vitesse de réticulation ont été mesurés à l’aide d’un rhéomètre Anton Paar MCR 302 équipé d'un système D-CP/PP 7. L'essai a été réalisé avec une géométrie plan-plan, en oscillation, avec une amplitude y = 0,2% et une fréquence f = 1Hz. Lors de la préparation de l'essai, les réactifs sont mélangés au SpeedMixer (3min à 3000 tr/min) dans les quantités stœchiométriques de fonctions (avec ou sans catalyseur) puis le mélangé est placé entre les plateaux du rhéomètre (distance 40 mm). La distance entre les deux plateaux a été ensuite fixée à 0,25 mm. Les modules élastique/de conservation (G') et visqueux/de perte (G") sont suivis en fonction du temps. Le temps de gel est déterminé par le croisement des deux modules, lorsque G' devient supérieur à G", et l'éventuelle fin de réaction est déterminée lorsque les deux modules deviennent constants. Il est possible d'estimer la vitesse de réticulation au moment du temps de gel en traçant la courbe du déphasage ô en fonction du temps (basé sur la formule tanô=G'7G').

Température de transition vitreuse (Tg)

La température de transition vitreuse a été mesuré par calorimétrie différentielle à balayage sur un équipement TA Q200. Des balayages en température de -80°C à 150°C avec un gradient de 10°C/min ont été réalisés. La réaction a été faite en amont par mélange au SpeedMixer (3min à 3000 tr/min) et repos de 24h dans la cuve de mélange en polypropylène de 12mL pour s'assurer de la réticulation du système.

Abréviations des composés

Exemple 1 Synthèse des polyacétoacétates

Les différents polyacétoacétates ont été préparés par transestérification à partir de polyol et du tert-butylacétoacétate (t-bAA, Alfa-Aesar CAS [1694-31-1]) en conditions stœchiométriques de fonctions.

[Chem 7]

Synthèse générale des composés acétoacétate Exemple la Synthèse de butane- 1 ,4-diyl-diacétoacétate (BDODAA)

[Chem 8]

Le butanediol (22 g) et le tert-butylacétoacétate (78 g, BDO) ont été introduits dans un ballon en conditions stœchiométriques de fonctions avec 1000 ppm de 2-éthylhexanoate d’étain en tant que catalyseur. La réaction a été réalisée sans solvant à 80°C avec agitation magnétique et sous reflux pendant 72h. Ensuite, le mélange réactionnel a été passé sous un évaporateur rotatif afin d’éliminer les sous-produits de la réaction de transestérification, notamment le Ze/ -butanol libéré. Le produit obtenu a été analysé par RMN- ¹ H et la conversion a été déterminée à hauteur de 90 %. Le produit présente une fonctionnalité de 2 (donc 4 en H actif). Il s’agit d’un liquide jaunâtre présentant une viscosité de 140 cP à T _am b, tandis que le BDO initial était transparent pour une viscosité de 70 cP. Il affiche une masse molaire d’environ 258 g.mol ¹ .

Exemple 1b Synthèse de polyoxypropylène (10) glycéryl éther diacétoacétate (PPGTODAA)

[Chem 9]

Le Polyoxypropylène glycéryl éther (45 g) et le fô/ -butylacétoacétatc (55 g) ont été introduits dans un ballon en conditions stoechiométriques de fonctions avec 1000 ppm de 2- éthylhexanoate d’étain en tant que catalyseur. La réaction a été réalisée sans solvant à 80°C avec agitation magnétique et sous reflux pendant 72h. Ensuite, le mélange réactionnel a été passé sous un évaporateur rotatif afin d’éliminer les sous-produits de la réaction de transestérification, notamment le tert-butanol libéré. Le produit obtenu a été analysé par RMN- ¹ H et la conversion a été déterminée à hauteur de 65 %. Le produit présente une fonctionnalité moyenne d’environ 2 en acétoacétate (donc 4 en H actif). Il s’agit d’un liquide fluide présentant une viscosité de 140 cP à T _am b, tandis que le Polyoxypropylène glycéryl éther initial affichait une viscosité de 90 cP. Il affiche une masse molaire d’environ 551 g.mol ¹ .

Exemple le Synthèse de Pripol 2033 diacétoacétate (PPODAA)

[Chem 10] Le Pripol 2033 (PPO) (62 g) et le fô/ -butylacétoacétatc (38 g) ont été introduits dans un ballon en conditions stœchiométriques de fonctions avec 1000 ppm de 2-éthylhexanoate d’étain en tant que catalyseur. La réaction a été réalisée sans solvant à 80°C avec agitation magnétique et sous reflux pendant 72h. Ensuite, le mélange réactionnel a été passé sous un évaporateur rotatif afin d’éliminer les sous-produits de la réaction de transestérification, notamment le tert-butanol libéré. Le produit obtenu a été analysé par RMN- ¹ H et la conversion a été déterminée à hauteur de 94 %. Le produit présente une fonctionnalité moyenne d’environ 2 en acétoacétate (donc 4 en H actif). Il s’agit d’un liquide fluide présentant une viscosité de 300 cP à T _am b, tandis que le Pripol 2033 initial affichait une viscosité de 170 cP. Il affiche une masse molaire d’environ 679 g.mol ¹ .

Exemple Id Synthèse de de l’huile de ricin triacétoacétate (COTOTAA)

[Chem 11]

L’Huile de Ricin (COTO) (66 g) et le fô/ -butylacétoacétatc (34 g) ont été introduits dans un ballon en conditions stœchiométriques de fonctions avec 1000 ppm de 2-éthylhexanoate d’étain en tant que catalyseur. La réaction a été réalisée sans solvant à 80°C avec agitation magnétique et sous reflux pendant 72h. Ensuite, le mélange réactionnel a été passé sous un évaporateur rotatif afin d’éliminer les sous-produits de la réaction de transestérification, notamment le tert- butanol libéré. Le produit obtenu a été analysé par RMN- ¹ H et la conversion a été déterminée à hauteur de 93 %. Le produit est du COTOTAA et présente une fonctionnalité moyenne d’environ 3 en acétoacétate (donc 6 en H actif). Il s’agit d’un liquide fluide présentant une viscosité de 220 cP à T _am b, tandis que l’Huile de Ricin initial affichait une viscosité de 80 cP. Il affiche une masse molaire d’environ 1186 g.mol ¹ .

Exemple 2 Préparation des formulations binaires colles Des systèmes bi-composants ont été réalisés à partir de ces différents polyacétoacétates synthétisés, des monoacétates et deux polyamines (Priamine™ 1074 et Cardo lite NC-541), ainsi que deux acrylates multifonctionnels : TMPTA et AESO. Ces systèmes ont été préparés dans les conditions stœchiométriques de fonctions (CH/acrylates ou NH/acrylates = 1) avec ajout de catalyseur DBU dans les cas des systèmes acétoacétates et en effectuant le mélange dans un speedmixeur pendant 3 minutes à une vitesse de 3000 tpm.

Les différentes compositions (22 compositions) sont présentées ci-dessous dans les Tableaux 1 à 4. Dans ces essais, le terme « part » signifie le pourcentage en poids de chaque ingrédient par rapport à la somme des ingrédients hormis le DBU. [Table 1]

[Table 2]

[Table 3]

[Table 4]

Différentes caractéristiques ont été mesurées sur ces différents systèmes binaires : temps de gel, fin de réticulation et température de transition vitreuse. Les résultats de ces analyses sont renseignés dans le Tableau 5. [Table 5] Exemple 3 Systèmes adhésifs mode colle (bi-composant)

La préparation des éprouvettes Lap Shear à partir des systèmes adhésifs a été réalisée par mélange dans les quantités stœchiométriques entre le donneur et l’accepteur de Michael via le SpeedMixer à 3000 tpm pendant 3 minutes. Puis la colle liquide a été appliquée sur une zone de 25x25 mm ² d’un coupon de membrane bitumineuse (une masse déposée de 60-65 g/m ² ).

Après application, le second coupon de membrane bitumeuse a été mis en contact avec le premier et maintenu pendant 24h à 23°C à l’aide de poids de 200 g. Dans le cas des systèmes Michael C-C, 0,2 pourcentage en poids de DBU sont également ajoutés au mélange stoechiométrique avant l’étape d’homogénéisation. Après repos de 24h, les éprouvettes Lap Shear ont été testées en traction à une vitesse de 100 mm/min.

Les échantillons 1, 2, 3, 4, 14, 21 et 22 tels qu’obtenus dans l’exemple 2 ont été utilisés pour coller les membranes bitumineuses et les résultats de traction sont donnés dans le Tableau 6.

[Table 6]

Exemple 4 Adhésion interfaciale des membranes bitumineuses : conditions non- stœchiométriques Les éprouvettes ont été réalisées en déposant un réactif du système sur la surface de 25x25 mm ² d’un coupon, et le second réactif sur la surface de 25x25 mm ² du deuxième coupon. Après élimination du surplus à l’aide d’une spatule, afin de conserver une épaisseur d’environ 100- 200 um de joint adhésif, les deux coupons ont été mis en contact et maintenus ensemble pendant 24h à l’aide d’un poids de 200 g.

L’éprouvette a alors été testée en mode cisaillement Lap Shear, tout comme lors des essais précédents.

Dans le cas des systèmes Michael C-C, 0,2 pourcentage en poids de DBU ont été mélangés dans chacun des réactifs du couple avec application sur les coupons de membrane bitumineuse. Les échantillons 23, 24, 25, 26, 27, 28 et 29 tels qu’obtenus dans l’exemple 2 ont été utilisés pour coller les membranes bitumineuses et les résultats de traction sont donnés dans le Tableau 7.

[Table 7]

Essai avec 24 h de diffusion avant contact

Le Tableau 8 ci-dessous montre les propriétés obtenues sur les systèmes après avoir laissé diffuser les composants dans les membranes. Pour cela, après dépôt des réactifs sur leur coupon respectif, les échantillons ont été laissés au repos pendant 24h afin de laisser le temps à la diffusion des réactifs dans la membrane d’avoir lieu. Puis les deux coupons du système bi- composant sont mis en contact et laissés au repos sous 200 g pendant 24h avant l’essai de cisaillement Lap Shear à 100 mm/min.

[Table 8]

Essai avec 24 h de diffusion avant contact 24h puis enceinte climatique à 60°C et 85% d’humidité relative pendant 14 jours puis séchage à 60°C pendant 3 jours

Le du Tableau 9 ci-dessous montre les propriétés obtenues des systèmes précédents, collés de manière interfaciale après une période de diffusion de 24h, après un vieillissement humide.

Pour cela, chaque éprouvette collée par adhésion interfaciale a été placée en enceinte climatique à 60°C et à 85% d’humidité relative pendant 14 jours. Une fois le temps de vieillissement passé, les éprouvettes ont été séchées à 60°C pendant 72h en air sec, puis stockées à température ambiante avant d’effectuer les essais mécaniques de cisaillement Lap Shear. [Table 9]

Les différents essais ci-dessus montrent que les propriétés d’adhérence sont comparables à une soudure au chalumeau sans utilisation de stimuli. En outre, les systèmes développés par adhésion interfaciale présentent des propriétés d’adhérence supérieures aux systèmes d’adhésifs bi-composants (mode colle).

Le vieillissement en enceinte climatique (60°C 85%HR) n’affecte pas les propriétés d’adhérence pour les systèmes développés par adhésion interfaciale.