WO2017212177A1 - Matériau époxyde au moins partiellement biosource et son procédé de préparation - Google Patents

Matériau époxyde au moins partiellement biosource et son procédé de préparation Download PDF

Info

Publication number
WO2017212177A1
WO2017212177A1 PCT/FR2017/051446 FR2017051446W WO2017212177A1 WO 2017212177 A1 WO2017212177 A1 WO 2017212177A1 FR 2017051446 W FR2017051446 W FR 2017051446W WO 2017212177 A1 WO2017212177 A1 WO 2017212177A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
biosourced
material according
ionic liquid
prepolymer
epoxy
Prior art date
Application number
PCT/FR2017/051446
Other languages
English (en)
Inventor
Sébastien LIVI
Jannick DUCHET-RUMEAU
Jean-François GERARD
Original Assignee
Institut National Des Sciences Appliquees De Lyon
Universite Claude Bernard Lyon 1
Centre National De La Recherche Scientifique
Universite Jean Monnet Saint Etienne (Ujm)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institut National Des Sciences Appliquees De Lyon, Universite Claude Bernard Lyon 1, Centre National De La Recherche Scientifique, Universite Jean Monnet Saint Etienne (Ujm) filed Critical Institut National Des Sciences Appliquees De Lyon
Publication of WO2017212177A1 publication Critical patent/WO2017212177A1/fr

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G59/00—Polycondensates containing more than one epoxy group per molecule; Macromolecules obtained by polymerising compounds containing more than one epoxy group per molecule using curing agents or catalysts which react with the epoxy groups
    • C08G59/18—Macromolecules obtained by polymerising compounds containing more than one epoxy group per molecule using curing agents or catalysts which react with the epoxy groups ; e.g. general methods of curing
    • C08G59/40—Macromolecules obtained by polymerising compounds containing more than one epoxy group per molecule using curing agents or catalysts which react with the epoxy groups ; e.g. general methods of curing characterised by the curing agents used
    • C08G59/50—Amines
    • C08G59/5006—Amines aliphatic
    • C08G59/502—Polyalkylene polyamines
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G59/00—Polycondensates containing more than one epoxy group per molecule; Macromolecules obtained by polymerising compounds containing more than one epoxy group per molecule using curing agents or catalysts which react with the epoxy groups
    • C08G59/18—Macromolecules obtained by polymerising compounds containing more than one epoxy group per molecule using curing agents or catalysts which react with the epoxy groups ; e.g. general methods of curing
    • C08G59/20—Macromolecules obtained by polymerising compounds containing more than one epoxy group per molecule using curing agents or catalysts which react with the epoxy groups ; e.g. general methods of curing characterised by the epoxy compounds used
    • C08G59/22—Di-epoxy compounds
    • C08G59/226—Mixtures of di-epoxy compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G59/00—Polycondensates containing more than one epoxy group per molecule; Macromolecules obtained by polymerising compounds containing more than one epoxy group per molecule using curing agents or catalysts which react with the epoxy groups
    • C08G59/18—Macromolecules obtained by polymerising compounds containing more than one epoxy group per molecule using curing agents or catalysts which react with the epoxy groups ; e.g. general methods of curing
    • C08G59/20—Macromolecules obtained by polymerising compounds containing more than one epoxy group per molecule using curing agents or catalysts which react with the epoxy groups ; e.g. general methods of curing characterised by the epoxy compounds used
    • C08G59/32—Epoxy compounds containing three or more epoxy groups
    • C08G59/38—Epoxy compounds containing three or more epoxy groups together with di-epoxy compounds

Definitions

  • the present invention relates to the technical field of materials based on epoxy polymers. More specifically, the invention relates to a new type of polymer material obtained by using an ionic liquid as crosslinking agent of a biosourced epoxy monomer and / or prepolymer optionally mixed with an original epoxy monomer and / or prepolymer. fossil.
  • the invention also relates to a method of manufacturing said material and to its uses, in particular in the fields of aeronautics, aerospace, automobile, maritime, wind, electronics or in the field of sport and recreation.
  • thermosetting materials have a three-dimensional structure formed by chemical bonds resulting from a polymerization reaction between a prepolymer, usually an epoxy resin, and a hardener which may be an amine, an acid anhydride, a phenol or an isocyanate. Under the effect of heat, that is to say by "cooking", the reaction of the prepolymer with the hardener results in a phenomenon of gelling and then vitrification, leading to a thermoset material which is infusible and insoluble.
  • a prepolymer usually an epoxy resin
  • a hardener which may be an amine, an acid anhydride, a phenol or an isocyanate.
  • the reaction of the prepolymer with the hardener results in a phenomenon of gelling and then vitrification, leading to a thermoset material which is infusible and insoluble.
  • Their mechanical properties and their thermal and chemical resistance have allowed thermosetting resins to find many applications, particularly in the aerospace and automotive industries.
  • thermosetting resins may, however, be insufficient in some applications.
  • a tetraalkylphosphonium dialkylphosphinate ionic liquid as a DGEBA-type epoxy prepolymer hardener (Livi et al., Polymer 54 (2013) 2123-2129, US 2009/0030158).
  • the ionic liquid makes it possible to obtain a material having a thermal stability greater than that obtained using a diamine-type crosslinking agent with a polyether backbone. If the polymeric materials thus obtained are generally satisfactory, their barrier properties are not always sufficient for certain applications and especially when they are used as protective coatings of metal structures against corrosion or for the manufacture of parts used in the maritime industry .
  • Biosourced epoxy polymers have already been described in the publication by M. Chrysanthos et al., Macromol. Mater. Eng., 298 (2013), 1209-1219. They are especially obtained by polymerization of epoxidized cardanol (NC-514 supplied by Cardolite) in the presence of a hardener consisting of a bio-sourced aromatic amine.
  • Applicants have demonstrated that the barrier properties of epoxy materials made of ionic liquid-crosslinked DGEBA resins can be improved by substituting all or part of the DGEBA resin with a biosourced epoxy resin such as that described in this publication. -above. They have also demonstrated that this substitution made it possible, quite surprisingly, to increase the fracture toughness of the epoxy material, and thus to reduce the propagation of cracks in the material. Insofar as these cracks constitute channels of diffusion of water in the epoxy material, the increase in fracture toughness of the material also makes it possible to indirectly improve its barrier properties.
  • the epoxy materials according to the invention also have improved thermal stability and better barrier properties, in particular a more pronounced hydrophobic character, compared to biosourced epoxy materials crosslinked with a (poly) amine.
  • the subject of the invention is thus an epoxy material that can be obtained according to a process comprising the following steps:
  • ionic liquids can be used as crosslinking agents of biosourced epoxy resins, used alone or in combination with epoxy resins of fossil origin, to obtain a combination of advantageous properties, namely good properties. barrier, especially with water, high fracture toughness and good thermal stability.
  • epoxy resin means an epoxide monomer and / or an epoxy prepolymer.
  • epoxy prepolymer means an oligomer or polymer comprising at least two epoxy terminal functions and which, by crosslinking, becomes infusible and insoluble to form a thermoset resin.
  • biosourced is meant a product, in particular an epoxy resin, derived from raw materials of plant and / or animal origin, preferably vegetable.
  • a product (especially an epoxy resin) "of fossil origin” is any product manufactured at least partially from organic compounds derived from petroleum or coal or from petroleum or coal derivatives.
  • a product of biobased origin can be differentiated from a product synthesized from fossil raw materials by the methods described in ASTM D6866.
  • the epoxy resins used according to the invention have at least two and at most four epoxide functions.
  • the biosourced epoxy resin can be obtained, according to a first embodiment of the invention, from epichlorohydrin and a biosourced polyol. Epichlorohydrin can itself be obtained by chlorination of glycerol, which is a by-product of the transesterification of vegetable oils for the preparation of bio-diesel.
  • the polyol may be any compound, or a mixture of compounds, having an aliphatic, cycloaliphatic or aromatic structure.
  • the biobased polyol can thus be a biosourced phenol-formaldehyde resin obtained by polymerization of cardanol with formaldehyde.
  • Cardanol is a phenolic compound having a 15 carbon unsaturated side chain to the hydroxyl group, which can be obtained by vacuum distillation of cashew nut shell liquid (CNSL).
  • the biobased polyol may be cardanol itself. In this case, it is preferred that its reaction with epichlorohydrin be followed by a step of reacting the product obtained with a peroxy acid.
  • An epoxide prepolymer obtained from cardanol is especially available from CARDOLITE under the trade name NC-514. It has the following structure:
  • the biosourced polyol may alternatively be a carbohydrate. It can thus be chosen from isosorbide, isomannide and isoidide, which are dianhydrohexitols derived from cereals. Isosorbide is preferred for use in the present invention. It is in particular available from Roquette Fromme under the trade name Polysorb P. Alternatively, the carbohydrate may be chosen from sucrose, maltitol and sorbitol.
  • a biosourced epoxy resin obtained from sorbitol is polyglycidyl ether of sorbitol, prepared by epoxidation of sorbitol with epichlorohydrin, which is available in particular from the company NAGASE CHEMTEX under the trade Denacol 614B.
  • the biobased polyol may be the reaction product of wood powder with resorcinol, polyethylene glycol or glycerol, designated by "liquefied wood powder", or a polyphenol such as catechin, resulting for example from waste from the wood or wine industry, lignin from woody plants or diphenolic acid (DP A) derived from levulinic acid.
  • the biosourced polyol may alternatively be glycerol.
  • the biosourced polyol may also be a mixture of two or more of the compounds described above.
  • the bio-based epoxy resin may be an epoxidized vegetable oil or the epoxidation product of a fatty acid sucrose ester derived from vegetable oil.
  • the vegetable oils may be chosen in particular from soybean, flax, sunflower or castor oils. Epoxidized vegetable oils are sold especially by Arkema under the trade name Vikoflex.
  • the bio-based epoxy resin can be obtained by alkylating with an unsaturated halide, followed by oxidation, a carbohydrate such as dianhydrohexitol, preferably isosorbide. It is thus possible to carry out (meth) allylation of the carbohydrate using a (meth) allyl halide, in particular methallyl chloride or allyl bromide, followed by epoxidation of the intermediate obtained in accordance with the invention. using a peracid, such as peracetic acid or meta-chloroperb enzoic acid.
  • the biosourced epoxy resin implemented according to the invention can be mixed with an epoxy resin of fossil origin.
  • the fossil epoxy resin is an epoxy prepolymer selected from the group consisting of DGEBA resins (Bisphenol A diglycidyl ether), DGEBF (9,9-bis (4-hydroxyphenyl) fluorene diglycidyl ether) ), DGEFX (3,6-dihydroxyspiro- [fluorene-9,9'-xanthan] diglycidyl ether), DGEA (10,10-bis (4-hydroxyphenyl) anthrone diglycidyl ether) and TGETA (diglycidyl ether of 9, 9,10,10-tetrakis (4-hydroxyphenyl) anthracene). It is preferred to use a DGEBA resin as an epoxy prepolymer.
  • DGEBA resins Bisphenol A diglycidyl ether
  • DGEBF 9,9-bis (4-hydroxyphenyl) fluorene diglycidyl ether
  • DGEFX 3,6-dihydroxyspiro- [fluorene-9,
  • the weight ratio of the biosourced epoxy monomer and / or prepolymer to the monomer and / or epoxy prepolymer of fossil origin may for example be between 5 and 50% by weight.
  • at least one ionic liquid is used as crosslinking agent epoxy monomers or prepolymers forming the bio-based epoxy resin and the epoxy resin of fossil origin.
  • Ionic liquids are mixtures consisting solely of ions, respectively an organic cation and an anion which may be organic or inorganic, forming a salt which has a melting temperature below 100 ° C and generally below 25 ° C. They constitute a class of compounds called "green", little volatile and non-flammable, which is an undeniable advantage from the point of view of the environmental impact of the process that implements them.
  • the ionic liquid used according to the invention comprises at least one organic or inorganic anion which is preferably selected from the group consisting of dialkyl phosphate anions, dialkylphosphinate, dicyanamide [N (CN) 2] ⁇ , bis (trifluoromethylsulfonyl) imide [NTf2] ⁇ , bis (trifluoromethane) sulfonimide [TFSI], alkyl carboxylate, hexafluorophosphate [PF 6] ⁇ , sulfonate, sulfate, tetrafluoroborate [BF 4], trifluoromethanesulfonate [CF3SO3] ", [C 4 F 9 S0 3]", [CF3CO2] ", [ (CF 3 S0 2 ) 3 C] -, [(CF 3 SO 2 ) 2 N] -, nitrate [NO 3 ] " , [C 10 4 ] “ , F “ , Br, Cl " , I "
  • the anion is selected from the group consisting of dialkylphosphate, dialkylphosphinate, dicyanamide, alkylcarboxylate and mixtures thereof, wherein the alkyl group is linear or branched and independently comprises from 1 to 12 and preferably from 2 to 8 carbon atoms. . More preferably, the anion is selected from the group consisting of dialkylphosphinate and dicyanamide anions, wherein the alkyl group is linear or branched and independently comprises from 1 to 12 and preferably from 2 to 8 carbon atoms.
  • the ionic liquid further comprises at least one organic cation, which is advantageously chosen from the group consisting of the tetraalkylphosphomium, ⁇ , ⁇ -dialkylimidazolium, N-alkylpyridinium, N-dialkylpiperidinium, N-dialkylpyrrolidinium, tetraalkylammonium, pyrazolium and N-alkylthiazolium cations. trialkylsulfonium, trialkyltriazolium, and mixtures thereof. It is preferred to use the ionic liquids formed of a tetraalkylphosphomium cation, the alkyl group of which is advantageously linear and contains from 1 to 18 and preferably from 4 to 14 carbon atoms.
  • the ionic liquid is chosen from the group consisting of the following salts: IL-TMP: Trihexyl (tetradecyl) phosphonium bis-2,4,4- (trimethylpentyl) phosphinate
  • IL-DEP tributyl (ethyl) phosphonium diethylphosphate
  • IL-EHP Trihexyl (tetradecyl) phosphonium bis (2-ethylhexyl) phosphate
  • the ionic liquid is chosen from trihexyl (tetradecyl) phosphonium bis (2,4,4-trimethylpentyl) phosphinate (IL-TMP), which may especially be obtained from CYTEC under the trade name Cyphos ® IL 104. and trihexyl (tetradecyl) phosphonium dicyanamide (IL-DCA).
  • IL-TMP trihexyl (tetradecyl) phosphonium bis (2,4,4-trimethylpentyl) phosphinate
  • IL-DCA trihexyl (tetradecyl) phosphonium dicyanamide
  • the ionic liquid may comprise from 5 to 50 parts by weight per hundred parts by weight of all the epoxide monomers and / or prepolymers.
  • the biosourced epoxy resin, the ionic liquid and optionally the epoxide resin of fossil origin are mixed under temperature conditions and, if appropriate, for a period of time sufficient to obtain a homogeneous mixture, for example at room temperature (20-25 ° C), for a period ranging for example from 5 minutes to 1 hour.
  • a homogeneous mixture for example at room temperature (20-25 ° C)
  • a solvent which can be evaporated later, during the process for manufacturing the epoxy material.
  • the ionic liquid may be added to the biosourced epoxy resin prior to, simultaneously with, or after the addition of the fossil epoxy resin.
  • the ionic liquid is introduced into the mixture consisting of the two epoxy resins.
  • the addition of the ionic liquid is generally done after heating the epoxy resin mixture.
  • the mixture obtained is then shaped before it gels, according to any appropriate technique known to those skilled in the art, in particular by casting, by spraying, by dipping, by compression, by infusion, by injection of liquid resin (process said RTM), by wet impregnation, by stereolithography, by additive manufacturing (powder deposition) or by contact molding, for example.
  • a firing step is performed to obtain a vitrified material.
  • This step may involve several successive temperature stages, for example three successive stages at 70-90 ° C., 110 ° -131 ° C. and 150 ° -170 ° C. for the mixtures comprising an epoxide resin of fossil origin and at 110 ° -130 ° C. C, 130-150 ° C and then 200-220 ° C for mixtures containing no epoxy resin of fossil origin.
  • This firing step may be followed by a post-firing step, generally at a temperature above the maximum glass transition temperature that the material can reach, for example at 170-230 ° C.
  • additives to the biosourced epoxy resin or to the mixture of biosourced epoxy resins and of fossil origin, before or after addition of the ionic liquid.
  • additives may especially be chosen from: fillers and in particular reinforcing fillers, opacifying fillers and conductive fillers, for example carbon nanotubes, carbon fibers, carbon black, glass fibers, silica , titanium or clays; flame retardants; anti-UV agents; thermal stabilizers; pigments and / or dyes; bactericidal agents; catalysts; and their mixtures.
  • a part or a coating is obtained which can be used for example in the aeronautical, aerospace, automobile (body parts, paints, etc.), maritime, wind (blades), electronic (encapsulation of electronic components %) or in the field of sport and recreation (tennis rackets, skis, bicycles, surfboards ).
  • Epoxy prepolymer of fossil origin Epoxy prepolymer of fossil origin:
  • DGEBA resin corresponds to the compound of the following formula:
  • n is such that the molar mass of the resin is about 350 g / mol.
  • Trihexyl (tetradecyl) phosphonium bis (2,4,4-trimethylpentyl) phosphinate IL-TMP
  • Trihexyl (tetradecyl) phosphonium dicyanamide IL-DCA
  • the biosourced epoxy resin was mixed with the ionic liquid and optionally the epoxy resin of fossil origin with stirring, at room temperature, for 15 to 30 minutes. The mixture was then degassed in an ultrasonic bath for 15 to 45 minutes, then poured into silicone molds, and cured under the following conditions to obtain an epoxide material:
  • INV-1 to INV-3, CE-20, INV-20 and INV-21 2h at 120 ° C then 2h at 140 ° C and then 1h30 to 210 ° C
  • INV-4, INV-5, CE-30, INV-30 and INV-31 2h at 80 ° C then 3h at 120 ° C and 4h at 160 ° C.
  • the surface tensions of materials according to the invention and a comparative material prepared from a fossil epoxy resin were measured using the hanging drop method using a Dataphysics goniometer and depositing drops of water and diiodomethane on the material to be tested.
  • the non-dispersive and dispersive components of the surface energy were calculated using Owens-Wendt's theory.
  • the results in Table 3 show that the samples according to the invention, INV-1 to INV-3, have a contact angle value which is clearly greater than that of the EC-1 sample, representative of the state of the invention. art. There is an increase of 4 to 15 ° for water and from 16 to 22 ° for diiodomethane, the value of the contact angle increasing with the ionic liquid content used as the crosslinking agent.
  • the samples INV-1 to INV-3 also have total surface energy values lower than those of the EC-1 sample, thus proving their better hydrophobic properties and therefore their lower permeability to fluids, especially to water .
  • the samples according to the invention in particular those prepared using IL-DCA, have a contact angle value which is clearly greater than those of the comparative samples.
  • the INV-30 and INV-31 samples also have total surface energy values lower than those of the CE-30 sample, thus proving their better hydrophobic properties and therefore their lower permeability to fluids, especially to water .
  • the glass transition temperature and the mechanical strength of materials according to the invention and comparative materials were measured.
  • the glass transition temperature was measured by both DSC (Tg) and DMA (Ta).
  • Tg was measured on a TA Instruments DSC Q10 apparatus, samples were heated at a rate of 10 ° C / min from -70 to 300 ° C, under nitrogen. After cooling the sample, a second temperature rise was performed.
  • Ta was measured by dynamic mechanical analysis (DMA), using Rheometrics RSAII equipment. The samples were heated from -40 to 200 ° C at a heating rate of 3 K / min. The sample was deformed with a tensile stress of 0.01% at a fixed frequency of 1 Hz.
  • the mechanical strength properties were measured by evaluating the fracture toughness (Kic) of compact test pieces of materials according to the invention and a comparative material, in accordance with ISO 13586.
  • the fracture toughness test has was performed using a tensile mode MTS traction instrument at a speed of 10 mm.min- 1 .
  • the size Kic is expressed in MPa.m and is measured for each of the samples. The results are shown in Table 5:
  • the materials according to the invention in which the DGEBA resin of the comparative material CE-1 is substituted in whole or in part by a biosourced epoxy resin (INV-1 to INV-5), have a lower glass transition temperature than the material. comparative, and therefore greater flexibility better suited to certain applications, especially as a coating.
  • the samples comprising a mixture of DGEBA resin and biosourced epoxy resin have two glass transition temperatures, reflecting the presence of an interpenetrating network of two polymers in which the ionic liquid acts as a hardener for the two polymers.
  • the first Ta corresponds to the network formed of the biosourced epoxy resin containing phases rich in crosslinked DGEBA resin and the second Ta corresponds to the network formed of the DGEBA resin containing phases rich in crosslinked biosourced epoxy resin.
  • the fracture toughness it is found by comparing the samples CE-1 and INV-4 that the addition of biosourced epoxy resin in the DGEBA resin leads to a material having a considerably higher fracture toughness (tripling Kic).
  • the substitution of the amine crosslinker with an ionic liquid such as IL-TMP also considerably improves the fracture toughness of the material. This improvement is not observed with IL-DCA.
  • the degradation temperatures of the samples according to the invention and comparative samples were measured by thermogravimetric analysis (TGA), using a thermogravimetric analyzer Q500 (TA Instruments) with a temperature rise of 30 to 700 ° C and a heating rate. 20 K.min "1 under nitrogen.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Epoxy Resins (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Abstract

La présente invention concerne le domaine technique des matériaux à base de polymères époxydes. Plus précisément, l'invention se rapporte à un nouveau type de matériau polymère obtenu en utilisant un liquide ionique en tant qu'agent réticulant d'un monomère et/ou prépolymère époxyde biosourcé éventuellement mélangé à un monomère et/ou prépolymère époxyde d'origine fossile. L'invention se rapporte également à un procédé de fabrication dudit matériau et à ses utilisations, notamment dans les domaines aéronautique, aérospatial, automobile, maritime, éolien, électronique ou encore dans le domaine du sport et des loisirs.

Description

MATERIAU EPOXYDE AU MOINS PARTIELLEMENT BIOSOURCE ET SON
PROCEDE DE PREPARATION
DOMAINE DE L'INVENTION
La présente invention concerne le domaine technique des matériaux à base de polymères époxydes. Plus précisément, l'invention se rapporte à un nouveau type de matériau polymère obtenu en utilisant un liquide ionique en tant qu'agent réticulant d'un monomère et/ou prépolymère époxyde biosourcé éventuellement mélangé à un monomère et/ou prépolymère époxyde d'origine fossile.
L'invention se rapporte également à un procédé de fabrication dudit matériau et à ses utilisations, notamment dans les domaines aéronautique, aérospatial, automobile, maritime, éolien, électronique ou encore dans le domaine du sport et des loisirs.
ETAT ANTERIEUR DE LA TECHNIQUE
Les matériaux thermodurcissables présentent une structure tridimensionnelle formée par des liaisons chimiques résultant d'une réaction de polymérisation entre un prépolymère, généralement une résine époxyde, et un durcisseur qui peut être une aminé, un anhydride d'acide, un phénol ou un isocyanate. Sous l'effet de la chaleur, c'est-à-dire par "cuisson", la réaction du prépolymère avec le durcisseur entraîne un phénomène de gélification puis de vitrification, conduisant à un matériau thermodurci qui est infusible et insoluble. Leurs propriétés mécaniques et leur résistance thermique et chimique ont permis aux résines thermodurcissables de trouver de nombreuses applications, notamment dans l'industrie aéronautique et automobile.
La stabilité des résines thermodurcissables classiques peut toutefois être insuffisante dans certaines applications.
Pour remédier à ce problème, il a déjà été suggéré d'utiliser un liquide ionique de type dialkylphosphinate de tétraalkylphosphonium comme agent durcisseur de prépolymère époxyde de type DGEBA (Livi et al, Polymer 54 (2013) 2123-2129 ; US 2009/0030158). Le liquide ionique permet d'obtenir un matériau présentant une stabilité thermique supérieure à celle obtenue à l'aide d'un agent réticulant de type diamine à squelette polyéther. Si les matériaux polymères ainsi obtenus sont globalement satisfaisants, leurs propriétés barrières ne sont pas toujours suffisantes pour certaines applications et notamment lorsqu'ils sont utilisés comme revêtements de protection de structures métalliques contre la corrosion ou pour la fabrication de pièces utilisées dans l'industrie maritime.
Par ailleurs, il est apparu nécessaire depuis quelques années de proposer des matériaux époxydes biosourcés, à la fois pour anticiper l'épuisement programmé des matières premières d'origine fossile utilisées dans la synthèse des résines époxydes traditionnelles, telles que le Bisphénol A, et pour tenir compte des réglementations imposant une substitution du Bisphénol A par des monomères ne présentant pas de propriétés oestrogéniques.
Des polymères époxydes biosourcés ont déjà été décrits dans la publication de M. Chrysanthos et al., Macromol. Mater. Eng., 298 (2013), 1209-1219. Ils sont notamment obtenus par polymérisation de cardanol époxydé (NC-514 fourni par Cardolite) en présence d'un durcisseur constitué d'une aminé aromatique biosourcée.
RESUME DE L'INVENTION Les déposants ont démontré que les propriétés barrières des matériaux époxydes constitués de résines DGEBA réticulées par des liquides ioniques pouvaient être améliorées en substituant tout ou partie de la résine DGEBA par une résine époxyde biosourcée telle que celle décrite dans la publication ci-dessus. Ils ont également démontré que cette substitution permettait, de manière tout-à-fait surprenante, d'augmenter la ténacité de rupture du matériau époxyde, et donc de réduire la propagation des fissures au sein du matériau. Dans la mesure où ces fissures constituent des voies de diffusion de l'eau dans le matériau époxyde, l'augmentation de la ténacité à la rupture du matériau permet également d'améliorer indirectement ses propriétés barrières.
Les matériaux époxydes selon l'invention présentent par ailleurs une stabilité thermique améliorée et de meilleures propriétés de barrière, en particulier un caractère hydrophobe plus marqué, par rapport aux matériaux époxydes biosourcés réticulés par une (poly)amine. L'invention a ainsi pour objet un matériau époxyde susceptible d'être obtenu suivant un procédé comprenant les étapes suivantes :
a) on mélange au moins un monomère et/ou prépolymère époxyde biosourcé avec un agent réticulant comprenant, de préférence constitué par, au moins un liquide ionique et éventuellement avec au moins un monomère et/ou prépolymère époxyde d'origine fossile ;
b) on met en forme et durcit le mélange ainsi obtenu.
Elle se rapporte également au procédé de fabrication du matériau époxyde, tel que défini ci-dessus, ainsi qu'à ses utilisations pour la fabrication de pièces ou de revêtements utilisables dans les domaines aéronautique, aérospatial, automobile, maritime, éolien, électronique ou encore dans le domaine du sport et des loisirs.
DESCRIPTION DETAILLEE
De manière surprenante, les demandeurs ont démontré que les liquides ioniques pouvaient être utilisés comme agents réticulants de résines époxydes biosourcées, utilisées seules ou en association avec des résines époxydes d'origine fossile, pour obtenir une combinaison de propriétés avantageuses, à savoir de bonnes propriétés de barrière, notamment à l'eau, une ténacité à la rupture élevée et une bonne stabilité thermique.
Dans cette description, on entend par "résine époxyde" un monomère époxyde et/ou un prépolymère époxyde. On entend par "prépolymère époxyde" un oligomère ou polymère comprenant au moins deux fonctions époxy terminales et qui, par réticulation, devient infusible et insoluble pour former une résine thermodurcie.
Par "biosourcé", on entend un produit, notamment une résine époxyde, issu de matières premières d'origine végétale et/ou animale, de préférence végétale. Par opposition, un produit (notamment une résine époxyde) "d'origine fossile" est tout produit fabriqué au moins partiellement à partir de composés organiques issus du pétrole ou du charbon ou des dérivés du pétrole ou charbon. Un produit d'origine biosourcé peut être différencié d'un produit synthétisé à partir de matières premières fossiles par les méthodes décrites dans la norme ASTM D6866. Avantageusement, les résines époxydes utilisées selon l'invention présentent au moins deux et au plus quatre fonctions époxydes. La résine époxyde biosourcée peut être obtenue, selon une première forme d'exécution de l'invention, à partir d'épichlorhydrine et d'un polyol biosourcé. L'épichlorhydrine peut elle-même être obtenue par chloration du glycérol, qui est un co-produit de la transestérifïcation des huiles végétales pour la préparation du bio-diesel.
De son côté, le polyol peut être un composé quelconque, ou un mélange de composés, présentant une structure aliphatique, cycloaliphatique ou aromatique.
Le polyol biosourcé peut ainsi être une résine phénol-formaldéhyde biosourcée, obtenue par polymérisation de cardanol avec du formaldéhyde. Le cardanol est un composé phénolique possédant une chaîne latérale insaturée à 15 atomes de carbone en meta du groupe hydroxyle, qui peut être obtenu par distillation sous vide de liquide de coques de noix de cajou (CNSL). Selon une autre possibilité, le polyol biosourcé peut être le cardanol lui-même. Dans ce cas, on préfère que sa réaction avec l'épichlohydrine soit suivie d'une étape consistant à faire réagir le produit obtenu avec un peroxyacide. Un prépolymère époxyde obtenu à partir de cardanol est notamment disponible auprès de la société CARDOLITE sous la dénomination commerciale NC-514. Il présente la structure suivante :
Figure imgf000005_0001
Le polyol biosourcé peut en variante être un carbohydrate. Il peut ainsi être choisi parmi l'isosorbide, l'isomannide et l'isoidide, qui sont des dianhydrohexitols issus de céréales. L'isosorbide est préféré pour une utilisation dans la présente invention. Il est notamment disponible auprès de la société ROQUETTE FRERES sous la dénomination commerciale Polysorb P. En variante, le carbohydrate peut être choisi parmi le sucrose, le maltitol et le sorbitol. Une résine époxyde biosourcée obtenue à partir de sorbitol est le polyglycidyléther de sorbitol, préparé par époxydation du sorbitol à l'aide d'épichlorhydrine, qui est notamment disponible auprès de la société NAGASE CHEMTEX sous la référence commerciale Denacol 614B.
Selon encore une autre possibilité, le polyol biosourcé peut être le produit de réaction de poudre de bois avec du résorcinol, du polyéthylène glycol ou de la glycérine, désigné par "poudre de bois liquéfiée", ou encore un polyphénol tel que la catéchine, issue par exemple de déchets de l'industrie du bois ou du vin, la lignine issue des plantes ligneuses ou bien l'acide diphénolique (DP A) dérivé d'acide lévulinique. Le polyol biosourcé peut en variante être le glycérol.
Il est bien entendu que le polyol biosourcé peut également être un mélange de deux ou plus des composés décrits ci-dessus. Dans une autre forme d'exécution de l'invention, la résine époxyde biosourcée peut être une huile végétale époxydée ou le produit d'époxydation d'un ester de sucrose d'acides gras issus d'huile végétale. Les huiles végétales peuvent notamment être choisies parmi les huiles de soja, de lin, de tournesol ou de ricin. Des huiles végétales époxydées sont notamment commercialisées par la société ARKEMA sous la dénomination commerciale Vikoflex.
Dans une autre forme d'exécution encore, la résine époxyde biosourcée peut être obtenue par alkylation à l'aide d'un halogénure insaturé, puis oxydation, d'un carbohydrate tel qu'un dianhydrohexitol, de préférence l'isosorbide. On peut ainsi procéder à une (méth)allylation du carbohydrate à l'aide d'un halogénure de (méth)allyle, notamment de chlorure de méthallyle ou de bromure d'allyle, suivie d'une époxydation de l'intermédiaire obtenu à l'aide d'un peracide, tel que l'acide peracétique ou l'acide meta- chloroperb enzoïque . La résine époxyde biosourcée mise en œuvre selon l'invention peut être mélangée à une résine époxyde d'origine fossile. Dans un mode de réalisation particulier, la résine époxyde d'origine fossile est un prépolymère époxyde choisi dans le groupe constitué des résines DGEBA (diglycidyl éther de bisphénol A), DGEBF (diglycidyl éther de 9,9-bis(4- hydroxyphényl)fluorène), DGEFX (diglycidyl éther de 3,6-dihydroxyspiro-[fluorène- 9,9'-xanthane]), DGEA (diglycidyl éther de 10,10-bis(4-hydroxyphényl)anthrone) et TGETA (diglycidyl éther de 9,9,10,10-tetrakis(4-hydroxyphényl)anthracène). On préfère utiliser une résine DGEBA comme prépolymère époxyde.
Le rapport pondéral du monomère et/ou prépolymère époxyde biosourcé au monomère et/ou prépolymère époxyde d'origine fossile peut par exemple être compris entre 5 et 50% en poids. Comme indiqué précédemment, au moins un liquide ionique est utilisé comme agent réticulant des monomères ou prépolymères époxyde formant la résine époxyde biosourcée et la résine époxyde d'origine fossile. Les liquides ioniques sont des mélanges constitués uniquement d'ions, respectivement un cation organique et un anion pouvant être organique ou inorganique, formant un sel qui présente une température de fusion inférieure à 100°C et généralement inférieure à 25°C. Ils constituent une classe de composés dits "verts", peu volatils et ininflammables, ce qui constitue un avantage indéniable du point de vue de l'impact environnemental du procédé qui les met en oeuvre. Le liquide ionique utilisé selon l'invention comprend au moins un anion organique ou inorganique qui est avantageusement choisi dans le groupe constitué des anions dialkylphosphate, dialkylphosphinate, dicyanamide [N(CN)2]~, bis(trifluorométhylsulfonyl)imide [NTf2]~, bis(trifluorométhane)sulfonimide [TFSI], alkylcarboxylate, hexafluorophosphate [PF6]~, sulfonate, alkylsulfate, tétrafluoroborate [BF4] , trifluorométhanesulfonate [CF3SO3]", [C4F9S03]", [CF3CO2]", [(CF3S02)3C]-, [(CF3S02)2N]-, nitrate [N03]", [C104]", F", Br, Cl", I", [A12C17]", chloroaluminate [A1C14]" [CuCl2], [AuCl4]~, [ZnCl3]~, [SnCl3]~, ainsi que leurs mélanges. De préférence, l'anion est choisi dans le groupe comprenant les anions dialkylphosphate, dialkylphosphinate, dicyanamide, alkylcarboxylate et leurs mélanges, où le groupe alkyl est linéaire ou ramifié et comprend indépendamment de 1 à 12 et de préférence de 2 à 8 atomes de carbone. Plus préférentiellement, l'anion est choisi dans le groupe comprenant les anions dialkylphosphinate et dicyanamide, où le groupe alkyl est linéaire ou ramifié et comprend indépendamment de 1 à 12 et de préférence de 2 à 8 atomes de carbone. Le liquide ionique comprend en outre au moins un cation organique, qui est avantageusement choisi dans le groupe constitué des cations tétraalkylphosphomum, Ν,Ν-dialkylimidazolium, N-alkylpyridinium, N-dialkylpipéridinium, N- dialkylpyrrolidinium, tétraalkylammonium, pyrazolium, N-alkylthiazolium, trialkylsulfonium, trialkyltriazolium, ainsi que leurs mélanges. On préfère utiliser les liquides ioniques formés d'un cation tétraalkylphosphomum dont le groupe alkyle est avantageusement linéaire et renferme de 1 à 18 et de préférence de 4 à 14 atomes de carbone.
Selon un mode de réalisation préférentiel, le liquide ionique est choisi dans le groupe constitué des sels suivants : IL-TMP : Bis-2,4,4-(triméthylpentyl)phosphinate de trihexyl(tétradécyl)phosphonium
Figure imgf000008_0001
IL-DEP : Diéthylphosphate de tributyl(éthyl)phosphonium
IL-DCA : Dicyanamide de
Figure imgf000008_0002
trihexyl(tétradécyl)phosph
Figure imgf000008_0003
IL-EHP : Bis(2-éthylhexyl)phosphate de trihexyl(tétradécyl)phosphonium
Figure imgf000008_0004
où Ri, R2, R3 = hexyl et R4 = tétradécyl IL-EPC : 2-éthylhexanoate de trihexyl(tétradécyl)phosphonium
Figure imgf000009_0001
Avantageusement, le liquide ionique est choisi parmi le bis(2,4,4-triméthylpentyl) phosphinate de trihexyl(tétradécyl)phosphonium (IL-TMP), qui peut notamment être obtenu auprès de la société CYTEC sous la dénomination commerciale Cyphos® IL 104, et le dicyanamide de trihexyl(tétradécyl)phosphonium (IL-DCA).
Le liquide ionique peut représenter de 5 à 50 parties en poids pour cent parties en poids de l'ensemble des monomères et/ou prépolymères époxyde.
Selon l'invention, on mélange la résine époxyde bios-sourcée, le liquide ionique et éventuellement la résine époxyde d'origine fossile, dans des conditions de température et éventuellement d'agitation et pendant une durée suffisantes pour obtenir un mélange homogène, par exemple à température ambiante (20-25°C), pendant une durée allant par exemple de 5 minutes à 1 heure. Bien que cela ne soit généralement pas nécessaire, il est possible de réaliser le mélange précité en présence d'un solvant, qui pourra être évaporé ultérieurement, au cours du procédé de fabrication du matériau époxyde.
Le liquide ionique peut être ajouté à la résine époxyde biosourcée avant, simultanément à, ou après, l'ajout de la résine époxyde d'origine fossile. Selon une forme d'exécution préférée de l'invention, le liquide ionique est introduit dans le mélange constitué des deux résines époxydes. Dans ce cas, l'ajout du liquide ionique se fait généralement après chauffage du mélange de résines époxydes. Le mélange obtenu est alors mis en forme avant qu'il ne gélifie, selon toute technique appropriée connue de l'homme du métier, notamment par coulée, par projection, par trempage, par compression, par infusion, par injection de résine liquide (procédé dit RTM), par imprégnation par voie humide, par stéréolithographie, par fabrication additive (dépôt de poudre) ou par moulage au contact, par exemple.
Simultanément à la mise en forme du mélange, ou après celle-ci, on procède à une étape de cuisson destinée à obtenir un matériau vitrifié. Cette étape peut impliquer plusieurs paliers de température successifs, par exemple trois paliers successifs à 70-90°C, 110- 130°C et 150-170°C pour les mélanges comprenant une résine époxyde d'origine fossile et à 110-130°C, 130-150°C puis 200-220°C pour les mélanges ne renfermant pas de résine époxyde d'origine fossile. Cette étape de cuisson peut être suivie d'une étape de post-cuisson, généralement à une température supérieure à la température maximale de transition vitreuse que le matériau peut atteindre, par exemple à 170-230°C. Dans tous les cas, on préfère que le matériau obtenu soit ensuite refroidi lentement pour éviter le développement de fissures. Selon les besoins, il est possible d'ajouter un ou plusieurs additifs à la résine époxyde biosourcée ou au mélange des résines époxydes biosourcée et d'origine fossile, avant ou après ajout du liquide ionique. Ces additifs peuvent notamment être choisis parmi : les charges et en particulier les charges de renfort, les charges opacifiantes et les charges conductrices, par exemple les nanotubes de carbone, les fibres de carbone, le noir de carbone, les fibres de verre, la silice, le titane ou les argiles ; les retardateurs de flamme ; les agents anti-UV ; les stabilisants thermiques ; les pigments et/ou colorants ; les agents bactéricides ; les catalyseurs ; et leurs mélanges. En variante ou en plus, il est possible de préparer un matériau composite renforcé au cours de l'étape de mise en forme, en enduisant un renfort fibreux du mélange de la résine époxyde biosourcée, de la résine époxyde d'origine fossile (lorsqu'elle est présente) et du liquide ionique.
A l'issue de ce procédé on obtient une pièce ou un revêtement qui peut être utilisé par exemple dans les domaines aéronautique, aérospatial, automobile (pièces de carrosserie, peintures...), maritime, éolien (pales), électronique (encapsulation de composants électroniques...) ou encore dans le domaine du sport et des loisirs (raquettes de tennis, skis, vélos, planches de surf...).
L'invention et les avantages qui en découlent ressortiront mieux des exemples de réalisation suivants, qui sont donnés à titre illustratif et nullement limitatif. EXEMPLES
1/ Composés de base On prépare différents matériaux polymériques à partir des produits suivants
Prépolvmère époxyde d'origine fossile :
Résine DGEBA correspond au composé de formule suivante :
Figure imgf000011_0001
où n est tel que la masse molaire de la résine est d'environ 350 g/mol.
Prépolvmère époxyde biosourcé :
Figure imgf000011_0002
(Cardolite® NC-514 de CARDOLITE)
Liquide ionique :
Bis(2,4,4-triméthylpentyl) phosphinate de trihexyl(tétradécyl)phosphonium (IL-TMP). Dicyanamide de trihexyl(tétradécyl)phosphonium (IL-DCA)
Réticulant aminé :
Figure imgf000011_0003
(Jeffamine® D230 de HUNTSMAN) 21 Formulations
Plusieurs exemples de matériaux selon l'invention, comprenant une résine époxyde biosourcée réticulée par IL-TMP, ont été réalisés et comparés à un contre-exemple ne contenant qu'une résine époxyde d'origine fossile réticulée par le même liquide ionique. Le Tableau 1 regroupe ces différents modes de réalisation.
Figure imgf000012_0001
Tableau 1
D'autres matériaux selon l'invention ont été préparés, comprenant une résine époxyde biosourcée réticulée par différents liquides ioniques, dont les propriétés ont été comparées à celles de matériaux similaires, dont l'agent réticulant était constitué de la polyétheramine ci-dessus (identifiée par "D230"), utilisée en quantité stoechiométrique. Le Tableau 2 regroupe ces différents modes de réalisation.
Figure imgf000012_0002
Tableau 2 3/ Fabrication
La résine époxyde biosourcée a été mélangée au liquide ionique et éventuellement à la résine époxyde d'origine fossile sous agitation, à température ambiante, pendant 15 à 30 minutes. Le mélange a ensuite été dégazé dans un bain à ultrasons pendant 15 à 45 minutes, puis versé dans des moules en silicone, et il a été durci dans les conditions suivantes pour obtenir un matériau époxyde :
INV-1 à INV-3, CE-20, INV-20 et INV-21 : 2h à 120°C puis 2h à 140°C puis lh30 à 210°C
INV-4, INV-5, CE-30, INV-30 et INV-31 : 2h à 80°C puis 3h à 120°C et 4h à 160°C.
4/ Propriétés barrière à l'eau et aux solvants
On a mesuré les tensions de surface de matériaux selon l'invention et d'un matériau comparatif préparé à partir d'une résine époxyde d'origine fossile, en utilisant la méthode de la goutte pendante, au moyen d'un goniomètre Dataphysics et en déposant des gouttes d'eau et de diiodométhane sur le matériau à tester. Les composants non-dispersif et dispersif de l'énergie de surface ont été calculés en utilisant la théorie de Owens-Wendt.
Les résultats sont présentés dans le Tableau 3 :
Figure imgf000013_0001
Tableau 3
Les grandeurs γηθη dispersée, ydispersive et ytotaie représentent respectivement :
la tension de surface de la phase non dispersive à savoir la phase polaire ;
la tension de surface de la phase dispersive à savoir la phase apolaire ;
la somme des tensions de surface des phases dispersive et non dispersive.
Les résultats du Tableau 3 montrent que les échantillons selon l'invention, INV-1 à INV- 3, présentent une valeur d'angle de contact nettement supérieure à celle de l'échantillon CE-1, représentatif de l'état de l'art. On observe une augmentation de 4 à 15° pour l'eau et de 16 à 22° pour le diiodométhane, la valeur de l'angle de contact augmentant avec la teneur en liquide ionique utilisé comme agent réticulant. Les échantillons INV-1 à INV- 3 présentent en outre des valeurs d'énergie de surface totale inférieures à celles de l'échantillon CE-1, prouvant ainsi leurs meilleures propriétés hydrophobes et donc leur moindre perméabilité aux fluides, notamment à l'eau.
Ainsi, la substitution de la résine DGEBA par une résine époxyde biosourcée confère aux matériaux obtenus de meilleures propriétés barrières. On observe en outre que l'ajout d'une résine époxyde biosourcée à un matériau renfermant une résine DGEBA (échantillons INV-4 et INV-5) conduit à une augmentation drastique du comportement hydrophobe du matériau.
Des essais similaires ont été réalisés pour comparer des matériaux selon l'invention à des matériaux identiques mais réticulés à l'aide d'une aminé. Les résultats sont présentés dans le Tableau 4 ci-dessous.
Figure imgf000014_0001
Tableau 4
Comme il ressort de ce tableau, les échantillons selon l'invention, en particulier ceux préparés à l'aide d'IL-DCA, présentent une valeur d'angle de contact nettement supérieure à celles des échantillons comparatifs. Les échantillons INV-30 et INV-31 présentent en outre des valeurs d'énergie de surface totale inférieures à celles de l'échantillon CE-30, prouvant ainsi leurs meilleures propriétés hydrophobes et donc leur moindre perméabilité aux fluides, notamment à l'eau.
5/ Propriétés mécaniques
On a mesuré la température de transition vitreuse et la tenue mécanique de matériaux selon l'invention et de matériaux comparatifs. La température de transition vitreuse a été mesurée à la fois par DSC (Tg) et par DMA (Ta). La Tg a été mesurée sur un appareil DSC Q10 de TA Instruments, les échantillons ont été chauffés à une vitesse de 10°C/min de -70 à 300°C, sous azote. Après refroidissement de l'échantillon, une seconde montée en température a été effectuée. La Ta a été mesurée par analyse mécanique dynamique (DMA), en utilisant un équipement Rheometrics RSAII. Les échantillons ont été chauffés de -40 à 200°C à une vitesse de chauffe de 3 K/min. L'échantillon a été déformé avec une contrainte en traction de 0,01% à une fréquence fixe de 1 Hz.
Les propriétés de tenue mécanique ont été mesurées en évaluant la ténacité à la rupture (Kic) d'éprouvettes compactes de matériaux selon l'invention et d'un matériau comparatif, conformément à la norme ISO 13586. Le test de ténacité à la rupture a été effectué à l'aide d'un instrument de traction MTS en mode traction, à une vitesse de 10 mm.min"1. La ténacité à la rupture a été calculée en utilisant l'équation suivante :
Figure imgf000015_0001
où FQ(N) est la charge appliquée au début de la propagation de la fissure, a(m) est la longueur de la fissure, w(m) est la largeur de l'éprouvette, h(m) est l'épaisseur de l'éprouvette et f(a/w) est le facteur d'étalonnage lié à la géométrie de l'éprouvette : f ia I w) = (2 + U} (0.886 + 4.64α - 13.32α2 + 14.72α3 - 5.6a4 )
La grandeur Kic est exprimée en MPa.m et est mesurée pour chacun des échantillons. Les résultats sont présentés dans le Tableau 5 :
Figure imgf000015_0002
Tableau 5 Les matériaux selon l'invention, dans lesquels la résine DGEBA du matériau comparatif CE-1 est substituée en tout ou partie par une résine époxyde biosourcée (INV-1 à INV- 5), présentent une température de transition vitreuse plus faible que le matériau comparatif, et donc une plus grande flexibilité convenant mieux à certaines applications, notamment comme revêtement. La température de transition vitreuse des échantillons INV-1 à INV-3 est également plus faible que celle obtenue avec la même résine époxyde biosourcée, mais réticulée par l'isophorone diamine (Tg = 22°C ; Ta = 50°C), telle que mesurée par M. Chrysanthos et al. dans Macromol. Mater. Eng., 298, 1209-1219 (2013). On observe que les échantillons comprenant un mélange de résine DGEBA et de résine époxyde biosourcée présentent deux températures de transition vitreuses, traduisant la présence d'un réseau interpénétré de deux polymères où le liquide ionique joue le rôle de durcisseur des deux polymères. La première Ta correspond au réseau formé de la résine époxyde biosourcée contenant des phases riches en résine DGEBA réticulée et la seconde Ta correspond au réseau formé de la résine DGEBA contenant des phases riches en résine époxyde biosourcée réticulée.
En ce qui concerne la ténacité à la rupture, on constate en comparant les échantillons CE- 1 et INV-4 que l'ajout de résine époxyde biosourcée dans la résine DGEBA conduit à un matériau présentant une ténacité à la rupture considérablement plus élevée (triplement du Kic). En outre, on observe en comparant les échantillons CE-20 et INV-21 que la substitution du réticulant aminé par un liquide ionique tel que IL-TMP améliore également considérablement la ténacité à la rupture du matériau. Cette amélioration n'est pas observée avec IL-DCA. Ces comparaisons sont toutefois à relativiser, dans la mesure où les matériaux réticulés respectivement avec une aminé ou avec un liquide ionique présentent une flexibilité différente.
6/ Stabilité thermique
Les températures de dégradation des échantillons selon l'invention et des échantillons comparatifs ont été mesurées par analyse thermogravimétrique (ATG), en utilisant un analyseur thermogravimétrique Q500 (TA Instruments) avec une montée en température de 30 à 700 °C et une vitesse de chauffe de 20 K.min"1 sous azote.
Les résultats sont présentés dans le Tableau 6, où Tdmax (°C) représente la température à laquelle on constate une perte maximale de la masse de l'échantillon relativement à sa masse initiale : Exemples Tdmax ( C)
CE-1 458
INV-1 466
INV-2 465
INV-3 465
CE-20 450
INV-20 465
INV-21 466
CE-30 389
INV-30 451
INV-31 452
Tableau 6
Les résultats ci-dessus montrent que la substitution d'une résine DGEBA (CE-1) par une résine époxyde biosourcée (INV-1 à INV-3) permet d'obtenir des matériaux ayant une très haute stabilité thermique. La stabilité thermique des échantillons INV-1 à INV-3 est également meilleure que celle obtenue pour la même résine époxyde biosourcée, mais réticulée par l'isophorone diamine (Tdmax = 440°C), telle que mesurée par M. Chrysanthos et al. dans Macromol. Mater. Eng., 298, 1209-1219 (2013). Les résultats obtenus pour les échantillons INV-20, INV-21, INV-30 et INV-31 confirment que la substitution d'un réticulant aminé (CE-20 et CE-30) par un liquide ionique augmente la stabilité thermique de l'échantillon obtenu.

Claims

REVENDICATIONS
1. Matériau époxyde susceptible d'être obtenu suivant un procédé comprenant les étapes suivantes :
a) on mélange au moins un monomère et/ou prépolymère époxyde biosourcé avec un agent réticulant comprenant, de préférence constitué par, au moins un liquide ionique et éventuellement avec au moins un monomère et/ou prépolymère époxyde d'origine fossile ;
b) on met en forme et durcit le mélange ainsi obtenu.
2. Matériau selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le monomère et/ou prépolymère époxyde biosourcé est obtenu à partir d'épichlorhydrine et d'un polyol biosourcé.
3. Matériau selon la revendication 2, caractérisé en ce que le polyol biosourcé est choisi parmi : une résine phénol-formaldéhyde biosourcée, obtenue par polymérisation de cardanol avec du formaldéhyde ; le cardanol ; un carbohydrate tel que l'isosorbide, l'isomannide, l'isoidide, le sucrose, le maltitol et le sorbitol ; le produit de réaction de poudre de bois avec du résorcinol, du polyéthylène glycol ou de la glycérine ; un polyphénol tel que la catéchine ; la lignine ; l'acide diphénolique (DP A) dérivé d'acide lévulinique ; le glycérol ; et leurs mélanges.
4. Matériau selon la revendication 1, caractérisé en ce que la résine époxyde biosourcée est une huile végétale époxydée ou le produit d'époxydation d'un ester de sucrose d'acides gras issus d'huile végétale.
5. Matériau selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le monomère et/ou prépolymère époxyde d'origine fossile est le diglycidyl éther de bisphénol A (DGEBA).
6. Matériau selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le cation formant le liquide ionique est choisi dans le groupe constitué des cations tétraalkylphosphomum, Ν,Ν-dialkylimidazolium, N-alkylpyridinium, N- dialkylpipéridinium, N-dialkylpyrrolidinium, tétraalkylammonium, pyrazolium, N- alkylthiazolium, trialkylsulfonium, trialkyltriazolium, ainsi que leurs mélanges, de préférence des cations tétraalkylphosphomum dont le groupe alkyle est avantageusement linéaire et renferme de 1 à 18 et de préférence de 4 à 14 atomes de carbone.
7. Matériau selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'anion formant le liquide ionique est choisi dans le groupe constitué des anions dialkylphosphate, dialkylphosphinate, dicyanamide [N(CN)2]~, bis(trifluorométhylsulfonyl)imide [NTf2]~, bis(trifluorométhane)sulfonimide [TFSI], alkylcarboxylate, hexafiuorophosphate [PF6]~, sulfonate, alkylsulfate, tétrafluoroborate [BF4] , trifluorométhanesulfonate [CF3SO3]", [C4F9S03]-, [CF3C02]-, [(CF3S02)3C]-, [(CF3S02)2N]-, nitrate [N03]", [C104]", F", Br, Cl" Γ, [A12C17]", chloroaluminate [A1C14]", [CuCl2], [AuCU]", [ZnCb]", [SnCb]", ainsi que leurs mélanges, de préférence des anions dialkylphosphate, dialkylphosphinate, dicyanamide, alkylcarboxylate et leurs mélanges, où le groupe alkyl est linéaire ou ramifié et comprend indépendamment de 1 à 12 et de préférence de 2 à 8 atomes de carbone.
8. Matériau selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'anion est choisi dans le groupe comprenant les anions dialkylphosphinate et dicyanamide, où le groupe alkyl est linéaire ou ramifié et comprend indépendamment de 1 à 12 et de préférence de 2 à 8 atomes de carbone.
9. Matériau selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le liquide ionique est choisi parmi le bis(2,4,4-triméthylpentyl) phosphinate de trihexyl(tétradécyl)phosphonium (IL-TMP) et le dicyanamide de trihexyl(tétradécyl)phosphonium (IL-DC A) .
10. Matériau selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le liquide ionique représente de 5 à 50 parties en poids pour cent parties en poids de l'ensemble des monomères et/ou prépolymères époxyde.
11. Utilisation du matériau selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 pour la fabrication de pièces ou de revêtements utilisables dans les domaines aéronautique, aérospatial, automobile, maritime, éolien, électronique ou encore dans le domaine du sport et des loisirs.
12. Procédé de fabrication d'un matériau composite comprenant les étapes suivantes : a) on mélange au moins un monomère et/ou prépolymère époxyde biosourcé avec un agent réticulant comprenant, de préférence constitué par, au moins un liquide ionique et éventuellement avec au moins un monomère et/ou prépolymère époxyde d'origine fossile ;
b) on met en forme et durcit le mélange ainsi obtenu.
PCT/FR2017/051446 2016-06-10 2017-06-08 Matériau époxyde au moins partiellement biosource et son procédé de préparation WO2017212177A1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1655399 2016-06-10
FR1655399A FR3052456B1 (fr) 2016-06-10 2016-06-10 Materiau epoxyde au moins partiellement biosource et son procede de preparation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017212177A1 true WO2017212177A1 (fr) 2017-12-14

Family

ID=56611430

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/FR2017/051446 WO2017212177A1 (fr) 2016-06-10 2017-06-08 Matériau époxyde au moins partiellement biosource et son procédé de préparation

Country Status (2)

Country Link
FR (1) FR3052456B1 (fr)
WO (1) WO2017212177A1 (fr)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113881317A (zh) * 2017-12-20 2022-01-04 江苏德威涂料有限公司 一种水性环氧富锌底漆及其制备方法和应用

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090030158A1 (en) 2007-07-26 2009-01-29 Ajinomoto Co., Inc Resin composition

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090030158A1 (en) 2007-07-26 2009-01-29 Ajinomoto Co., Inc Resin composition

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
LIVI ET AL., POLYMER, vol. 54, 2013, pages 2123 - 2129
M. CHRYSANTHOS ET AL., MACROMOL. MATER. ENG., vol. 298, 2013, pages 1209 - 1219
MARIE CHRYSANTHOS ET AL: "Influence of the Bio-Based Epoxy Prepolymer Structure on Network Properties", MACROMOLECULAR MATERIALS AND ENGINEERING., vol. 298, no. 11, 1 November 2013 (2013-11-01), DE, pages 1209 - 1219, XP055338587, ISSN: 1438-7492, DOI: 10.1002/mame.201200405 *
RÉMI AUVERGNE ET AL: "Biobased Thermosetting Epoxy: Present and Future", CHEMICAL REVIEWS, vol. 114, no. 2, 22 January 2014 (2014-01-22), US, pages 1082 - 1115, XP055300441, ISSN: 0009-2665, DOI: 10.1021/cr3001274 *
SILVA ADRIANA A ET AL: "New epoxy systems based on ionic liquid", POLYMER, ELSEVIER SCIENCE PUBLISHERS B.V, GB, vol. 54, no. 8, 16 February 2013 (2013-02-16), pages 2123 - 2129, XP028526765, ISSN: 0032-3861, DOI: 10.1016/J.POLYMER.2013.02.021 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113881317A (zh) * 2017-12-20 2022-01-04 江苏德威涂料有限公司 一种水性环氧富锌底漆及其制备方法和应用
CN113881317B (zh) * 2017-12-20 2022-07-26 江苏德威涂料有限公司 一种水性环氧富锌底漆及其制备方法和应用

Also Published As

Publication number Publication date
FR3052456A1 (fr) 2017-12-15
FR3052456B1 (fr) 2020-01-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Voirin et al. Functionalization of cardanol: towards biobased polymers and additives
EP3464448B1 (fr) Matériau composite époxyde / renfort polymère et son procédé de préparation
JP5973648B2 (ja) ハイソリッドコーティングに使用される変性エポキシ樹脂組成物
WO2014117351A1 (fr) Composition de résine époxy, et ses applications
EP3134456B1 (fr) Utilisation d'une composition de resine thermodurcissable de type vitrimere pour la fabrication de pieces d'isolation electrique
TW201136978A (en) Divinylarene dioxide resin compositions
WO2017212177A1 (fr) Matériau époxyde au moins partiellement biosource et son procédé de préparation
WO2017025687A1 (fr) Utilisation d'une composition d'ethers de bis-anhydrohexitol de faible viscosite comme diluant reactif pour compositions reticulables de resines, d'adhesifs, de revetements et de matrices pour composites
EP2158251A1 (fr) Catalyseur pour le durcissement d'époxydes
TW201510054A (zh) 環氧樹脂組成物及其硬化物、預浸漬物、以及纖維強化複合材料
Bellido-Aguilar et al. Hydrophobization of fully bio-based epoxy polymers using water as solvent: effect of additives
EP2718399A1 (fr) Production de résines époxyde durcies comprenant des phosphonates ignifugeants
CN115960516A (zh) 一种高分子化合物涂料及其制备方法
US11332571B2 (en) Epoxy resin system for structural composites
LU82111A1 (fr) Compositions de revetement exemptes de solvant
Maiorana et al. Bio-Based Epoxy Resins from Diphenolate Esters—Replacing the Diglycidyl Ether of Bisphenol A
BR102020006743A2 (pt) Desenvolvimento de resinas de benzoxazinas derivadas do líquido da casca da castanha de caju e do catecol como resinas termofixas renováveis de alto desempenho
CN115368802B (zh) 水性重防腐涂料组合物
RU2295550C2 (ru) Полимерная композиция
TWI506085B (zh) 樹脂組合物與應用其之塗料
Aslanova et al. SYNTHESIS OF SUPER-BRANCHED POLYGLYCERIDES OF SACCHARIN-6-CARBOXYLIC ACID
FR3056216A1 (fr) Formulation de resine epoxyde durcissable, procede de fabrication d'un materiau a partir de cette formulation et leurs utilisations
WO2020188183A1 (fr) Procede de fabrication d'un monomere polybenzoxazine
WO2021089953A1 (fr) Résine époxy comprenant un époxyde d'isosorbide
WO2022002438A1 (fr) Procédé d'obtention de polyépoxydes biosourcés aux propriétés améliorées

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17735195

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 17735195

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1