Brevet FR2011472A1 — publié le 19700227

La présente invention a pour objet un procédé pour la préparation de plaques et blocs flexibles de plus grande épaisseur par collage de plusieurs plaques ou bandes relativement minces en polymères d'oléfines expansés. 5 Des jLaques flexibles en polymètres d'oléfines expansés sont connues; on les utilise par exemple pour l'emballage, le rembourrage et l'isolement. Jusqu'à maintenant, on ne fabriquait ces plaques que jusqu'à une épaisseur de 5 cm au maximum. On a cependant besoin de plaques ou de blocs d'une plus grande épaisseur, par exemple pour 10 l'isolement de récipients à basse température, pour lesquels, on a besoin d'une épaisseur d'isolement de 20 à 30 cm. On sait par le brevet français 1 522 651, que l'on peut préparer de telles bandes ou plaques par soudage de particules de polymères d'oléfines cristallins renfermant des fractions mousses, 15 réticulées (fraction de gel)?;Les particules presque sphériques, qui ont en général un diamètre de 3 à 20 cm, sont versées dans un moule fermé, chauffées au-dessus du point de ramollissement, par exemple à l'aide d'air chaud, puis comprimées jusqu'à 40 - 60% de la desnsité apparente initiale et ainsi soudées les unes avec les au-20 très. Du fait que les particules en polymères d'oléfines expan-séqéont très flexibles, on ne peut pas, lors d'une chute trop haute, par exemple de 10cm, fabriquer des blocs mousses ayant une structure et une densité uniformes. Les particules mousses placées aux zones 25 extérieures et soumises les premières à la pression, sont trop comprimées, avant que la pression soit suffisamment élevée à l'intérieur de la masse des particules pour que les particules se soudent en donnant des matières mousses exemptes de bulles. Pendant le moulage par compression, on constaté donc obligatoirement une densifi-30 cation sur les zones extérieures par comparaison aux zones inté-■ rieur es". Ceci présente un inconvénient pour la pratique car des matières mousses hétérogènes ne présentent pas des qualités uniformes? On obtient ainsi des plaques présentant une conductibilité de la chaleur irrégulière, ou ne donnant pas une isolation suffisamment sûre 35 pour l'utilisation dans l'industrie du froid. D'autre part, afin d' obtenir un bloc mousse exempt de bulle et d'une plus grande densité, on devrait employer des pressions si hautes, que la densité de la matière mousse s.erait fortement augmentée,ce qui réduirait les possibilités de mise en oeuvre économiques. 20745 2 2011472 On avait donc pour but de trouver un procédé permettant de préparer des blocs et plaques mousses en polymères d'oléfines, relativement épais, et présentant une structure homogène et des propriétés uniformes. On a trouvé que l'on peut préparer des plaques et blocs mûU£ ses, flexibles, d'une épaisseur de plus de 2 cm en collant des "bandes ou plaques mousses d'une épaisseur de plus de 1. cm, et que l'on a préparées par soudage de particules mousses en polymères d'oléfines ayant une fraction de gel de 5 à 80$ en poids, lorsqu'on, chauffe les surfaces des plaques à coller, à une distance d'au moins 0,5 mm les unes des autres, à une température d'au moins 5°C supérieure à la limite inférieure de ramollissement de la polyoléfine mise en oeuvre, que l'on comprime les plaques sur leurs surfaces très chaudes d'au moins 1 fo de leur volume et que l'on retire ensuite la pression» : Selon l'invention, on obtient un produit, qui présente, outre une structure homogène et une densité uniforme, une conductibilité à la chaleur très faible et une faible perméabilité à la vapeur d'eau tout en conservant sa flexibilité. Par comparaison avec les matières mousses usuelles à cellules fermées, par exemple à base de polystyrène, la perméabilité à la vapeur d'eau est inférieure d'un multiple. Ceci permet, lors de la pose de bandes mousses comme matériau isolant, de renoncer dans beaucoup de cas à un arrêt pour la vapeur autrement nécessaire, car la matière mousse représente déjà elle-même un arrêt pour la va-peur. En tant que polymères d'oléfines dans le sens de l'inven-tion, oh entend des polymères d'oléfines cristallins, dont la cris*-tallinité déterminée aux rayons X est supérieure à 255» à 25°C. Pour le procédé conviennent des homopolymères de 1' éthylène, du propylè-ne.et du butène ou des copolymères de ces monomères; conviennent notamment' le polyéthylène , spécialement le polyéthylène haute pression et des copolymères de lféthylène avec des monomères éthylé-niquement insaturés, par exemple avec des ésters butyliques de l'acide acrylique ou méthacrylique. Des polymères a'oléfines expansés présentant une structure en grande partie à cellules fermées sont préparés selon les procédés usuels, par exemple en incorporant un porogène facilement volatil, sur une'boudinéuse, et en détendant après la sortie de la bou-dineuse,. ou bien en mélangeant des porogènesqui se décomposent ensuite en produits gazeux lors du chauffage. ' GOP^ . 69 20745 2011472 Pour le procédé selon l'invention on utilise des particules mousses, dont la densité est située de préférence entre 20 et 50 grammes par litre et dont le diamètre est compris entre 3 et 30cm. On les obtient soit directement dans cette taille lors du processus 5 d'expansion cité ci-dessus, ou "bien par concassage des corps moulés obtenus lors du processus d'expansion. Les particules mousses devront renfermer des fractions réticulées, c'est-à-dire qu'une partie des molécules doit être présente sous forme réticulée. Pour le procédé selon l'invention, sont 10 notamment appropriées des particules'de polymères d!oléfines, qui renferme une fraction de gel de 5 à 80$ en poids, de préférence de 20 à 70$ en poids. En tant que- fraction de gel, on entend la fraction des polymères qui est insoluble dans les solvants à des températures supérieures au point' de fusion cristallin# «Pour les polymères 15 d'oléfines, la fraction de gel est déterminée par exemple par chauffage des particules dans du toluène à des températures de 100°C, par séparation par filtration, et par séchage des fractions insolubles . On peut obtenir les particules renfermant les fractions mous-20 ses, réticulées selon plusieurs procédés. Parmi ceux-ci, s'est révélé particulièrement bon, -un mode opératoire selon lequel on traite les particules mousses et à ceiiuj.es fermées avec des rayons riches en énergie. On peut par exemple faire agir des rayons X ou des rayons d'électrons sur les particules. Lors d'un mode opératoire particu-25 lièrement approprié pour la préparation des particules on traite les polymères d*oléfines à petites particules avec des rayons d'électrons, dont la dose varie entre 5 et 60 Mrad. On peut cependant également utiliser des particules mousses avec des fractions réticulées, que l'on a obtenues par réaction de 30 composés se décomposant en radicaux. Il est en outre souvent avantageux-d'ajouter des mélanges de peroxydes, qui provoquent une plus grande réticulation des molécules des polymères d'oléfines. Conviennent par exemple les produits' . de concassage de corps moulés en polymères d'oléfines que l'on a 35 obtenu par expansion d'azodiisobutyronitriie. Les particules des polymères d'oléfine^expansés peuvent, outre les polymères, renfermer encore d'autres fractions, tels que .des agents ingnifugants, des colorants, des charges, des lubrifiants ou d'autres polymères, par exemple du polyisobutylène. Il est sou- 4 69 20745 2011472 vent avu.itageux de transformer les particules mousses en mélange avec des charges ou des matières de renforcement à grains grossiers ou aqueux . En tant que tels, entrent par exemple en ligne de compte des fibres de bois, d'autres matériaux ou fibres poreux en matières Ç thermoplastiques. On peut également incorporer dans les corps moulés des tissus ou grilles à mailles grossières, par exemple en matières thermoplastiques, en tant que renforcement. le soudage des particules pour obtenir des plaques ou bandes est réalisé selon le procédé usuel décrit dans le brevet fran-çais 1 522 651, par chauffage dans des moules fermés, par de l'air chaud ou des rayons infra-rouges ou des liquides très chauds, et compression subséquente de 5 à 60$ de la densité, initiale. le collage selon l'invention des bandes ou plaques mousses relativement minces peut être réalisé de différentes façons : il est par exemple possible de chauffer la surface intérieure de deux plaques disposées à une faible distance l'une de l'autre, à l'aide d'un courant d'air chaud et de les presser ensemble, les surfaces intérieures chauffées peuvent également être légèrement inclinées l'un par rapport à 1 '■autre pendant le chauffage, de façon à former appro-2q ximativement un angle, de sorte que le chauffage commence à l'endroit de la plus faible distance, et que le soudage s'étale à la surface totale des plaques avec une compression croissante. le procédé peut être également réalisé de telle façon que des bandes mousses roulantes soit conduites en continu à des fai-bles distances les unes des autres, auquel cas le chauffage est prévu dans le milieu entre deux bandes. Ce qui est essentiel lors de tous les modes opératoires, est que la distance entre les plaques ou bandes lors du chauffage atteigne au moins 0,5 mm; dans le cas contraire, les plaques pour-2Q raient déjà être collées ensemble de façon irrégulière, avant la compression. On peut également tendre entre les plaques ou bandes à coller une feuille mince, d'environ lOO^u et formée de la même po-lyoléfine que la matière mousse. Elle fond lors du chauffage subséquent et rend possible un meilleur collage. le chauffage lui-même est réalisé dé façon habituelle avec un courant d'air chaud; on peut également le réaliser avec une courte irradiation aux infra-rouges" ou en faisant passer les surfaces à "chauffer le long d'une plaque de métal formant un angle. 69 20745 2011472 la température du chauffage peut, pour de courts moments, être jusqu'à 60°C supérieure au point de ramollissement de la polyolé-fine utilisée0 le-? points de ramollissement des polyoléfines sont mesurés selon la méthode au pénétromètre de détermination des points de ^ fusion (DIN 53 445). la plupart du temps, on ne détermine pas un point de ramollissement mais un domaine de ramollissement, par exemple 105-H5°C pour le polyéthylène haute pression, 157 - 163°C pour le polypropylène. la température, qui est utilisée lors du collage doit être au moins supérieure de 5°C à la limite inférieure du domaine de ramollissement (limite inférieure de ramollissement), sinon la polyolé?-fine ne fond pas dans une mesure suffisante et le collage est incomplet. Avec des bandes présentant une basse fraction de gel, par exemple celles constituées de copolymères de 1'éthylène avec des esters vinyliques ou des esters d'acides carboxyliques insaturés ou de polybutène, il est avantageux d'éviter un chauffage trop fort, sinon il se produit un rétrécissement de la matière mousse pendant le chauffage. 2q la durée du chauffage dépend de la différence entre la tem pérature utilisé et la température de ramollissement de la matière plastique, lors d'une grande différence, le chauffage doit être court, lors de différence restreinte, le chauffage est plus long. Cependant les bandes ou plaques mousses doivent être maintenues au moins 2 25 secondes à la température de collage, sinon la matière plastique ne fond pas en une mesure suffisante et ne colle pas suffisamment après la compression subséquente. On ne doit cependant pas chauffer plus de 5 minutes, sinon il se produit une déformation des particules mousses, l'essentiel est que le chauffage soit maintenu jusqu'à 30 ce que l'on atteigne un ramollissement suffisant de la surface. On peut déterminer la température et la durée de chauffage optimales de façon simple par des essais, lorsqu'on part.du fait que les plaques ou bandes mousses doivent ramollir jusqu'à une profondeur d-'environ 0,2 à 2 mm, afin que les plaques ou bandes scâsif/suf-35 fisamment bien collées» i lorsque le temps nécessaire à un chauffage suffisant des plaques est passé, les plaques ou bandes sont pressées les unes aux autres. Plus la pression pour la compression est grande, plus 69 20745 ~ 2011472 le temps de compression est court; on doit cependant presser pen-dans un dixième de seconde, afin de garantir un collage suffisamment fort. La pression ne doit pas être si forte que la mousse soit déformée de façon irréversible elle doit cependant être suffisam-^ ment forte, afin que lors de la compression, les plaques subissent une réduction de volume d'au moins 1$. Ceci provoque la mise en contact des plaques à leurs surfaces chauffées et ainsi le collage de celles-ci. Par le collage, les plaques ou bandes sont liées les unes aux autres de façon inséparable, lorsqu'on essaie de les séparer les -j^q unes des autres, les bandes mousses se déchirent à l'intérieur de chaque particule. lorsque le processus de collage est terminé, la pression est retirée, les plaques se détendent presque jusqu'à leur volume initial. Une faible réduction de volume due au soudage des particu-les mousses aux surfaces chauffées, subsiste. les parties et pourcents^indiquées dans l'exemple sont en poids. EXEMP1E.- On dispose 2 plaques mousses de 40 mm d'épaisseur, et qui 20 sont formées de particules renfermant des fractions mousses, réticulées en polyéthylène cristallin préparé selon le procédé à haute pression, présentant un indice de fusion de 1,5 et un domaine de ramollissement de 105 - 110°C. Avant la préparation des plaques mousses, les particules ont été soumises à une radiation de 15 Mrad dans 25 un accélérateur d'électrons* Après ce traitement la fraction de gel des particules atteint 45$. les particules dans les plaques mousses s,ont soudées les unes avec les autres de façon irréversible, les deux plaques sont placées à 1 .mm l'une de l'autre à partir de l'un de leur côté frontal. Sur la surface intérieure des plaqœs et en ; 30 partant du côté frontal à une distance de 1 mm, on produit un courant d'air de 160-9C contre les surfaces. Au bout de 5 secondes de temps de chauffage, les deux plaques sont pressées l'une contre l1 autre de ce côté frontal, et dans le même temps, le courant d'air chaud est déplacé eh,.direction du côté frontal présentant le plus 35 grand écartement. En même temps que 1'éloignement du côté frontal, où a déjà été réaliseela soudure, croît, on opère de façon uniforme une compression de- 30$ des deux plaques, à savoir par pression entre deux en rotation. Le chauffage et la compressTon sont c&nrfci" -ntaés de façon uniforme, jusqu'à ce que la surface totale soit chauffée et après la compression soudée. On obtient une plaque mousse flexible de 78,5 mm d'épaisseur 5 qui est très bien appropriée à l'isolement thermique de récipients. Du fait qu'elles sont flexibles, les plaques peuvent être disposées sur lès parois des récipients et fixées à l'extérieur par des bandes. Les plaques ont une densité uniforme de 28 g/1, une conduc-10 tibilité thermique de 0,033 Kcal/m.heureo0C à 0°C, et un facteur de résistance à Ja diffusion de vapeur d'eau de 950. De la même façon, on peut réaliser la fabrication de plusieurs plaques ou bandes plus minces, si bien que l'on obtient des blocs mousses plus épais, qui sont constitués de 2 à 6 bandes diffé-15 rentes. A titre de comparaison, on a fabriqué une plaque de la même épaisseur (78,5 mm) (selon la méthode décrite dans le brevet français 1 522 651), dans'les mêmes conditions dans lesquelles chacune des-plaques avaient été fabriquées. Cette plaque n'est pas 20 complètement exempte de bulles; elle a une densité de 25 g/l à l'intérieur et de 65 g/l à l'extérieur; sa conductibilité thermique varie entre 0,033 et 0,038 Kcal/m.heure.°C à 0°C; son facteur de résistance à la diffusion de vapeur d'eau atteint moins de 300. •' • Une telle plaque n'est pas appropriée en tant que matériau 25 isolant. 69 20745 8 2011472 - REVENDICATIONS - 1.- Procédé pour la préparation de plaques et blocs mousses, flexiblés, d'une épaisseur de plus de 2 cm, par collage de bandes ou ie plaques mousses d'une épaisseur de plus de 1 cm, et que l1 on a préparées par soudage de particules mousses de polymères d'oléfines ayant une fraction de gel de 5 à 80$ en poids, procédé caractérisé en cè que l'on chauffe les surfaces des plaques, à coller à une distance d'au moins 0,5 mm l'une de l'autre, à une température supérieure d'au moins 5°C à la limite inférieure de ramollissement de la polyoléfine utilisée, on comprime les plaques sur leurs surfaces très chaudes d'au moins 1$ de leur volume et on retire la pression<> 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on tend entre les plaques ou bandes à coller une feuille de polyoléfine, qui est constituée du même polymère que la matière mousse.