Brevet FR2000309A1 — publié le 19690905

6? 00682 2000309 La présente invention se rapporte à la fabrication de fibres textiles synthétiques et plus particulièrement à la fabrication continue de fibres acryliques qui sont rendues résistantes au salissement par application d'une composition de finissage 5 appropriée. Dans l'industrie textile et, en particulier, dans l'industrie des tapis, où la mode des teintes claires et l'utilisation de tapis dans les couloirs d'entrée ont augmenté considérablement au cours de ces dernières années, la nécessité de fibres résis-10 tantes au salissement est devenue évidente. L'industrie textile a répondu à ce besoin par de nombreuses recherches dans le domaine des compositions de finissage spéciales qui confèrent les propriétés de résistance au salissement désirées aux fibres synthétiques. L'une des compositions les plus efficaces qui a été ainsi dévelop-15 pée contient un sel de zirconium dans une solution aqueuse acide comportant de préférence, en tant qu'additif, une base contenant de l'azote. Il a été découvert qu'en traitant des textiles, tels que des tissus lissés et des tapis à poils avec ces compositions 20 de finissage particulières - on leur conférait une grande résistance au salissement. Pour des raisons de commodité et d'économie, il est préférable d'appliquer la composition de finissage contenant le zirconium aux fibres synthétiques pendant leur fabrication, plutôt qu'aux articles finis. Lors de la production de fibres acryliques 25 par les techniques classiques de filage au mouillé, on applique une composition de finissage classique contenant divers agents de lubrification, d'assouplissement et/ou antistatiques, aux fibres filées dans un bain aqueux, après que ces fibres ont été lavées pour les débarrasser des restes de solvant. Après avoir appliqué 30 la composition de finissage, on sèche les fibres en les faisant passer autour et au-dessus de cylindres chauffés. Toutefois, quand on incorpore la composition de finissage résistante au salissement dans le bain de finissage classique, il en résulte des interruptions de production par suite des filaments cassés et des dépôts 35 solides qui se forment sur les cylindres de séchage. Ces difficultés rendent impossible la production industrielle de fibres résistantes au salissement par cette technique. La présente invention élimine les difficultés ci-dessus en appli 2000309 69 00682 quant une composition de finissage résistante au salissement à des fibres acryliques produites par des techniques de filage classiques au mouillé, en appliquant d'abord aux fibres lavées une composition de finissage classique, en séchant partiellement 5 les fibres, puis en appliquant une composition de finissage résistante au salissement avant de sécher finalement les fibres de façon complète. La composition de finissage classique peut être appliquée aux fibres en les faisant passer à travers un bain aqueux. Les 10 fibres,, qui contiennent alors environ 70 % d'humidité à la température ambiante, sont chauffées suffisamment pour élever leur température à environ 70°C afin de ramener leur teneur en humidité entre environ 55 et 5 %, puis la composition de finissage résistante au salissement est appliquée aux fibres chaudes. Les fibres 15 sont finalement séchées de façon à abaisser leur teneur en h timidité à environ 0,5 %, puis sont traitées selon les techniques classiques afin de produire une mèche de fibres continue ou discontinue destinée à être transformée en articles textiles. Les fibres qui ont ainsi subi un double traitement de 20 finissage peuvent être séchées en les faisant passer au-dessus et autour de cylindres chauds sans qu'il se produise de dépôts appréciables de matière solide, ni de ruptures de filaments. Les fibres ainsi obtenues possèdent une résistance nettement supérieure au salissement que les fibres traitées uniquement avec une solution 25 de finissage classique» Le procédé selon l'invention permet la production continue de fibres résistantes au salissement, à l'échelle industrielle, en n'apportant que des modifications mineures aux équipements de filage classiques. En conséquence, l'un des buts de la présente invention est 30 de fournir un procédé de production continue de fibres synthétiques résistantes au salissement. Un autre but de l'invention est d'apporter un procédé permettant de produire en continu des fibres acryliques présentant une résistance durable au salissement, sans qu'il en résulte des 3 5 casses de filaments et des dépôts solides. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre et des exemples qu'elle contient. 69 00682 200030$ Selon un mode de réalisation préféré de la présente invention, une fibre acrylique est filée au mouillé conformément aux techniques classiques dans lesquelles une solution de filage comprenant un polymère et un solvant est extrudée à travers les 5 orifices d'une filière dans un bain de coagulation composé d'eau et de solvant. Les filaments coagulés sont allongés pour orienter leurs molécules, puis sont lavés pour les débarrasser du solvant. Cette technique de filage au mouillé est universellement utilisée pour la production de fibres synthétiques. Des fibres 10 acryliques qui peuvent être produites de cette manière comprennent, en plus du polyacrylonitrile, un grand nombre de copolymères et de terpolymères dans lesquels 1'acrylonitrile est prépondérant. De telles compositions polymériques sont décrites en détail dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N° 3.318.983. 15 Après avoir été lavée, la mèche filée passe à travers un bain dans lequel des compositions de finissage classiques sont appliquées aux fibres. Ces compositions sont nécessaires pour s'assurer que les fibres se comporteront de façon satisfaisante dans les machines où elles sont appelées à être transformées en 20 fils et en tissus. Un exemple d'un "tel bain de finissage classique est constitué par une solution aqueuse contenant 2 % d'un agent de lubrification composé de 60 % de sorbitan monopalmitate et de M-0 % d'acide ricinique avec 2 00 moles d'oxyde d'éthylène et 1 % d'un agent antistatique, tel que le diméthylaminoéthyl éthosulfate de 25 soja. La composition de finissage peut, en outre, contenir, le cas échéant, des agents d'assouplissement et d'autres agents de lubrification et antistatiques pourraient être substitués à ceux indiqués ci-dessus. Ces agents sont universellement connus et sont couramment utilisés dans l'industrie textile. 30 En quittant le bain de finissage, la mèche passe entre deux barres d'essuyage qui enlèvent l'excès de solution de finissage, puis sur les cylindres de séchage. A ce&oment, les fibres de la mèche contiennent normalement de 60 à 70 % d'humidité et sont à une température ambiante d'environ 25 à 30°C. 35 Sur les cylindres de séchage, la mèche serpente entre une rangée supérieure de cylindres horizontaux et une rangée inférieure de cylindres horizontaux, passant alternativement au-dessus d'un cylindre supérieur et sous un cylindre inférieur 6Ç 00682 4 2000309 suivant une trajectoire sinueuse. Chaque cylindre est chauffé à l'électricité ou à la vapeur à une température d'au moins 130° et, de préférence, à environ 150°C, bien que des températures plus élevées ou plus basses puissent être utilisées. En passant 5 autour de chacun des cylindres chauffés, une partie de l'humidité de la mèche s'évapore, la quantité exacte d'humidité ainsi éliminée étant fonction de la température du cylindre, ainsi que du temps et de l'aire de contact de la mèche. Dans un mode de réalisation préféré de la présente inven-10 tion, la mèche passe autour de deux à huit paires de cylindres chauffés, et, de préférence, autour de quatre à six paires de cylindres chauffés entre 155 et 165°C et qui opèrent à une vitesse telle que la teneur en humidité de la mèche est ramenée entre 5 5 et 5 % tandis que la température de surface de la mèche est 15 portée à, au moins, environ 70°C et, de préférence, au-dessus de 80°C. Les fibres chauffées sont ensuite imprégnées de la composition indiquée ci-dessus, lui conférant la résistance voulue au salissement. Cette composition de finissage est, avantageusement, appliquée à la mèche par pulvérisation, bien qu'une immersion 2 0 dans un bain puisse aussi être utilisée avec de bons résultats. Il est important pour obtenir des résultats satisfaisants que les diverses étapes décrites ci-dessus soient exécutées dans l'ordre indiqué. Plus précisément, il faut que la composition de finissage classique soit appliquée la première aux fibres, que 2 5 ces dernières soient ensuite partiellement séchées et que la composition de finissage produisant la résistance au salissement soit appliquée aux fibres chaudes. Après l'application de la composition de finissage produisant la résistance au salissement, on fait passer la mèche au-dessus d'une seconde série de cylindres 30 chauffés afin de sécher les fibres et ramener leur teneur en humidité à moins d'environ 0,5 %. Cette opération de séchage finale a également pour conséquence de provoquer l'effondrement des vides généralement présents dans les fibres par suite du filage au mouillé et, par conséquent, d'augmenter la densité de ces dernières 35 Les fibres séchées sont ensuite transformées en fils et en produits textiles par les procédés traditionnels. C'est ainsi, par exemple, que les fibres séchées peuvent être frisées, relaxées à la vapeur, tronçonnées et transformées en fils en utilisant les 6V 00682 2000309 équipements de traitement classiques pour le coton ou pour la laine. Lorsque les fibres sont relativement grosses, par exemple, environ 15 deniers, elles peuvent être traitées dans les machines pour la laine afin de former des fils appropriés pour le tissage 5 de tapis de haute qualité. Les tapis fabriqués avec des fils traités conformément à l'invention, présentent une résistance au salissement très supérieure aux fils classiques et sont aussi plus faciles à nettoyer quand ils sont sales. L'efficacité du procédé selon l'invention pour conférer 10 des propriétés de résistance au salissement à des fibres synthétiques est illustrée en préparant les échantillons de tapis poilus avec des fibres traitées et en soumettant ces échantillons à des essais de laboratoire standard. Plus précisément, on mesure la réflectance initiale, c'est-à-dire, le degré de réflexion, d'un 15 certain nombre d'échantillons de tapis de 5,08 cm x 10,16 cm, puis on les salit artificiellement pour les nettoyer ensuite par aspiration, afin de mesurer à nouveau leur réflectance après salissement. Les différences des mesures de réflectance ainsi obtenues 20 indiquent les propriétés anti-salissement ou les caractéristiques des échantillons, c'est-à-dire, qu'un grand nombre indique de médiocres propriétés d'anti-salissement, tandis qu'un petit nombre est l'indice de bonnes propriétés de résistance au salissement. Pour mesurer la réflectance, on utilise un réflectancemètre photo-2 5 électrique (modèle N° 610 de la société Photovolt Corporation, de New-York, Etat de New-York, Etats-Unis d'Amérique). On salit l'échantillon par deux procédés différents, notamment, par un procédé artificiel et par un procédé au sol. L'essai de salissement artificiel consiste à placer les échantillons dans un bocal de 30 3,78 litres ayant une grande embouchure dans lequel deux tiges de verre de 14-,6 cm de long x 0,95 cm de diamètre sont collées sur des côtés opposés et qui contient 10 % (en se basant sur le poids de l'échantillon) d'une solution de salissement artificielle et dix tampons de caoutchouc N°2. Cette solution de salissement 35 artificielle a la composition suivante (la solution étant passée à travers un tamis ayant 12 mailles/centimètre) : 69 00682 6 2000309 Tourbe 22,3 9- "O Gel de silice 2,1 •6 Ciment 2,1 9- "O Kaolin (extra) 2,1 £ Noir de four molacco 0,2 0--6 Oxyde de fer rouge 0,1 9- "0 Sciure 52 ,5 £ Carbonate de calcium 10,9 9- *0 Noir animal 6,6. £ 'O Huile minérale 1,1 £ 100,0 9--6 On ferme ensuite le bocal hermétiquement, on le place sur un broyeur à boulets et on le fait tourner à la vitesse de 95-100 toursHinute pendant 30 minutes dans le sens des aiguilles 15 d'une montre, et pendant 30 minutes dans le sens opposé à la mime vitesse. Ensuite, on retire les échantillons du bocal, on le nettoie à l'aspirateur et on mesure la réflectance des deux échantillons. La différence entre la réflectance initiale moyenne mesurée et la réflectance finale mesurée indique le degré de résis- 2 0 tance de salissement de l'échantillon considéré. Comme il a été indiqué ci-dessus, une petite différence de réflectances indique de bonnes propriétés anti-salissement, tandis qu'une grande différence indique de médiocres propriétés de résistance au salissement du textile. 25 Des échantillons de référence ou de contrôle, c'est-à- dire des échantillons qui n'ont été traités qu'avec une composition de finissage classique, sont salis dans les mêmes conditions que les échantillons d'essai. Pour confirmer les résultats des essais de salissement 3 0 en laboratoire, on a procédé également à un esaai de salissement au sol des échantillons choisis. La procédure d'évaluation utilisée fut la même que pour les échantillons salis artificiellement mais ces échantillons furent salis en les plaçant sur un chemin de grande circulation afin qu'ils puissent être salis par des 35 moyens naturels. La validité de la technique d'essai de salissement en laboratoire fut confirmée par les essais réels au plancher» Les exemples qui suivent, qui n'ont bien entendu aucun caractère limitatif, sont donnés principalement pour mieux illus 69 00682 7 2000309 trer l'invention. Tous les pourcentages de ces exemples sont donnés en poids, sauf indication contraire. EXEMPLE I 5 Des fibres acryliques de 15 deniers sont filées au mouillé par extrusion d'une solution de filage comprenant 2 5 parties d'un polymère comprenant 93 % d'acrylonitrile et 7 % d'acétate de vinyle, 74- parties de diméthylacétamide comme solvant et 0,45 % en se basant sur le poids du polymère de TiC^ comme .10 délustrant, à travers une filière dans un bain de coagulation aqueux contenant 55 % de solvant à 40°C. A leur sortie du bain de coagulation, on fait passer des filaments dans une cascade d'eau bouillante où ils sont allongés six fois et sont en même temps débarrassés du solvant. On fait ensuite passer les filaments à 15 travers, une solution aqueuse de finissage classique comprenant 66 % d'un agent de lubrification contenant 60 % de monopalmitate de sorbitan et 4-0 % d'acide ricinique avec 200 moles d'oxyde d'éthylène et 34- % d'un agent antistatique constitué par du dimé-thylaminoéthyl-étho-sulfate de soja. A leur sortie du bain de 20 finissage et après avoir enlevé l'excès de solution de finissage, on fait passer les filaments autour 'de quatre paires de cylindres de séchage chauffés à environ 150°C au moyen de 4-,9 kg/cm2 de vapeur. La teneur en humidité des fibres est ainsi ramenée d'environ 70 % à leur sortie du bain de finissage à environ 20 % à 25 leur sortie du quatrième cylindre, tandis que la température de surface des fibres est portée à 83°C. Après avoir quitté le quatrième cylindre, on pulvérise sur la mèche de filament, une seconde composition de finissage contenant, dans une solution aqueuse, une combinaison de la 30 composition de finissage classique décrite ci-dessus et une composition de finissage r-ësistante au salissement contenant de l'acétate ûe zirconium et de l'acide sulfamique. On fait ensuite passer la mèche au-dessus des cylindres de séchage restants où sa teneur an humidité est abaissée à environ 0,2 %. 35 On fair varier la quantité de composition de finissage appliquée aux fibres par le bain classique et par pulvérisation afin, de déterminer l'efficacité du traitement à divers niveaux. Las valeurs obtenues sont indiquées, pour chaque essai, sur le 6', 00682 2000309 tableau I. Après frisure et relaxation à la vapeur, on coupe la mèche en tronçons de 10,16 cm et on la' traite pour la transformer en fils à tapis sur des machines de filature de laine. Ce fil est finalement incorporé dans des échantillons de tapis qui sont soumis aux essais de salissement en laboratoire décrits ci-dessus, pour déterminer l'efficacité du traitement. Des résultats de ces essais sont indiqués dans le tableau I ci-après. TABLEAU I • % en P.D.F. Echan Bain Par pulvérisation pH de avant après salis Amé- tillon F. C. F. C. ZrAc : A.S. pulvéri salis-tsalis eementliora- sation sementsement % txon <> Contrôj le 1,0 : -— 7 0 39 45 —- 1 H- U O 1,0 : 0,2 :1,25 1,5(a) 76 44 ' 41 7,2 2 1,0 1,0 0,2 :1,2 5 1,5(b) 72 4-3 41 O r 00 3 1,0 1,0 0,2 :1,25 2,0(a) 76 44 43 4,0 4 LO r\ O 1,0 0,4- :1,25 1,1 72 4-2 42 4,9 EXEMPLE II On procède comme dans l'exemple I, sensiblement dans les mêmes conditions, sauf que l'on utilise un polymère différent conduisant à des valeurs plus uniformes de mesure de la réflectance des tapis, comme l'indique le tableau II ci-après. 2 5 " TABLEAU II : Composition de finissage appliquée *6 en f. 1 j.t . Echantillon Bain Par pulvérisation pH de pulvérisation avant :après : salis :amélio salis : salis :sementration sementsement % : % F. C. F. C. ZrAc A.S. Contrô le ■ t 1,0 — — _ 65 31 52 ! 1 0,5 0,5 0,1 1,25 0,7 68 34 50 i 3,8 2 1,0 1,0 0,2 1,25 0,7 70 39 44 : 14,8 3 1,0 1,0 0,2 1,25 (à-) 4,2 72 37 49 [ 6^5 Mesures réflectance tapiis 6? 00682 2000309 10 (a) on remplace l'acide sulfamique par le sulfamate d'ammonium EXEMPLE III On procède comme dans l'exemple I, sauf que l'on utilise une solution de filage comprenant 25 parties d'un polymère acrylique contenant 89,8 % d'acrylonitrile, 7,5 % d'acétate de vinyle et 2,7 % de bromure de vinyle et 75 parties de diméthylacétamide comme solvant. On applique la composition de finissage résistante au salissement aux fibres sous deux concentrations différentes, comme l'indique le tableau III. Des lectures de réflectance sont effectuées avant et après salissement au laboratoire pour mesurer la propension des divers échantillons de fils au salissement selon le procédé de l'exemple I, les résultats des essais étant indiqués dans le tableau III ci-dessous : TABLEAU III 15 Echantillon Composition de finissage appliquée.Mesures réflectance tapis % en P.D.F. Bain ^ar Pu-'-v®r;^sa'fc;*X)rn F. C. F. C. ZrAc A.S. pH de pulvérisation avant:après :salis :Amélio salis :salis :sementration sementsement 20 Contrô-le 1 2 0,8 0,8 0,8 1,0 1,0 0,2 0,4 1,25 1,25 1,5 (a) 1,2 62 73 70 29 38 37 53 49 47 8,8 11,3 25 30 35 (a) On règle le pH avec du métasilicate de sodium. EXEMPLE IV On répète le procédé de l'exemple I, sauf que 1'on utilise une solution de filage comprenant 16,2 parties d'un polymère contenant 88,7 % d'acrylonitrile, 5,3 % d'acétate de vinyle et 6 % de méthyl vinyl pyridine, 2,4 parties de chlorure de poly-vinyle et 81,4 parties de diméthylacétamide comme solvant. La composition de finissage classique est une solution aqueuse ne contenant qu'un agent de lubrification, l'agent antistatique ayant été supprimé dans cet exemple. On produit des échantillons de tapis résistant au salissement et on les évalue pour une gamme étendue de niveaux d'aglication de la composition de finissage avec les résultats qui apparaissent dans le tableau IV. 6? 00682 2000309 TABLEAU IV Composition de finissage appliquée % en P.D.F. Mesures réflectance tapis Echan Bain F.C. Par pulvérisation avant\après salis|salis sementsement sali! se- ment % Amé- tillon F.C. ZrAc A. S. lio- ratioi % Contrôle 0,7 64 : 27 58 1 0,1 0,25 0,05 1,25 61 ; 30 51 12,1 2 0,5 0,25 0,05 1,25 65 ! 32 51 12,1 3 0,1 1,0 0,05 1,25 68 : 34 50 13,8 4 0,5 1,0 0,05 1,25 66 | 37 44 23,0 5 0,1 0,25 0,2 1,25 68 * 33 52 10,4 ■6 0,5 0,25 0,2 1,25 67 ; 34 49 15,9 7 0,1 1,0 0,2 1,25 67 * 34 49 15,9 8 0,5 1,0 0,2 1,25 67 * 35 ► 48 » 17,2 ■ 15 Les données ci-dessus montrent les excellents résultats obtenus en appliquant seulement 0,05 % d'acétate de zirconium aux fibres par le procédé de l'invention. Bien que l'invention ait été décrite ci-dessus principalement dans l'optique du traitement de fibres acryliques qui sont 20 généralement définies comme contenant, au moins, 85 % de constituants fibrogënes, il convient de souligner que l'invention n'est nullement limitée à celles-ci, mais qu'elle s'applique, au contraire, au traitement de la plupart des fibres modacryliques produites par filage au mouillé. Les fibres modacryliques contiennent générale-25 ment au moins 60 % d'acrylonitrile et jusqu'à 4-0 % dTun ou de plusieurs autres monomères copolymérisables destinés à conférer aux fibres des propriétés spéciales. C'est ainsi, par exemple, qu'il est connu de copolymériser de 1*acrylonitrile avec du chlorure de vinylidène, avec du bromure de vinyle ou avec d'autres monomères 30 contenant des halogènes afin de produire une fibre ayant un degré élevé de résistance à la flamme. 69 00682 2000309 Il est également envisagé de substituer d'autres composés aux substances constituant le finissage résistant à la salissure décrit, et l'on considère qu'une telle substitution entre dans le cadre de l'invention. En conséquence, il est bien entendu que de nombreuses modifications peuventètre apportées aux exemples représentés et décrits, sans sortir pour autant du cadre de l'invention. 69 00682 u „«««•»«„ 2000309 Illj V JL Cij.l. I ÛiNi & - 1. Procédé pour tra,iter en continu dès fibres textiles synthétiques et les rendre résistantes au salissement qui consiste à appliquer à des fibres filées une première composition de finissage, à chauffer et à sécher partiellement lesdites fibres, à ap- 5 pliquer aux fibres ainsi partiellement séchées une seconde composition de finissage et à sécher finalement lesdites fibres de façon à ramener leur teneur en humidité à rmoins d'environ 0,5 >>• 2. Procédé spécifié sous 1 dans lequel on sèche les fibres partiellement en leur appliquant suffisamment de chaleur pour éle- 10 ver leur température de surface au-dessus d'environ 70°G« 3. Procédé spécifié sous 1 dans lequel les fibres partiellement séchées ont une teneur en humidité inférieure à environ 55 % et supérieure à environ 5 4. Procédé selon 1 dans lequel la première composition de 15 finissage est une solution aqueuse contenant des agents de lubrification, d'assouplissement, antistatiques et des mélanges de ces agents» 5e Procédé selon 1 dans lequel la seconde composition de finissage est une solution aqueuse contenant, au moins, un composé 20 de finissage résistant au salissement. 6e Procédé selon 1 dans lequel les fibres textiles synthétiques contiennent, au moins, 80 c/o d®acrylonitrile. 7. Procédé selon 1 dans lequel: on coagule, lave et allonge les fibres synthétiques ; on applique aux fibres une première com— 25 position de finissage ; on chauffe et on sèche partiellement les fibres de façon à ramener leur teneur en humidité entre environ 5 et 55 /3 ; on applique aux fibres partiellement séchées une seconde composition de finissage j et, on sèche finalement les fibres pour abaisser leur teneur en humidité à moins d'environ 0,5 /&» 30 6. Procédé selon 7 dans lequel la première composition de finissage contient des agents de lubrification, d'assouplissement et antistatiques et des combinaisons de ceux-ci, tandis que la seconde composition de finissage contient de l'acétate de zirconium et de l'acide suifamique. 35 69 00682 13 2000309 9. Procédé selon 7 dans lequel les fibres sont partiellement séchées en les chauffant à une température de surface drau moins 70°C. 10. Procédé selon 7 dans lequel les fibres contiennent, 5 au moins, environ 80 c/o d*acrylonitrile et jusqu'à environ 20 fi d'au moins un autre monomère vinylique copolymérisable avec celui-ci. 1t. Procédé selon t dans lequel ï on extrude, coagule, lave et allonge une solution de polymères contenant de I'acrylo— 10 nitrile pour former des fibres textiles r on applique aux fibres une composition de finissage ; on chauffe les fibres à une température de surface d'au moins, environ 7Ô°C en réduisant en même temps leur teneur en humidité entre 5 et 55 ; on applique aux fibres chauffées une seconde composition de finissage contenant 15 de l'acétate de zirconium et de l'acide sulfamique \ et, on sèche finalement les fibres à une teneur en humidité inférieure à environ 0,5 >&. 12. Procédé selon 11 dans lequel la seconde composition de finissage est pulvérisée sous la forme d'une solution aqueuse 20 sur les fibres chauffées. 13. Article textile composé de fibres synthétiques obtenues par le procédé spécifié sous t. 14. Article textile composé de fibres synthétiques obtenues par le procédé spécifié sous 7. 25 15. Article textile constitué de fibres synthétiques ob tenues par le procédé spécifié sous 11»