Brevet FR2012475A1 — publié le 19700320

La présente invention concerne un procédé pour améliorer les propriétés des matières plastiques, en aprticulier des matières thermoplastiques au moyen d'additifs constitués par des oxydes métalliques et (ou) des sels métalliques d'acides inerganiques ferra ou de f@r@@ moyenne. I1 est connu de mélanger des oxydes métalliques aux matières plastiques @u aux matières thermoplastiques. C'est ainsi par exempie que l'on mélange dejà des oxydes de fer aa faible quantité à des matières plastiques @u des matières thermoplastiques afin de les colorer. De même,il est connu d'ajouter aux polyesters du trioxyde d'antimoine @u de l'hydroxyde d'aluminium afin d'obtenir une matière plastique s'enflammant difficilement. En outre,il est connu d'ajouter aux inatières plastiques du bioxyde de titane afin de les stabiliser. Il est également connu d'ajouter aux matières plastiques dites "plastisols" du bioxyde de silicium afin an obtenir des quantités thix@tropiques. Cependant toutes ses matières ne sont ajoutées qu'en quan- tités relativeneit faibles par rapport su poids total du mélange ternis. Il est également connu d'ajouter aux matières plastiques ou aux matières thermoplastiques d'assez grandes quantités d'autres additifs comme matières de charge. C'est ainsi par exemple que pour-rendre la préparation plus économique, en ajouts aux matières thermoplastiques des sels d'acide inorganiques ou minéraux faible par exemple de la craie. Mais il va de soi que Ces additifs détéri@ rent les qualités essentielles de la matière plastique. De nais il est connus pour augmenter les qualités de résis talcs des matières plastiques, d'y mélanger des matières fibreuses telles que des fibres d'amiante, de la fibre de verre ou des fibres naturelle. En outre,il est connu d'ajouter aux matières ther- moplastiques, par exemple au chlorure de polyvinyle, des matières d'addition généralement très onéreuses telles que des lubrifiants et des stabilisateurs afin de faciliter leur usinage.Tous cea additifs nuisent aux qualités essentielles des matières plastiques, et de plus ils en augmentent le prix de revients Le but de l'invention est d'indiquer des additifs économi- ques permettant par conséquent de réduire les frais de fabrication ne nuisant pas aux qualités des matières plastiques ou des matières thermoplastiques, mais améliorant au contraire leurs possibilités de traitement ou de transformation et leur conférant d'autres qualités, par exemple diminuant la dilatation linéaire à la chaleur, augmentant leur résistance aux températures, quant une influence favorable sur leur résistance au feu et augmentant leur stabilité, c'est-à-dire leur insensibilité aux intempéries. Suivant l'invention, ce résultat est obtenu en ajoutant à la matière plastique des oxydes de fer ou des oxydes métalliques et (ou) des sels métalliques d'acides inorganiques forte eu de force noyenne en quantité dépassant 5%, et atteignant rationnellement de 15 à 40% du poids total du mélange terminé, selon les pr@prétés que l'en désire obtenir. Ces additifs sont énenomiques car ils sont en grande partie constitués par des déchets produits en grandes quantités par exemple lors du traitement de solutions résiduelles provenant des industries métallurgiques ou des industries chimiques. En outre, l'oxyde de for notamment est pratiquement neutre chimiquement. En outre, on a constaté centre toute attente et k des expériences faites avec d'autres matières de renplissage, que l'adjon@tion des additifs précités ne diminue pas la résistance k la traction des matières plastiques. Ceci permet de fabriquer économiquement des @ièces de forme en matière plastique comportant ces additifs, qui sont seumises à des @fferts de pression, de traction et (ou) de cisaillement comme par exemple les conduits s@us pression, les prefilés, les plaques @u panneaux,etc... En outre, il a été constaté que la résistance à la chaleur de pièces de forme est augmentée, ce qui permet de relever la température d'utilisation maximum de 5 à 20 C environ. Un tel résultat ne pouvait être obtenu jusqu'à présent qu'au prix de frais relativement élevés, par modification chimique (par exemple par le surchlerage du chlerure de polyvinyle). Des essais ont permis de constater ce fait surprenant,que même la dilatation linéaire thermique est considérablement réduite. On sait que la dilatation thermique des matières plastiques représente un multiple do la dilatation thernie d'autres maté- riaux tels que par exemple l'acier, l@ béton et le verre. Grâce @u procédé, objet de l'invention, et selon la quantité de l'additif intgré, par .xenple de l'oxyde de fer, la dilatation thermique linéaire de la matière plastique est réduite de 10 k 50% environ de sorte que la matière plastique se rapproche des autres matériaux de construction en ce qui concerne sa dilatation thermique. On obtient ainsi un comportement plus favorable de la matière plastique k ltépreuve du feu. Des essais de combustion ent révélé que les pièces de forme atteignent un multiple de la résistance présumée. On suppose que cet avantage doit outre attribué au frittage des additifs, par exemple de l'oxyde de fer. Il ne se produit même pas, lors de l'effet de combustion des matières plaatiques, la formation redoutée de gouttes ou de suie. in outre, lorsque les essais de combustion sont faits sur du chlorure de polyvinyle, on constate une réduction de la quantité de gaz chle @@ydrique libéré.Ce phénomèe@ peut être attribué au fait que les additifs, par exemple l'oxyde de fer, se combinent chimiquementau gaz chlorhydrique, @u l'adsorbent. Suivant une autre particularité du procédé, objet de l'invention, on ajoute les additifs selon une composition telle que ceux-ci agissent dans la pièce de forme terminée, lorsque la température monte, comme ponts de frittage et (ou) comme chaîne de frittage. C'est ainsi qu'il est possible de fabriquer des pièces de f@rme très résistantes au feu k base de matière plastique en utilisant des additifs de la conposition suivante t Thermeplaste = 60% @ulfate métallique = 5% Silicate k baa point de fusion r 10% (par exemple du serre). Oxyde de fer = 15% Oxyde de magnésium = 5% Oxyde dtalniiniun = 5% Si en expose une pièce de forme de la conposition indic qués dans le précédent exemple à des températures allant en @rois- sant, le thermoplaste commence à se décomposer en formant du coke. La cohésion des additifs sous lteffet du thermoplaste diminue.Dans ette phase, le sulfate métallique joue le rôle d'un pont de frittage-(liaisen par collage) pour les autres additifs. Si l'on continue de chauffer la pièce de forme, le sulfate métallique se décompose et le pont de frittage est en partie détruit. Dans cette phase, le silicate s'amo@@issant assure la liaison jusqu'à ce qu'enfin la température de la pièce de forme ait atteint un degré tel que les divers oxydes métalliques se frittent les uns après les autres (chane de frittage) et forment ainsi une structure ferme analogue à celle de la céramique ou de pierres réfractaires. On a en outre constaté que la résistance aux influences atmosphériques, notamment la stabilité aux rayons ultraviolets est augmentée. Ceci est d'autant plus inattendu que les additifs de fer devraient produire la décomposition de la matière plastique par catalyse. in outre, il a été observé que l'usinage des matières plastiques, notamment de thermoplastes s'effectue dans de meilleures conditions. C'est ainsi par exemple que des essais ont montré que lors de l'extrusion de tubes ou de tuyaux en chlorure de polyvinyle, il est possible d'éviter presque complètement les déformations usuelles à l'intérieur du tube. En même temps, la quantité des stabilisateurs et des lubrifiants de prix élevé peut être diminuée. Lors de l'@xtrusion de plaques an moyen de buses à large f@nts, la tendance des bords des plaques à buûler l'outil est diminuée. En outre, grâce au procédé, objet de l'invention, le débit des machines à conformer telles que les extrudeuses ou les machines à moulage par injection est augmenté. Suivant une autre particularité de l'objet de 11 invention, il est rationnel d'utiliser des oxydes de fer d'une granulométrie inférieure à 5 eu de préférence de 0t5 à 10 u. En outre, il est avantageux d'utiliser des additifs, par exemple des oxydes de fer de la granulométrie précitée produite par la pyrolyse de seX de fer ou de solutions de sels de fer, de préférence dans un courant de gaz à haute turbulence. On a constaté ce fait remarquable qu'avec ces oxydes et (ou) ees sels métalliques, la quantité mire en oeuvre peut être sea- siblement augmentée. Ceci doit être attribué au fait qu'il se forme dans le courant de gaz turbulent des particules extrêmement petites de structure réticulée. Il est particulièrement avantageux, pour a@éliorer les propriétés de pièces de forme à base de chl@rure de polyvinyle, de Leur ajouter de 25 à 35% d'additifs ou d'oxyde de fer par rapport au poids total du mélange terminé. Il s'est révélé particulièrement avantageux également d'utiliser de l'oxyde de fer, de l'oxyde d'aluminium grisâtre ainsi que de l'oxyde de magnésium blanchâtre. Afin de réduire le prix des matières plastiques, il est rationnel d'utiliser pour la fabrication de l'oxyde de fer ou autres additifs me solution caustique usagée ou des déchets provenant de la désagrégation chimique de minerais. En outre, il est également possible avant ou après la pyrolyse des additifs eu de l'oxyde de fer ou de la substance ser- vant de base à sa production d'ajouter d'autres additifs tels que des chlorures, des sulfates, des carbonates, des mitrates, des phosphates ou des silicates qui améliorent encore la possibilité d'usinage de la matière plastique ou qui améliorent leurs preprid- tés. Grâce à l'addition de telles matières, avant la pyrolyse ou avant le séchage, dans un courant de gaz turbulent, on obtient on outre un mélange intime de ces matières avec l'additif de base, par exemple avec l'oxyde de fer et par conséquent une répartition particulièrement uniforme.De cette façon, il est possible de réduire la quantité des adjuvants ajoutés. Il on résulte également ne réduction di prix de revient et on mole Xss temps une amélioration du produit. Une autre particularité de l'invention réside dans l'uti lisation en cornan d'additifs, par exemple d'oxyde de fer et d'ad- ditifs ou de matières de charge fibreuses d'origine organique ou minérale. Les additifa,'otamment les oxydes métalliques, notamment l'oxyde de fer peuvent être également ajoutés à des élastomères, notamment à du caoutchouc synthétique ou naturel, par exemple à du caoutchouc aux silicones de mole qu'à du ca@utchouc spongieux ou à des matières plastiques spengieuses. les détails de mise en oeuvre du procédé peuvent être modifiés,sans s'écarter de l'invention, dans le domaine des équivalences techniques. R E V E N D I C A T I O N S 1.- Procédé pour améliorer les qualités des matières plastiques notamment de matières thermoplastiques au moyen d'additifs constitués par exemple par des oxydes métalliques, caractérisé en ce qu'on ajoute à la matière plastique comme additifs et comme ma; tières de remplissage des oxydes de fer par exemple des oxydes mé- talliques et (ou) des acides inorganiques forts ou de force mogen- ne selon des quantités supérieures à 5%, comprises rationnellement entre 15 et 40% du poids total du mélange terminé. 2.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les additifs, par exemple les oxydes de fer présentent une granu- lométrie inférieure à 100 de préférence à 0,5 à 10 . 3.- Procédé suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé par l'utilisation d'oxydes métalliques par exemple d'oxydes de fer produits par pyrolyse de sels métalliques on de solutions de sels métalliques produits par séchage à partir de matières de départ liquides ou solides de préférence dans un courant de gaz à haute turbulence. 4.- Procédé suivant la revendication t, destiné à nodifier et à améliorer les qualités de pièces de forme à base de chlorure de polyvinyle, consistant à titre caractéristique à ajouter à ces pièces de forme de 25 à 30% d'additifs, par exemple d'oxydes de fer par rapport au poids total des produits finis. 5.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'on utilise comme additifs de l'oxyde de magnésium. 6.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'on utilise comme additifs de l'oxyde de fer. 7.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications t à 4, caractérisé en ce qu'on utilise comme additifs de l'oxyde d'alu- minium. 8.- Procédé suivant la revendication 3., consistant à titre caractéristique à utiliser pour la fabrication des additifs, par exemple des oxydes de fer par pyrolyse d'une solution caustique usagée ou des déchets de solution provenant de la désagrégation chimique de minerais. 9.- Procédé suivant la revendication 3 ou 6, caractérisé en ce qu'avant ou après la pyrolyse ou le séchage, on ajoute aux additifs, par exemple à l'oxyde de fer d'autres additifs, par exemple d'autres oxydes ou d'autres sels, tels que des chlorures, des sulfates, des carbonates, des nitrates, des phosphates ou des silicates. 10.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on ajoute à la matière plastique des additifs de composition telle que ceux-ci, lorsque la température augments, agissent dans la pièce de forme terminée comme un pont de frittage et (ou) une chaîne de frittage donnant ainsi naissance à des structures analogues à celles de la céramique.