Brevet FR2039321A1 — publié le 19710115

La présente invention se rapporte à des concentrés de couleur (masterbatolies) perfectionnés convenant à la coloration de matières plastiques vierges et concerne également un procédé d'établissement des concentrés de ce genre. Dans la technique de coloration des matières plastiques, les particules de l'agent colorant ont besoin d'être dispersées dans toute la masse de la matière plastique, de sorte que ces particules doivent être petites et sans tendance à s'agglomérer quand elles sont compoundées avec la matière plastique. En outre, plus les particules sont petites, plus est grande l'aire de la surface de l'agent colorant qui sera exposée pour un poids donné de cet agent. Ceci permet à une plus petite quantité d'agent colorant d'être utilisée en vue d'obtenir la même puissance tinctoriale, ce qui présente bien entendu des avantages du point de vue de l'économie. Il est connu de colorer les matières plastiques en compoundant à chaud un agent colorant avec la matière plastique vierge. Riais il est difficile d'obtenir un mélange intime des matières colorantes avec la matière plastique étant donné que des agglomérats de pigment peuvent être formés et qu'ils risquent de produire des rayures dans les objets finis fabriqués en partant du polymère. La solution de ce problème est souvent rendue plus facile grâce à l'utilisation d'un processus par composition ou mélange de base. Suivant ce processus, l'agent colorant est tout d'abord compoundé à chaud avec une petite quantité de matière plastique afin de produire une composition de base comprenant de la matière' plastique contenant un agent de coloration sous une concentration élevée. La composition de base est alors compoundée à chaud avec une matière plastique vierge, afin de produire un mélange final possédant la couleur requise et une dispersion adéquate de l'agent colorant. L'invention est matérialisée dans un concentré ou masterbatchJ? utilisable pour la coloration des matières. thermoplastiques se présentant sous la forme d'une matière polymère cellulaire particulaire à densité moyenne (dans la masse) non supérieure à la moitié de la densité de la matière polymère quand elle se trouve sous une forme non cellulaire et à grosseur de particules moyenne de telle façon que 75jS au moins des particules cellulaires soient capables de passer à travers un tamis à maillage britannique standard 410 à mailles de 6,35 mm, la matière polymère contenant de 1 à 7CF o en poids d1 agent colorant. Dans tout le présent texte, le terme "agent colorant est utilisé pour indiquer la matière non traitée qui est la source effective de la couleur et le terme "concentré de couleur" pour indiquer la matière aisément dispersable qui peut être mélangée avec la matière thermoplastique vierge. La composition de base peut contenir un ou plusieurs agents colorants qui peut 8trie soit des pigments (insolubles dans la matière polymère) soit des teintures (solubles dans la matière polymère) ou les deux à la fois. La matière polymère utilisée dans les concentrés de couleur tels que prévus dans la présente invention est constituée, de préférence, par une matière thermoplastique. Le choix de cette matière dépendra de la nature de la matière thermoplastique vierge qui doit être colorée. C'est ainsi, par exemple, que s-i c'est une polyoléfine qui doit être colorée, il est préférable que la matière polymère soit elle aussi une polyoléfine et qu'il est pré- férable aussi que ce soit la même polyoléfine que celle qui doit être colorée. De même, si du chlorure de polyvinyle doit être coloré, le clzlorre de polyvinyle constitue une matière particulièrement convenable .pour l'utilisation dans le concentré de couleur. La dimension particulaire- préférée de la matière polymère cellulaire dépendra également de la grosseur des particules de la matière thermoplastique vierge qui doit entre colorée. Si les compositions de base doivent être utilisées pour colorer des matières granuleuses, il est préférable que les matières cellulaires aient la. même grosseur façon générale qu'elles ne soient pas plus grosses que les granules de la matière thermoplastique en cours de coloration. De même, si ce sont des matières pulvérulentes qui doivent être colorées, la matière cellulaire doit avoir de préférence une grosseur de particules semblable à celle des particules de la poudre. es recherches qui ont conduit à l'invention ont permis de constater à cet égard qu'il est difficile d'obtenir une dispersion satisfaisante de l'agent colorant dans la matière vierge si les particules cellulaires sont trop grosses pour masse à-travers un tamis à mailles de 6,75 mm. Suivant la réalisation à adopter de préférence, 755' des particules passeront à travers-un taxis d'essai à maillage moyen NO 85.410, c'est-à-dire à mailles ayant- 3,17 nim. Le choix et la concentration de l'agent colorant dans les concentrés de couleur comme prévu par la présente invention dépen dront-bien entendu des caractéristiques de la couleur qui doit autre donnée à la matière thermoplastique vierge. Les recherches dont il a été parlé ci-avant ont permis de constater à cet égard quil n'est pas le plus souvent possible de produire des concentrés ''ou-"masterbatches" satisfaisants contenant plus de 70% environ -en-poids de l'agent colorant parce que les taux de coloration de cet agent sont la cause de grandes difficultés au cours du travail et que les particules de l'agent colorant ont tendance à s'-agglomérer, ce qui se traduit par une coloration irrégulière de la matière plastique vierge. En outre, si la concentration de l'agent colorant dans une composition de base du type en question est trop élevée, le volume de cette composition de base qui est -n6cessaire pour colorer la matière thermoplastique en vrac est nécessairement faible, ce qui implique qu'il devient difficile d'assurer une distribution satisfaisante de la composition de base de couleur dans toute la masse des matières thermoplastiques vierges. Les concentrés de couleur auxquels ils convient d'accorder la pré férence -uontiennent entre 5% et 60% en poids d'un agent colorant, -mais des proportions plus faibles peuvent également trouver leur emploi s'il s'agit de donner une couleur faible à des matières thermoplastiques. Une autre particularité de l'invention rééide dans un procédé -dssobtention de concentré de couleur sous une forme cellulaire par ticulaire. Suivant un mode de mise en oeuvre, un courant d'un agent de coloration entraîné dans un véhicule liquide peut entre injecté dans un courant de polymère fondu, puis le mélange peut être envoyé à travers une zone où règne une pression réduite. En procédant de cette façon, le véhicule liquide est vaporisé dès que le mélange atteint la zone où règne une pression réduite, et le gaz -produit-des mousses de la matière polymère. Suivant les conditions opératoires qui règnent, la vaporisation du véhicule liquide peut également contribuer à réduire en fines particules la matière polymère de telle sorte qu'une composition de base suivant l'inventison se trouve produite en une seule opération. Dans certains cas, -il peut s'avérer nécessaire de réduire encore davantage la peti tesse-des particules des matières. Ces processus peuvent entre con vena-blement mis en oeuvre en injectant agent colorant dans son véhicule liquide (qui est de préférence de l'eau mais peut entre n'importe quel liquide inerte à la fois vis-à-vis du pigment et vis-à-vis du polymère fondu) par introduction dans une zone de mélangeage où le polymère est fondu et où la pression est suffisamment élevée pour maintenir le véhicule liquide en phase liquide à la température qui règne.Le mélange peut alors entre envoyé dans une chambre se trouvant sous une pression réduite, afin d'assureur le moussage et dans certains cas la réduction en fines particules de la matière polymère. la zone de mélangeage peut être le cylindre d'un appareil d'extrusion le long duquel le polymère fondu est entraîné. Une autre particularité de l'invention réside dans un procédé convenant particulièrement à la production de concentrés de couleur se présentant sous une forme cellulaire particulaire consistant à refouler une matière thermoplastique fondue contenant un agent moussant à travers un orifice, et à interrompre périodiquement l'écoulement de la matière vers cet orifice, une chute de la pression pesant sur la matière étant prévue en travers de l'ori- fice, afin que la formation de mousse de la matière soit emp8chée avant qu'elle n'atteigne cet orifice et aussi de façon que la matière forme une mousse au moment où elle jaillit hors de l'ori- fice. Ce procédé convient particulièrement bien à la production des concentrés de couleur en question par extrusion. L'orifice d'extrusion peut être pratiqué rationnellement dans une plaque comportant un certain nombre de trous. Un interrupteur rotatif constitué par un certain nombre de palettes montées sur un arbre et entraîné par la rotation de la vis de l'appareil d'extrusion peut être prévu immédiatement en amont de la plaque, de façon que, pendant sa rotation, elle interrompe les trajets de l'écoulement de la matière à travers les trous. Au cours du processus, des particules ténues du concentré de couleur se forment dans l'orifice, et le mécanisme qui interrompt l'écoulement de la matière vers lui obture cet orifice au fur et à mesure que la particule ténue se forme dedans. Une fois que la composition de base passe à travers l'orifice, la pression s'exerçant sur elle est réduite d'une quantité telle qu'elle forme de la mousse à l'intérieur de l'orifice, après quoi les gaz qui se dégagent de l'agent moussant exercent une pression sur l'interrupteur qui recouvre la face d'envers de l'orifice et jeate la particule ténue de la matière à partir de l'orifice tout en donnant à la particule la forme d'une mousse. La pression régnant du côté de sortie de l'orifice doit autre suffisamment basse pour permettre à la matière de former une mousse. En fait, la matière sera généralement extrudée par pénétration dans l'atmosphère. La nature du dispositif qui sert à interrompre l'écoulement dematière vers l'orifice dépend r.e l'appareil qu'on utilise, C'est ainsi, par exemple, que si l'orifice est énaUé dans une plaque munie d'une série de trous, un interrufteur rotatif comme précédemment indiqué convient particulièrement bien ici. A titre de variante, l'orifice peut être ménagé dans une plaque munie d'une rangée de trous interrompus par une autre plaque également pourvue d'une rangée de trous et placée alternativement dans l'alignement ou hors d'alignement avec les précédents. le procédé tel que le prévoit la présente invention est représenté schématiquement d'une façon qui n'est d'ailleurs aucunement limitative par le dessin schématique annexé dans lequel : La fig. 1 met en évidence la matière au moment où elle passe à travers l'orifice. La fig. 2 représente l'orifice au moment où il commence à être-fermé par l'interrupteur. La fig. 3 représente l'orifice après fermeture complète. Ces trois figures sont simplement schématiques et montrent seulement le concentré de couleur passant à travers orifice. Les moyens par lesquels ce concentré est chauffé et par lesquels la pression est exercée sur lui avant qu'iln'atteigne l'orifice ne sont pas représentés. De même, les moyens assurant le refoulement du concentré de couleur à travers l'orifice ne sont pas représentés. Comme le montre la fig. 1 du dessin, l'orifice 1 est pratique dans le corps 2 délimitant cet orifice, et le concentré de couleur fondu 4 contenant l'agent de soufflage est refoulé tout d'abord à travers un-trou de la plaque 3, puis à travers l'orifice 1. La fig. 2 représente la pase suivante du processus pendant laquelle la plaque 3 coulisse vers la droite jusqu'à ce qu'elle atteigne la position visible dans la fig. 3 où l'orifice 1 est complètement fermé par la claque. Au moment où le concentré passe à travers l'orifice, du gaz est produit par l'agent de production de moussue. Cependant, quand la plaque 3 se trouve dans la position représentée par la fig. 3, les gaz donnent lieu à une pression à l'intérieur de l'orifice et éjectent ainsi la particule à partir de celui-ciO La plaque 3 peut alors revenir jusqu'à la position repré- sentée dans la fig. 1, après quoi le cycle opératoire peut être répété. les agents producteurs -de mousse utilisés conformément à l'invention peuvent être des agents de soufflage solides tels que des composés azo et diazo dégageant de l'azote ou des composés capables de dégager de l'anhydride carbonique comme le bicarbonate de sodium. Des agents liquides de formation de mousse peuvent également trouver leur emploi ici tels que l'eau, les hydrocarbures comme le pentane, les halohydrocarbures tels que le chlorure de méthyle, ou les polyhalohydrocarbures tels que les divers produits connus sous la marque enregistrée "Arctons". De plus, les gaz qui sont liquides dans les conditions de température et de pression dans lesquelles le concentré de couleur se prend en mousse peuvent également trouver leur emploi ici.Si un appareil d'ex trusion fait partie de l'appareil utilisé pour donner naissance au concentré de couleur cellulaire, l'agent liquide de formation de mousse peut être injecté dans ce concentré fondu en passant à travers des trous pratiqués dans le cylindre de l'appareil d'extrusion. les concentrés de couleur ou "masterbatches" tels que les prévoit la présente invention peuvent être utilisés pour colorer la plupart des matières thermoplastiques. La méthode consistant à incorporer le concentré à la matière thermoplastique vierge dépendra de la nature de cette matière thermoplastique et du concentré de couleur. Des techniques convenables pour compounder les matières comprennent le malaxage interne, le broyage exécuté dans un appareil à deux cylindres et le compoundage dans un appareil d'extrusion ou dans le cylindre d'une maciline de moulage par injection. Dans chaque cas, le concentré est tonnelé avec la matière plastique jusqu'à ce qu'un mélange uniforme soit obtenu, et ce mélange est alors envoyé dans la machine aperouriée. L'invention est illustrée par l'exemple suivant. E On fait fondre du polythène ayant une densité de in,92 et un indice d'écoulement après fusion de 7 (mesuré suivant l'épreuve A.S.2.K. 1238-T par utilisation de 2,16 kg à une température de 1900C) et on le soumet à une pression d'environ 33,75 kg/cm2 dans un appareil d'extrusion à vis équipé d'une tête de mélangeage à turbine.Une dispersion comprenant 30ss en poids de l'agent ou pigment de coloration bleue fixe connu sous l'appellation "Monastrel" (marque déposée) et de 70% en poids d'eau est introduite dans le polymère fondu et soumise à l'action d'une vis tournant à environ 300 t/mn. Auprès que le mélange de la dispersion d'agent colorant et de polythène a traversé la tette de mélangeage à turbine, il est entraîné à travers un orifice pour passer dans une zone où règne une pression réduite où le mélange passe à l'état de mousse pour donner lieu à un concentré de couleur broyé fin comprenant du polythène contenant 20% en poids d'agent colorant et ayant une densité moyenne (dans la masse) égale à 0,33. Les détails de réalisation peuvent être modifiés, sans s'écarter de l'invention, dans le domaine des équivalences techniques. RVEND1CÂT10N S 10- Concentré de couleur convenant à la coloration de matières thermoplastiques, caractérisé en ce qu'il se présente sous la forme d'un polymère cellulaire particulaire à densité moyenne de masse ne dépassant pas la moitié de la densité de la matière polymère quand elle se trouve à l'état non cellulaire et ayant une grosseur particulaire moyenne telle qu'au moins 75% des particules cellulaires passent à travers un tamis standard britannique 410 ayant des mailles de 6,35 mm, grâce à l'action duquel cette matière polymère contient de 1 à 70% en poids d'un agent colorant. 2.- Concentré suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la matière polymère contient de 5 à 60% en poids d'un agent colorant. 3.- Procédé de production de concentrés de couleur sous une forme cellulaire particulaire consistant à refouler une matière thermoplastique fondue contenant un agent de moussage à travers un orifice et caractérisé en ce que l'écoulement de la matière vers cet orifice est périodiquement interrompu et qu'il se produit une chute de pression sur la matière en travers de orifice telle que la formation de mousse e cette matière soit empêchée avant qu'elle n'atteigne l'orifice.et de telle façon aussi que la matière se prenne en mousse au moment-où elle sort de l'orifice. 4.- Procédé suivant la revendication 3, caracterisé en ce qu'une dispersion de l'agent colorant dans un véhicule liquide est injectée dans la matière thermoplastique fondue tandis que cette matière est soumise à un cisaillement et à une compression simultanés avant le passage de cette matière à travers orifice.