Brevet FR2156842A1 — publié le 19730601

La présente invention se rapporte à un procédé pour fabriquer des produits non tissés obtenus à partir d'une matière de structure et d'un agent de liage. D'une manière générale, un produit -non tissé se présente sous forme d'un tissu ou d'un feutre, résultant du liage et/ou de l'enchevêtrement de fibres sous l'effet d'une action mécanique, chimique ou thermique ou de l'utilisation d'un solvant, et de combinaisons de ces moyens. Plus spécialement, un produit non tissé comprend une nappe de fibres, constituant la matière de structure, habituellement maintenues ensemble au moyen d'un agent de liage. Les produits non tissés sont généralement obtenus an doux tapes, à savoir (L)un traitement de nappage - au cours duquel on forme une nappe de fibres réparties au hasard ou enchevêtrées croisées à partir de la matière de structure, en appliquant une technique par vce humide ou par vole seche et (2) un traitement de transformation et de consolidation, comprenant le liage ult rieur, qui peut être exécuté de diverses manières, par exemple par er.che- vêtement mécanique, par fusion ou au moyen d'adhésifs.Ce dernier procédé de liage est laraement utilisé et l'adhésif est appliqué sous forme d'une poudre, d'unc solution ou d'une dispersion aqueuse d'un polymère, par imprégnation, par pulvérisation ou impression (application du liant suivant un motif intermittent). lorsque l'adhésif ou liant utilisé est sous forme dtune poudre, on obtient un mélange hétérogène de la matière de structure et du liant au lieu d'un mélange homogène, -ce qui conduit à des produits non tissés ayant un toucher et un drapé médiocres. De-plus,-une-certaine--quantité du-liant traverse la nappe, ce qui conduit à un gaspillage du liant malgré les techniques de récupération et le traitement de fixage par-la---vapeur d'eau;; Dans le cas de dispersions ou solutions-non aqueuses du liant, le solvant doit etre évaporé et récupéré, ce qui est coûteux. On a déjà-proposé de fabriquer des--produits non-tissés en enchevêtrant des fibres de structure courtes, non fusibles, avec des fibres courtes d'un polyester ou copolyester linéaire assurant le liage-et- en soumet- tant le mélange à une température et une pression suffisantes pour activcr le caractère adhésif d2 polyester ou copolyester linéaire.Les fibres courtes de liane sont usuellement présentes à raison de 10 à 65 % en poids, sur la base du poids combiné des fibres de structure et des fibres courtes-de liage.-Suivant ce procédé, la température à laquelle les fibres courtes de polyester servant au liage sont activées par la chaleur- et- deviennent adhésives-est bien inférieure à leur point de fusion et, de ce fait,- les-fibres courtes de liage, après cette activation thermique et le traitement de transformation et de consolidation du mélange dc fibres de structure et de fibres de liage an un produit non tissé, restent sous leur forme fibreuse initiale et ne contribuent pas à l'obtention d'une consistance textile quant au drapé et au toucher, mais au contraire accroissent la raideur et la rugosité. Comme la température à laquelle apparat l'aptitude l'adhérence dépend du degré de cristallinité du polyester ou copolyester servant de liant, il faut en outre choisir un polyester ou copolyester dtun type sp4- cial pour les fibres courtes de liage. Conformément à a présente invention,on fabrique des produits non tissés en combinant une matière organique de structure avec un agent de liage résineux, puis en transformant et en consolidant cette combinaison pour obtenir un produit non tissé,étant entendu que l'a- gent de liage résineux est sous forme de fibres qui perdent totalement leur identité pendant le traitement de transformation et de consolidation, qui comprend un chauffage. L'agent de liage résineux est ainsi introduit sous forme de fibres, qui sont uniformément dispersées c;ans la matière de structure et qui fondent totalement durant le chauffage intervenant dans le traitement de transformation et de consolidation, par suite,dans le produit non tissé final, l'agent de liage fibreux a entièrement perdu son caractère fibreux et son identité et n'apparat plus qu'aux points d'intersection des fibres de la matière de structure. Le traitement de nappage et le traitement'de transformation et de consolidation qui comprend un chauffage sont des techniques classiques pour la fabrication de produits non tissés.Les produits non tissés peuvent, par exemple,être transformés en voiles fins de fibres enchevêtrées à utiliser tels quels ou bien les voiles peuvent être superposée et croisés.La nappe peut également être faite de fibres parallèles ou réparties au hasard et être obtenue par une technique par voie humide ou par voie sèche (par exemple à l'aide des appareils de papeterie ou par dépôt dans l'air). Par "fibre",on entend,aux fins de l'invention,un corps fagonné ayant un type filamenteux,qui présente un rapport longueur : épaisseur élevé et une section transversale faible. Par "produits non tissés",on entend aux fins de l'invention,des feutres,de la ouate,des feuilles ou des molletons,ainsi quedu papier, du carton tel que le carton dur,des panneaux de particules ou du carton-cuir, des stratifiés, etc.. Les produits peuvent éventuellement présenter un motif et ils peuvent également avoir une structure en réseau. Par "matière de structure organique",on entend,aux fins de l'invention, une matière organique naturelle ou synthétique sous forme de fibres, de tissus, de nappe, de rognures, de paillettes, de brins, etc., dont les dimensions sont très varialbes. La matière de structure est une matière organique synthétique, comme une polyoléfine, un composé polyfluorocarboné, un polymere ou copolymère de l'acrylonitrile, un polyamide , un polycsteramide, un polyuréthanne, une polyurée, un polymère ou copolymère vinylique, un polycarbonate, du polystyrène, un polyester, un polyéther, un polymere d'ester acrylique ou méthacrylique, un éther ou ester cellulosique ou la rayonne viscose, ou une matière organique naturelle, comme -le coton, la laine, le lin, la cellulose, le chanvre, la rayonne, le jute ou le sisal, ou encore un mélange comprenant une ou plusieurs des substances de l'un des deux groupes ou de ces deux groupes, à condition qu'elles soient compatibles. La matière de structure peut également être traitée avec divers additifs tels que des colorants, des pigments, des charges, des agents ignifuges, des antioxydants, etc. Le domaine d'application des matières de structure organiques naturelles et synthétiques est très étendu. Des exemples de produits non tissés qu'il est possible d'obtenir sont le papier thermoformable, le papier convenant à diverses applications textiles, les panneaux, les matériaux de couverture, etc. Le choix de l'agent de liage ou liant est fonction des propriétés voulues pour le produit non tissé final, et par les propriétés de la matière de structure utilisée. Le liant peut être une matière thermoplastique résultant d'une polymérisation par condensation ou par addition, comme par exemple un polyamide, un polyester, une polyoléfine telle qu'une résine hydrocarbonée modifiée ou non, un polymère ou un copolymère de l'acrylonitrile, un polymère ou un copolymère d'acide acrylique ou méthacrylique ou de ses esters, un polymère ou copolymère vinylique, un polycarbonate ou un mélange comprenant une ou plusieurs de ces substances pour autant qu'elles soient compatibles et ne conduisent pas à des propriétés de fusion indésirables.Il est -évident que, si la matière de structure est également une matière thermoplastique, la différence entre le point de ramollissement ou de fusion -de la matière de structure et celui du liant doit titre suffisante pour permettre l'obtention d'un prpduit non tissé satisfaisant. Par "différence suffisante", on entend que la différence est d'au moins environ 20 à 30 C. Le liant peut également Strie une matière thermodurcissable, par exemple une résine phénol-formol, urée-formol-oumélamine-formol modifiée ou non, une résine polyépoxyde, etc. Lorsque le liant est une résine thermodurcissable, il est possible, si cela est nécessaire, -de mélanger un agent de réticulation ou de durcissement et éventuellement un accélérateur de- durcis- sement à la matière de structure ou au liant fibreux, avant ou pendant leur combinaison. Le durcissement ou la réticulation peut alors avoir lieu en cours de chauffage, avec ou sans application d'une pression, durant les opé de matière rations de transformation et de consolidation du mélange/de structure et de liant fibreux qui donnent le produit non tissé ou fibreux. Le liant fibreux peut également être traité avec des colorants, des pigments, des stabilisants, des agents ignifuges, etc. Les fibres du liant peuvent être préparées suivant toute technique classique, mais de préférence suivant la technique décrite dans les brevets français nO 1.124.488 et 1.157.141 ou suivant toute technique analogue. Cette technique consiste essentiellement à faire fondre le polymère dans une cuvette soumise à une rotation ou à introduire un polymère fondu dans une telle cuvette dont la circonférence porte un grand nombre de petits orifices. Sous l'effet de la force centrifuge, la masse fondue est chassée à travers les orifices et les fils fins de polymère fondu se solidifient dans l'air ambiant (qui, si besoin est, peut être refroidi ou chauffé) pour donner des fibres polymères continues sous forme d'une masse semblable à de la ouate. Ce produit peut être cardé, tissé, filé (par exemple par une technique de filage avec extrémité ouverte) ou découpé en fibres courtes. La quantité du liant fibreux à utiliser pour la préparation d'un produit non tissé peut varier largement. Lorsqu'on fabrique un panneau, la quantité du liant peut être comprise entre 1 et 10 %, de préférence entre 2 et 4 %, du poids de la matière de structure. Quand on fabrique un panneau, le liant était jusqu'à présent appliqué surtout sous forme d'une solution ou dispersion dans de l'eau, après quoi le liant était précipité sur la matière de structure-par modification du pH ou par addition d'un agent de floculation, comme-l'alun. Il est évidentque lorsquton utilise le liant fibreux de la présente invention, il n'est pas nécessaire d'évaporer un solvant ou de l'eau ou de recourir à des agents de floculation, de sorte qu'il n'y a aucun risque de pollution de ltenvironnement. De plus, avec un liant fibreux, on peut utiliser des quantités de cette matière qui sont inférieures à celles qui sont requises avec le mode de liage à l'état humide appliqué jusqu'a présent. L'utilisation d'un tel liant fibreux offre donc un avantage considérable au point de vue économique. Dans la production de produits semblables aux matières textiles, la quantité de liant fibreux est habituellement comprise entre 2 et;100 % du poids de la matière de structure. Pour obtenir des produits semblables aux matières textiles ayant un bon toucher et une bonne souplesse, le liant-fibreux est généralement pris à raison de 5 à 12 % du -poids de la matière de structure. Dans la fabrication de produits non tissés convenant pour la confection de vêtements, la quantité de liant fibreux est comprise entre 5 et 50 % et de préférence entre 15 et 30 % du poids de la matière de structure. Dans la fabrication de produits non tissés semblables au papier, la quantité de liant fibreux est comprise entre 0,5 et-50 %, de préférence entre 2 et 15 % et plus avantageusement entre 2 et 7 %, du poids de la matière de structure. Les produits obtenus en présence de plus dtenviron 30 X en poids du liant fibreux conviennent comme papiers thermoformables. Les produits non tissés semblables au papier sont de préférence obtenus par la technique par voie humide avec une concentration du liant fibreux, dans un réservoir de mélange distinct ou dans un réservoir contenant déjà les fibres de la matière de structure, comprise entre 0,1 et 2 g/litre et de préférence entre 0,2 et 0,6 g/litre. Le liant fibreux peut également être utilisé dans la production de papier d'écriture. Dans ce cas, le recours à certaines résines, par exemple à des résines hydrocarbonées modifiées, sous forme fibreuse, peut permettre d'éviter un stade classique dans le procédé de fabrication du papier d'écriture. Les propriétés des produits non tissés résultants peuvent varier de façon importante suivant la densité et la nature des fibres de structure, la nature et la quantité du liant fibreux dans le produit, le mode de fabrication, par exemple la température (et la pression) choisies pour le traitement de transformation, les post-traitements éventuels tels que la stratification, le couchage, le lainage, le calandrage, etc. Lorsque les produits non tissés servent de produits intermédiaires dans la fabrication d'autres produits, ils sont refroidis jusqu'à une température qui est inférieure à la température à laquelle le liant fibreux est poisseux, en vue d'empêcher les produits intermédiaires de coller entre eux. L'invention est illustrée par les exemples suivants. EXEMPLE 1 On prépare un papier semblable à du carton en mettant en suspension dans de l'eau 80 % en poids de fibres cellulosiques blanchies au bisulfite, à titre de matière de structure, et 20 % en poids d'-un liant fibreux semblable à de la ouate et préparé comme décrit dans le brevet français nO 1.124.488 à partir d'une composition fondue chaude ("hot mît") qui comprend 15 X en poids d'un copolymère d'éthylène et d'acétate de vinyle à haut poids moléculaire, ayant un point de fusion déterminé par la méthode d'essai bille-et anneau) d'environ 2D0 C (produit "Elvax 250",- marque -déposée par E.I. du Pont de Nemours) et 85 % en poids d'un ester du pentaérythritol-avec une colophane polymérisée, ayant un point de fusion (déterminé par la méthode d'essai bille et anneau) de 125 à-130tC ("super Pentelio BV", marque-dXposée par--Sheby S.A.). On ajuste la concentration de la pâte de--fibres résultante-usqutaux valeurs classiques en papeterie par addition d'eau,puis on'verse-îa-suspension-de fibres sur un entonnoir de Buchner,après quoi-on aspire l'eau sous-l'effet d'un vide. On place ensuite la -feuille de papier ronde humide résultante- sous une presse et on la sèche pendant 2 minutes sous une pression de 1 atmosphère à une température de 130tu. EXEMPLE 2 On obtient un papier lisse et flexible en mettant en suspension dans de l'eau 50 parties de fibres cellulosiques blanchies au bisulfite de qualité Kraft, 50 parties de fibres cellulosiques de viscose d'une dimension de 5 à 10 mm et 12 parties d'un liant fibreux analogue à de la ouate, obtenu à partir d'une résine phénol-formol du type résol ayant un intervalle de fusion (déterminé par la méthode d'essai bille et anneau) de 80 à 90 C. On ajuste la concentration de la pâte de fibres résultante aux valeurs classiques en papeterie et on forme, de la même manière que dans l'exemple 1, une feuille ronde de papier. On obtient la feuille finale de papier en durcissant la résine du type résol à 1400C pendant 4 minutes sous la pression atmosphérique. EXEMPLE 3 On répète les opérations de l'exemple 2, mais en utilisant 50 % en poids.de fibres cellulosiques blanchies au bisulfite (qualité Kraft), 30 % en poids de fibres cellulosiques de viscose de 5 à 10 mm et 20 % en poids du même liant. Une feuille de papier, préparée de la manière décrite dans l'exemple 2, est plus rigide. On soumet la feuille à un thermoformage à 1400C, pendant 3 minutes et sous la pression atmosphérique. Des essais de comparaison permettent de déterminer que la limite supérieure pour la teneur en fibres cellulosiques de viscose est d'environ 50 % en poids-; autrement dit, avec une plus grande quantité de fibres, on obtient un produit d'un type non tissé au lieu d'un produit semblable à du papier. EXEMPLE 4 On obtient une feuille de papier ayant un toucher semblable à celui dtune matière textile à partir d'une suspension aqueuse contenant 45 % en poids de fibres cellulosiques blanchies au bisulfite (qualité Kraft), 45 % en poids de fibres cellulosiques de viscose de 5 à tO mm et 10 % en poids d'un liant fibreux à base de polyamide analogue à de l'ouate. On prépare une feuille ronde de papier de la manière décrite dans l'exemple 1, en opérant sous une pression de 1 atmosphère à 1200C pendant 2 minutes. Même lorsque le papier est chauffé au-deld du point de fusion du liant fibreux à base de polyamide, il conserve son caractère textile et un bon drapé. Le liant fibreux utilisé est un mélange de 80 % en poids du produit vendu sous le nom de Versamid 935 et de 20 % en poids du produit vendu sous le nom de Versamid 900 (marques déposées par General Mil ils pour un-polyamide à base d'acides gras polymérisés). Le produit Versamid 935 a--un indi-ce d'amine de 7 au maximum, un indice d'acide de 7 au maximum, un point de ramollissement de 110 à 1200C et une viscosité à 1-600C de 0,5-à 1,5 poise. Le produit Versamid 900 a un indice d'amine de 3 à 8 et un point de ramollissement de 180 à 1900C. EXEMPLE 5 On prépare un papier thermoformable en mettant en suspension dans de l'eau 80 % en poids de fibres cellulosiques blanchies au bisulfite (qualité Kraft) et 20 % en poids d'un liant fibreux analogue à de l'ouate, à base de résine phénol-formol du type novolaque. On prépare une feuille ronde de papier de la manière décrite dans l'exemple 1, en opérant sous une pression de 1 atmosphère à 1000C pendant 2 minutes. La résine phénol-formol du type novolaque servant de liant fibreux a un intervalle de fusion (méthode d'essai bille et anneau) de 80 à 90tu. On pulvérise ensuite sur l'échantillon une solution aqueuse d'hexaméthylènetétramine, en quantité telle que le rapport de l'hexgméthylène- tétramine à la résine du type novolaque soit de 17,5:100. On façonne alors la feuille à chaud à 1400C sous une pression de 5 atmosphères pendant 5 minutes. EXEMPLE 6 On prépare un papier imprégné qui résiste à l'eau et convient pour la confection d'articles pouvant être soumis à un nettoyage à sec en mettant en suspension dans l'eau 45 % en poids de fibres cellulosiques blanchies au bisulfite (qualité Kraft), 45 % en poids de fibres cellulosiques de viscose d'une dimension moyenne de 5 à 10 mm et 10 % en poids d'un liant fibreux à base de polyéthylène, analogue à de l'ouate. On prépare une feuille ronde de papier de la manière décrite dans l'exemple 1, en opérant sous une pression de 1 atmosphère et à 1259C, pendant 2 minutes. Le polyéthylène utilisé comme liant fibreux est le produit "Epolene E 10" (marque déposée par Eastman Kodak) dont les caractéristiques sont indiquées ci-après Point de ramollissement (bille et anneau) 105oc Indice d'acide 14,4 Indice de saponification 24-25 Poids moléculaire apparent 2500 EXEMPLE 7 On carde des fibres de jute d'une dimension moyenne de 60 mm et on les mélange pneumatiquement avec 10 % en-poids-dun liant fibreux analogue à l'ouate, à base d'une-résine phénol-formol du type-résol, après quoi on forme des nappes par chauffage à 160tu, sans application de pression. Le liant fibreux est obtenu à partir d'une résine phénolformol du type résol ayant un intervalle de fusion (bille et anneau) de 85 + SOC. EXEMPLE 8 On mélange pneumatiquement des fibres coupées de Nylon 6.6 (fondant à 2550C) d'une dimension de 2,5 à 5 cm, avec 15 X en poids d'un liant fibreux analogue à de l'ouate à base d'une résine acrylique, puis on obtient une nappe non tissée par chauffage à 1209C pendant 2 minutes. Dans ce cas, on n'applique pas de pression, mais l'application éventuelle d'une pression permettant de maintenir ou de diminuer le poids spécifique apparent de la matière non tissée. En dépit du chauffage et meme sous l'effet d'une pression, la matière non tissée résultante conserve son excellent toucher analogue à celui d'une matière textile et son bon drapé. Le liant fibreux à base de résine acrylique utilisé est un terpolymère ayant un intervalle de fusion de 95 ê 1050C vendu sous le nom de "Alphaprene A 100" par Reichhold Chemicals Inc. EXEMPLE 9 On mélange pneumatiquement des fibres coupées de poly(téréph- talate d'éthylène) fondant entre 258 et 2630C, d'une dimension de 2,5 à 5 cm, avec 12 % en poids d'un liant fibreux analogue à de l'ouate, à base de polyamide, après quoi on forme une nappe non tissée par. chauffage à lt00C pendant 1 minute, sous une pression de 1,5 kg/cm2. Le produit non tissé résultant possède d'excellentes propriétés et un bon drapé. Le liant fibreux à base de polyamide, analogue à de l'ouate, est semblable à celui de l'exemple 4. REVENDICATIONS 1. Procédé de production de produits non tissés, caractérisé par le fait qu'il consiste à combiner une matière organique de structure avec un liant résineux sous forme de fibres qui perdent entièrement leur identité au cours du traitement ultérieur de transformation et de consolidation, traitement qui comprend une opération de chauffage, pour former le produit non tissé. 2. Procédé suivant la revendication 1, caracérisé par le fait que la matière organique de structure est une matière organique synthétique. 3. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que la matière organique de structure est une matière organique naturelle. 4. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le liant résineux est une résine thermoplastique résultant d'une polymérisation par condensation. 5. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le liant résineux est une résine thermoplastique résultant d'une polymérisation par addition. 6. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le liant résineux est une résine thermodurcissable. 7. Procédé suivant la revendication-1, caractérisé par le fait qu'on utilise le liant résineux en une quantité de 0,5 à 100 % du poids de la matière organique de structure. 8. Procédé pour production de produits non tissés, caract6- risé par le fait qu'on combine une matière de structure comprenant des fibres cellulosiques avec 0,5 à 100 %, sur base du poids de la matière de structure, d'un liant résineux thermoplastique ou thermodurcissable présenté sous forme de fibres qui perdent entièrement leur identité durant le traitement ultérieur de transformation et de consolidation, traitement qui comprend un chauffage et donne le produit non tissez 9. Produits non tissés, obtenus par un procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8. 10. Articles manufacturés, comprenant des produits non tissés suivant la revendication 9.