Brevet FR2270371A1 — publié le 19751205

La présente invention concerne des feutres humides pour machine à papier, qui sont des courroies ou bandes sans fin en une matière fibreuse absorbant l'eau utilisée pour transporter une bande de papier humides provenant d'une machine de fabrication du papier du type humide, depuis une zone de formage, à travers une zone de pressage pour aboutir dans une zone de séchage. Dans la zone de pressage, il est habituellement prévu des rouleaux exprimeurs cylindriques rotatifs entre lesquels passe une bande de papier nouvellement formée. A mesure que la bande pénètre dans la zone de serrage des rouleaux, l'eau est éliminée par pressage du papier et est fixée par le feutre humide sur lequel le papier est transporté à travers la zone de serrage. Un type bien connu de feutre pour machine à papier est une matière dite "Batt-on-Base" qui renferme une bourre de fibres textiles associées d'une façon lâche, aiguilletées sur une base tissée ou tissu de support. Un tel feutre est décrit dans le brevet britannique nO 939.933 et on pourra se référer à ce brevet pour une plus ample description de sa structure et de son mode de fabrication. Les feutres classiques de ce type sont formés à partir de ma tériaux tels que la laine, le Nylon, le Perlon, le Térylène, etc... et avec ces feutres, la bande de papier, après passage à travers la zone de serrage des rouleaux exprimeurs retient encore généralement une quantité appréciable d'eau ce qui augmente sensiblement les frais de fabrication dus à la grande énergie nécessaire pour évaporer l'eau pendant 11 étape ultérieure de séchage. Selon la présente invention, on fournit un feutre pour machine à papier destiné à retenir l'eau provenant d'une bande humide de papier, comprenant une courroie ou bande sans fin en une matière fibreuse absorbant l'eau, caractérisée en ce que la courroie consiste en ou comporte une couche présentant des caractéristiques hydrophobes telles que la tension superficielle critique de la couche soit inférieure à 33 dynes/cm. Avec une courroie de ce type utilisée pour transporter une bande de papier, nouvellement formée à travers la zone de serrage des rouleaux presseurs, on a constaté que la quantité d'eau restant dans le papier à la sortie de la zone de serrage peut être fortement réduite. Ceci peut être du au fait que, en raison de la nature hydrophobe de ladite couche, il existe une moindre tendance de l'eau absorbée par la courroie ou bande à revenir vers la bande de papier par capillarité. De préférence, la tension superficielle critique de la couche hydrophobe est inférieure à 28 dynes/cm. Les valeurs de la tension superficielle critique données dans le présent mémoire sont en relation avec la matière conditionnée (à 200C et 650 d'humidité relative). La tension superficielle peut varier pendant une immersion continue dans l'eau et/ou lors d'une exposition à une action mécanique. La couche hydrophobe peut constituer le feutre entier, ou en variante, il peut n'en constituer qu'une partie, mais dans chaque cas, la surface externe de la couche constitue de préférence la surface externe du feutre. Cependant, l'invention n'est pas limitée à ce cas étant donné que, dans certains cas; il peut être avantageux de recouvrir la couche hydrophobe d'une couche de matière hydrophile (ou moins hydrophobe). Au cas où la couche hydrophobe ne constitue qu'une partie du feutre, ladite couche est de préférence supportée par une couche hydrophile (ou moins hydrophobe). Grâce à cette disposition, une certaine partie de l'eau refoulée mécaniquement, se trouvant dans la zone dê serrage des rouleaux presseurs, dans la couche hydrophobe, tend avantageusement à passer dans la couche hydrophile et à store retenue par cette dernière. L'épaisseur de la couche hydrophobe est choisie selon les nécessités et la nature des matières utilisées pour le feutre, et, dans certains cas, ladite couche peut être pré- 2 sente en une quantitd aussi faible que 65 g/n2. La couche de support hydrophile (ou moins hydrophobe) peut être formée à partir de laine ou de l'une quelconque des fibres synthétiques couramment utilisées dans les feutres pour machine à papier, et elle peut Entre sous la forme d'une étoffe, par exemple une étoffe tissée ou, en variante, sous forme d'une nappe de fibres individuelles. La couche hydrophobe peut étire fixée à une couche de support qui peut être une étoffe se supportant d'elle-mme, ou un matériau semblable. Cette couche de support peut constituer la couche hydrophile, ou peut Entre prévue en plus ou en variante de la couche hydrophile susmentionnée. La couche de support peut être une étoffe tissée, comme cela est utilisé couramment dans un feutre pour machine à papier, et la couche hydrophobe, ainsi que la couche hydrophile (ou moins hydrophobe) lorsque celle-ci est utilisée et est séparée de la couche de support, peuvent être fixées à la couchede support par une technique classique d'aiguilletage. On pourra se référer au brevet britannique déjà cité nO 939.933 pour une description des techniques d'aiguilletage.Cependant, l'invention n'est pas limitée à ce procédé de fixation de la couche hydrophobe à la couche de support, et d'autres procédés peuvent être utilisés, par exemple ceux qui utilisent des adhésifs ou des liants. La couche hydrophobe ne doit pas nécessairement être supportée uniquement par les matières hydrophiles, mais au contraire elle peut être supportée par une couche ou des couches de matière hydrophile différant de la couche hydrophobe en ce qui concerne le degré de caractère hydrophobe (par exemple la ou les couches de support peuvent être au moins hydrophobes) et/ou en ce qui concerne sa constitution physique. Ainsi, par exemple, un feutre peut comporter la couche hydrophobe sur sa surface extérieure et cette couche peut entre formée à partir d'une matière à faible denier (par exemple 3 deniers) et on peut prévoir une couche de support d'un denier plus élevé (par exemple 12 deniers).Grâce à cet agencement, une surface lisse relativement fine est présentée au papier tandis que la couche de support plus grossière (qui, selon son denier plus élevé, comporte des vides plus grands) présente de bonnes propriétés d'élimination de l'eau. Cet agencement est particulièrement important lorsque le feutre est formé en totalité ou en grande partie de fibres hydrophobes, étant donné que dans ce cas, une couche relativement grossière de fibres est nécessaire pour assurer que le feutre ne présente pas une répulsion à liteau trop élevée. Lorsque la couche hydrophobe est supportée par une couche hydrophile (ou moins hydrophobe), ces deux couches peuvent présenter des espaces internes de dimensions semblables ou, en variante, de dimensions différentes. En général, le denier des fibres de la couche hydrophobe et de ntimporte quelle couche de support, ainsi que la dimension des espaces entre les fibres, doivent être choisis selon les besoins et selon la nature des matières utilisées, pour obtenir les propriétés physiques désirées, par exemple la résistance à la traction, la résistance au choc, l'écoulement de l'eau et la rétention de l'eau, et-la texture de surface. Un feutre selon l'invention ne nécessite pas l'incorporation d'une couche de support pour les fibres hydrophobe, mais au contraire, les fibres peuvent etre associées, par exemple par tissage, etc..., ou peuvent Entre fixées les unes aux autres, par exemple par un adhésif ou un liant, de façon à former une couche se supportant d' elle-niSme. Le feutre de l'invention présente normalement une épaisseur à 40 KN 2 de 1,8 à 4,5 mm et à 2000 EN m de 0,8 à 2,5 mm. Le 2 poids est normalement compris entre 600 et 2000 g/m , plus généra- lement entre 850 et 1400 g/m2. On peut obtenir les caractéristiques hydrophobes de toute manière voulue. Ainsi, par exemple, on peut utiliser des fibres formées à par- tir d'une matière intrinsèquement hydrophobe, par exemple des fibres de polytétrafluoréthylène (PTFE), d'un copolymère fluoré d'éthylène et de propylène et de polyoléfine. Ces matières peuvent être utili ses seules ou en mélange les unes avec les autres ou avec toute autre matière appropriée (par exemple une fibre de PTFE en mélange avec une fibre de polypropylène). En variante, les fibres peuvent être rendues hydrophobes (ou plus hydrophobes) en les traitant avec des matières appropriées, telles que les polysiloxanes ou des composés fluorés tels que ceux couramment utilisés pour rendre les matières hydrophobes. Les matiè- res de ce type sont maintenues sur les fibres au moyen d'une liaison par adhérence. Ceci n'est pas tout à fait satisfaisant dans tous les cas, car les conditions rigoureuses auxquelles le feutre est exposé en service peuvent provoquer à la longue, une défaillance de la liaison. Par contre, lorsqu'on confère des propriétés hydrophobes par un traitement avec une certaine matière, il est préfé- rable que ce traitement soit tel qu'il garantisse une liaison puissante et de longue durée entre les fibres et la matière.On peut y parvenir de deux manières : premièrement, en fixant la matière sur les fibres par une liaison chimique, et deuxièmement, en incorporant la matière dans la masse fondue à partir de laquelle les fibres sont filées. En ce qui concerne le premier procédé, on peut réaliser une liaison chimique par une substitution de l'hydrogène du groupe amide d'une fibre de polyamide. On peut y parvenir en faisant réagir un polyamide avec un isocyanato en solution dans un solvant (un hydrocarbure chloré tel que le perchlorthylène ou le trichloréthane). Par exemple, on traite la fibre nettoyée à sec avec une solution de triisocyanate de triphénylméthane à 5. Après immersion, on essore la fibre, on la place dans un récipient étanche à'air et on la laisse reposer pendant quelques heures ou pendant une nuit . On lave la fibre dans un autre solvant, on la plonge dans un prépolymère de polydiméthylsiloxane et on l'essore. On chasse le solvant par évaporation et on traite la fibre à 100-1 500C. Des variantes de modes opératoires impliquent ltutilisation de 2,4- ou 2,6-diisocyanate de tolylène et de divers composés fluorés tels que le fluorure de vinyle ou le méthacrylate de 1t1-dihydroperfluorooctyle. On peut également former une liaison chimique par peroxydation d'un polymère pour produire un amorceur polyfonctionnel. Un tel procédé est décrit dans le brevet de la République Fédérale d'Allemagne nO 2 151 755. On plonge la fibre dans une solution à 5% d'acrylate de 1,I-dihydroperfluorooctyle dans du perchloréthylène qui contient également 5* de peroxyde de tertio-butyle. On essore la fibre à l'état filé, on porte la température à 1250C pendant les vingt minutes suivantes et on la maintient à cette valeur pendant encore quinze minutes.D'autres agents d'oxydation appropriés pour amorcer ce procédé comprennent le peroxyde de di-benzoyle (brevet de la République Fédérale d'Allemagne 1 900 234) et divers peracides tels que l'acide peracétique, les persulfates, les perborates le peroxyde d'hydrogène et divers sels de cérium. L'ozone est particu lièrement- appropriée lorsqu'on l'utilise à l'air à 7000C pendant dix minutes avant le traitement avec un composé hydrophobe polymérisable tel que le polyméthylsiloxane, le fluorure de vinyle et autres composés fluorés. UN autre procédé encore de formation dune liaison chimique implique le traitement d'une fibre, en particulier de Nylon, de polyoléfine ou de polyester, avec du difluorocarbène (difluoro-méthylène CF2) produit par pyrolyse de chlorodifluoroacétate de sodium ou l'acide chlorodifluoracétique. Par exemple, la fibre connue sous la marque NOMEX est traitée par une solution du sel sodique dans l'eau et l'eau est ensuite éliminée par évaporation. Un chauffage à 2500C provoque la pyrolyse et produit des vapeurs de C qui modifient la surface de la fibre en la rendant plus hydrophobe. On applique l'acide à partir d'une solution dans un solvant hydrocarboné chloré. En ce qui concerne l'obtention des propriétés hydrophobes par incorporation d'une matière appropriée dans la masse fondue à Pr- tir de laquelle les fibres sont formées, une matière appropriée est une huile aux silicones qui est un prépolymère de polyméthylsiloxane. Une substance qui s'est révélée appropriée pour cette application est "F132" fabriquée par ICI Ltd. Cette huile aux silicones, lorsqu'elle est incorporée dans une fibre de polypropylène, peut réduire la tension superficielle critique de 32 dynes/cm à 26 dynes/ cm. D'autres additifs comprennent les composés chimiques fluorés, par exemple un composé présentant des groupes 14-fluoroalkyle fixés à un radical organique comme décrit dans le brevet des E.U.A. 3 767 625. Lorsque la couche hydrophobe est constituée d'une nappe de fibres maintenues ensemble et/ou sur une couche de support au moyen d'une résine ou d'un élastomère, la résine ou l'élastomère peut être tel qu'il confère les propriétés hydrophobes. Lorsque la couche hydrophobe est constituée de fibres présentant des caractéristiques hydrophobes, ces fibres ne constituent pas nécessairement toute la couche hydrophobe, mais au contraire, elles peuvent n'en constituer qu'unie partie, en mélange avec d'autres fibres. Cet agencement peut être utilisé lorsque l'on utilise des fibres hydrophobes, par exemple des fibres de PTFE. Les fibres de PTFE présentent les propriétés hydrophobes désirées, mais tout à fait défectueuses sous d'autres rapports. Les fibres de PTFE ont une très faible rigidité à la flexion et de très médiocres caractéristiques de récupération en comparaison des fibres de polyamide, de polyester, de polypropylène et de laine.En outre, les fibres de PTFE ont une très faible résistance à la traction, des résistances à la traction typiques exprimes en grammes par denier étant de 1 ,8 à 2,0 pour le PTFE, de 4,1 à 5,6 pour le polyamide, de 4,0 à 5,0 pour le polyester et de 4,3 à 6,0 pour le polypropylène. De plus, les fibres de PTFE ont de-médiocres propriétés de résistance à l'a- brasion, sont difficiles à manipuler pendant le traitement textile, sont conteuses et ne sont disponibles que dans une gamme limitée de deniers. Ces inconvénients peuvent être surmontés dans une certaine mesure lorsqu'elles sont en mélange avec d'autres fibres, dans certains cas des fibres hydrophiles. Les exemples non limitatifs suivants illustrent l'invention. Dans les exemples s Teneur en humidité - Poids du papier x 100 .. . &num; du papier (fui) Poids de l'eau + Poids du papier Exemple 1. On traite sur un feutre de presse tissé classique d'une longueur de dix mètres, d'une largeur de 0,6 mètre, un tronçon de un~ mètre, sur toute la largeur, du feutre avec une solution à base de solvant d'un composé du-type polyméthyl-siloxane séchant à l'air ("M492n de ICI Ltd) ayant durci-de lui-même. On place le feutre sur la seconde presse d'une petite machine 2 à papier fabricant du papier de 105 g/m à raison de 30,5 m/mm. Des mesures de l'humidité par des procédés de détection gravimétrique et par miro-ondes indiquent une teneur en humidité de la feuille de papier, lorsque la feuille est mise au contact d e la zone traitée du feutre, de 57,75%, tandis que la teneur de la feuille sur la surface non traitée du feutre est de 61 ,25%, ce qui signifie une réduction de 3,5% de la teneur en humidité de la feuille. Toutes les réductions ultérieures de la teneur en humidité mesurées dans les exemples suivants sont déterminées d'une façon analogue. Exemple 2. On forme un feutre de presse humide sans fin comprenant : i) une étoffe à armure toile fabriquée à partir de fils de fibres synthétiques (fils de polyester et de polyamide à 1000 fils de trame et de channe par mètre) d'un poids total de 680 g/m2 ; ii) une couche intermédiaire de fibres coupées de 60 mm de polyamide de 10 deniers ("Nylon 6") d'un poids de 330 g/m2 j iii) une couche superficielle de fibre coupées de polypropylène de 60 mm de 6 deniers ctcun poids de 210 g/m2. On fabrique le feutre par une technique classique d'aiguilletage de manière que la fibre soit cardée et étalée avant l'aiguilletage. Ensuite, on lave le feutre et le sèche sur un appareil de ten- sion consistant en deux rouleaux dont l'un est susceptible d'être chauffé à la vapeur d'eau. On applique un composé du type polydiméthylsiloxane du type à durcissement à l'air à la surface én polypropylène de l'étoffe, à partir d'un solvant du type hydrocarbure chloré (par exemple le 1,1,1-trichloréthane) à l'aide d'un applicateur à rouleaux enducteurs, On applique un total de 2 de matières solides en poidS à la surface de polypropylène. Les silicones pénètrent Jusqutà une profondeur de 1 mm d'un feutre ayant une épaisseur totalede 2,0 mm (avant utilisation) sous une charge de 40 KN m 2. Le comportement de ce feutre est déterminé dans une presse pré- sentant des rouleaux lisses à une vitesse de 150 m/mn à une pression de 70 kg/cm, les rouleaux ayant une largeur de un mètre. ON effectue une comparaison du comportement de ce feutre et d'un feutre de me*me construction mais non traité. Le feutre réalisé selon l'exemple de l'invention permet d'obtenir, après une période de fonctionnement initiale, une réduction de 2,5?' de la teneur en humidité de la feuille quittant la presse par rapport à la teneur en humidité obtenue en utilisant le feutre non traité. Pour cet essai, la feuille de papier était en contact avec le feutre à sa sortie de la zone de serrage. Exemple 3. On réalise un feutre de la même manière que celle utilisée à l'exemple 2 excepté qu'on traite la fibre de polypropylène avec un composé à base dthydrophohe silicone, alors que la fibre est sous forme coupée. Le mode de traitement est le suivant on lave la fibre à l'eau, on l'essore, puis on la sèche à l'air chaud. On la plonge dans une solution à 8% (en volume) d'un prépolymère d'un composé du type polydiméthylsiloxane comprenant un catalyseur organométallique en solution dans le 1,1,1-trichloréthane. On essore la fibre et on évapore le solvant au moyen d'air chaud à 60-800C. On effectue le durcissement à 1100C pendant cinq minutes. On examine le comportement du feutre à 150 m/mn et 70 kg/cm (comme dans l'exemple 2) et on constate une amélioration de l'éli- mination de l'humidité du papier pénétrant dans la zone de serrage d'une presse lisse à une teneur en humidité de 72, par rapport à un feutre témoin en utilisant une couche superficielle de fibres de polyamide, de 3,0 à 3,5o/ó après une période initiale de fonctionnement. On essaie également le feutre sur la quatrième presse d'une machine de fabrication du papier à 520 mètres/mn et 75 kg/cm. Le rouleau qui se trouve en contact avec le feutre est du type à gorge connu dans le commerce sous la désignation "VENTA PRESS". On remarque une réduction de 2,09'-o de l'humidité du papier lorsqu'on effectue une comparaison avec des feutres analogues ne présentant pas de couche superficielle hydrophobe. Exemple 4. On réalise un feutre de presse humide sans fin comprenant : i) une étoffe à armure toile comme dans l'exemple 2 ii) une couche intermédiaire de fibres de "Nylon" coupées de 150 mm 2 de 18 deniers, d'un poids de 390 g/m2 iii) une couche superficielle de fibres coupées de polyamide de 2 60 mm de 3 deniers, pesant 150 g/m On traite la fibre de polyamide de 3 deniers utilisée pour la couche superficielle pendant qu'elle est sous une forme coupée pour produire un effet de répulsion de l'eau par le procédé suivant t a) on lave la fibre dans l'eau tiède, on l'essore et on la sèche à l'air. b) on plonge ensuite la fibre dans une solution à 9% d'acrylate de pentadécafluoroctyle et on ajoute 3% de peroxyde de tertio-butyle Le solvant utilisé est constitué par 90 parties de perchloréthylène et de 10 parties de tétrachloréthane. On porte la température à 1100C (pendant 20 minutes) en recyclant la vapeur sur la fibre dans un récipient fermé et on effectue un autre traitement de cinq minutes à cette température. On examine le comportement de ce feutre dans une presse lisse simple à 150 mlmn à 70 kg/cm et on compare les résultats avec ceux obtenus avec un feutre analogue dans lequel les fibres n'ont pas été traitées. Lorsqu'on retire le papier de la presse alors que le feutre se trouve au contact du papier, le feutre hydrophobe présente une amélioration de 3,0% de l'élimination de l'humidité par rapport au feutre non traité après une période initiale de fonctionnement. Lorsqu'on retire la feuille du rouleau supérieur de la presse, l'amélioration de l'élimination de l'eau est de 5 X après une po-- riode initiale de fonctionnement. Exemple 5. On réalise un feutre de presse humide sans fin à l'aide des trois couches décrites dans les exemples précédents, la fibre et l'étoffe de base ayant les mêmes poids que dans l'exemple 4 mais, dans ce cas, on utilise du polypropylène de-3 deniers pour la couche superficielle et un mélange de 60 parties de polypropylène de 15 deniers et de 4Q parties de fibres de laine pour la couche intermédiaire. On traite la fibre de polypropylène de 6 et de 15 deniers de la manière suivante avant l'incorporation et l'aiguilletage sur l'étoffe de base. On lave la fibre et la sèche, puis on la traite dans une chaud bre fermée dans laquelle de l'air est mis en circulation à 1000C. On fait passer de l'ozone dans le système pour en obtenir environ 01516 en volume. Au bout de dix minutes, on plonge la fibre dans une solution de polydiméthylsiloxane comprenant un catalyseur organométallique dans du 1,1,1-trichloréthane. Le catalyseur est présent dans un rapport de 1:5 et le prépolymère est avec une combinaison normale As3. On essore ensuite la fibre et on porte la température à 1100C pendant les vingt cinq minutes suivante. Le comportement de ce feutre est analogue à celui de l'exemple 4. Exemple 6. Avec un autre type de feutre humide sans fin consistant en une trame légèrement aiguilletée de fibres maintenues ensemble à l'aide d'un liant, l'utilisation d'un liant hydrophobe permet une amélioration de la propriété de répulsion de l'eau. Une trame sans fin de fibre discontinue de "Nylon 6" d'une lon 2 gueur de 60 mm de 10 deniers, légèrement aiguilletée à 600 g/m2 est imprégnée d'un élastomère aux silicones dans un mélange solvant à 1 sol de toluène et de méthyléthylcétone avec une teneur totale en matières solides de 400 g/m2. On chasse le solvant et on comprime le "feutre" jusqu'à 3 mm pendant le durcissement. Une comparaison des caractéristiques de répulsion de l'eau des deux feutres révèle qu'à 120 mètres/mn et à une pression de 45 kg/cm dans une presse lisse, on obtient une amélioration de l'élimination de l'humidité de 2,5% par rapport à celle obtenue avec un feutre ne comportant pas de liant hydrophobe. Le dessin annexé est une coupe schématique d'une forme de feutre pour machine à papier selon l'invention. Sur ce dessin, la référence 1 désigne les filés d'une couche de support tissée, la réfé- rence 2 désigne une nappe de fibres aiguilletées sur la couche de support pour fournir une couche intermédiaire hydrophile (ou moins hydrophobe) et la référence 3 désigne une couche superficielle en fibres hydrophobes. - REVENDICATIONS 1 - Feutre pour machine à papier destiné à recevoir l'eau provenant d'une bande de papier humide, comprenant une bande sans fin de matière fibreuse, caractérisé en ce que la bande consiste en ou comprend une couche ayant des caractéristiques hydrophobes telles que la tension superficielle critique de la couche soit inférieure à 33 dynes/cm. 2 - Feutre pour machine à papier selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche hydrophobe est exposée à la surface externe de la bande sans fin. 3 - Feutre pour machine à papier selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que la couche hydrophobe présente une couche de support en une matière hydrophile ou moins hydrophobe. 4 - Feutre pour machine à papier selon la revendication 3 caractérisé en ce que la couche hydrophobe et la couche de support présentent des espaces entre les fibres sansiblement de même dimension. 5 - Feutre pour machine à papier selon la revendication 3 ou la revendication 4, caractérisé en ce que les fibres de la couche hydrophobe ont un plus fin denier que les fibres de la couche de support. 6 - Feutre pour machine à papier selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les fibres de la couche hydrophobe sont liées ensemble par une résine ou un élastomère. 7 - Feutre pour machine à papier selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qutau moins certaines des fibres de la couche hydrophobe sont formées en une matière intrinsèquement hydrophobe. 8 - Feutre- pour machine à papier selon la revendication 7, caractérisé en ce que les fibres hydrophobes sont mélangées avec des fibres hydrophiles ou moins hydrophobes. 9 - Feutre pour machine à papier selon ltune quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'une matière hydrophobe adhère à la surface externe des fibres de la couche hydrophobe. 10 - Feutre pour machine à papier selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'une matière hydrophobe est liée chimiquement aux fibres de la couche hydrophobe. 11 - Feutre pour machine à papier selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qutune matière hydrophobe est incorporée dans les fibres de la couche hydrophobe.