Brevet FR2461570A1 — publié le 19810206

L'invention concerne un procédé perfectionné pour la fabrication de films, feuilles minces ou feuilles, polarisantes ou plus particulièrement, un procédé de fabrication de films, feuilles minces ou feuilles pola- risantes à base d'une feuille mince d'alcool polyvinylique étirée dans une direction et traitée par l'iode. Il est bien connu que lorsqu'on les étire dans une direction, qu'on les colore par l'iode et qu'on les sou- met ensuite à un traitement de stabilisation, des films, des feuilles minces d'alcool polyvinylique présentent un effet polarisant. Ces feuilles polarisantes à base d'al- cool polyvinylique ont plusieurs inconvénients, à savoir que les feuilles étirées sont très fragiles et qu'il faut les manipuler avec un soin extrême lors du traitement par l'iode et du traitement de stabilisation et que la feuille polarisante ainsi obtenue doit être collée le plus t8t possible à un substrat de renforcement pour éviter une rupture de la feuille, bien que le résultat ne soit pas toujours satisfaisant, la feuille s'arrachant lors du collage. En conséquence, on désire depuis longtemps mettre au point un procédé nouveau de fabrication d'une feuille mince ou feuille polarisante ayant comme matière de base l'alcool polyvinylique sans les inconvénients ci-dessus. C'est pourquoi l'invention a pour but de fournir une feuille mince ou feuille polarisante nouvelle et améliorée et aussi un procédé nouveau et perfectionné pour la fabrication de celle-ci, à base d'alcool polyviny- lique, évitant les inconvénients susdits des feuilles min- ces ou feuilles polarisantes antérieures à base d'alcool polyvinylique. L'invention concerne un procédé de fabrication d'une feuille mince ou feuille polarisante à base d'alcool polyvinylique, caractérisé par les étapes suivantes, consistant à: (a) exposer un film, une feuille mince ou une feuille de résine à base de chlorure de vinyle, servant de substrat, 246 1570 à une atmosphère de plasma à basse température d'un gaz non polymérisable à l'état de plasma, (b) revêtir la surface du substrat ainsi traité d'une solution aqueuse contenant un alcool polyvinylique dis- sous, (c) sécher le substrat ainsi revêtu pour former un revête- ment d'alcool polyvinylique fermement lié à la surface du substrat, (d) étirer dans une direction le substrat revêtu et (e) traiter par l'iode le substrat revêtu et étiré. Le procédé selon l'invention, défini ci-dessus, ne comporte pas l'étape difficile qui consiste à manipu- ler la feuille mince d'alcool polyvinylique étirée et fragile de sorte que même des personnes inexpérimentées peuvent fabriquer facilement une feuille mince ou feuille polarisante à base d'alcool polyvinylique. En outre, la feuille mince ou feuille polarisante obtenue par le procédé selon l'invention a d'excellentes qualités pratiques, comme exposé ci-après, sans utilisa- tion d'un adhésif. La résine à base de chlorure de vinyle qui forme le substrat peut être non seulement un homopolymère de chlorure de vinyle mais aussi toute espèce de résine copo- lymère dont le constituant monomère principal, représen- tant par exemple 50 % en poids ou davantage, est le chlo- rure de vinyle. Des mélanges de polymères conviennent aussi. L'épaisseur du substrat doit être déterminée compte tenu de l'équilibre entre la résistance mécanique et la transmission de lumière, selon les besoins. On trouve facilement dans le commerce des feuilles minces ou feuil- les d'un type de résine approprié, ayant l'épaisseur dé- sirée. La première étape du procédé de l'invention consiste à exposer la surface de la feuille mince ou feuille ser- vant de substrat à une atmosphère de plasma à basse tem- pérature d'un gaz non polymérisable à l'état de plasma, sous une pression de 0,001 à 10 torr. Il est facile 246 1570 d'engendrer le plasma à basse température dans l'atmos- phère gazeuse à la pression spécifiée, en appliquant aux électrodes un courant électrique à haute fréquence, par exemple de 13,56 MHz, avec une puissance de 10 à 500 W pour provoquer une décharge électrique à travers l'atmos- phère. On peut obtenir des résultats satisfaisants soit avec une décharge entre électrodes soit avec une décharge sans électrodes. La durée optimale du traitement par le plasma diffère largement selon la densité d'énergie de l'atmosphère de plasma mais elle est habituellement de quelques secondes à quelques dizaines de minutes. Bien entendu, la bande de fréquence de la décharge électrique n'est pas limitée au domaine des hautes fré- quences, mentionné plus haut, mais peut aller du courant continu à des basses fréquences et au domaine des micro- ondes. Le type de décharge électrique n'est pas limita- tif non plus et outre la décharge luminescente, on envi- sage la décharge d'étincelle et la décharge silencieuse. Comme électrodes de décharge, on peut utiliser des élec- trodes extérieures et des électrodes intérieures ainsi qu'une électrode enroulée, reliées à la source d'énergie par couplage capacitif ou inductif. Mais en tout cas, il est nécessaire que la surface du produit façonné ne soit jamais soumise à la dénaturation thermique par la chaleur dégagée dans la décharge électrique. Par gaz non polymérisable à l'état de plasma, on entend un gaz qui ne donne pas naissance à des produits à poids moléculaire élevé lorsqu'on engendre un plasma à basse température dans l'atmosphère de gaz à basse pres- sion. Des gaz appropriés sont principalement de nature non-organique, par exemple l'hélium, le néon, l'argon, l'azote, le protoxyde d'azote, le peroxyde d'azote, l'oxy- gène, l'air, le monoxyde de carbone, le dioxyde de carbone, l'hydrogène, le chlore et le chlorure d'hydrogène. On utilise ces gaz soit isolément soit en un mélange de deux ou plusieurs. La pression de l'atmosphère gazeuse dans la chambre génératrice de plasma est de 0,001 à 10 torr, de 246 1570 préférence de 0,01 à 1 torr, si l'on veut obtenir une décharge de plasma stable. L'étape suivante consiste à revêtir la surface ainsi traitée de la feuille mince ou feuille de résine à base de chlorure, de vinyle, en utilisantune solution aqueuse d'alcool polyvinylique. On peut utiliser dans le procédé selon l'invention toutes sortes d'alcools poly- vinyliques, y compris ceux qui sont complètement et par- tiellement saponifiés, dans la mesure o l'on peut prépa- rer une solution aqueuse du polymère. Les alcools poly- vinyliques ayant un degré de saponification supérieur à % sont préférables dans la plupart des cas. Le degré moyen de polymérisation ou le poids moléculaire moyen de l'alcool polyvinylique ne sont pas limitatifs non plus. Ces paramètres de l'alcool polyvinylique doivent être dé- terminés selon les qualités que l'on désire donner à la feuille mince ou feuille polarisante ainsi préparée. La concentration et la viscosité de la solution aqueuse sont les facteurs qui régissent l'épaisseur de la couche de revêtement d'alcool polyvinylique à la surface de la feuille mince ou feuille à revêtir et il faut donc les déterminer selon le pouvoir polarisant désiré. De façon générale, on ne peut guère obtenir des couches de revête- ment d'une épaisseur suffisante avec une solution aqueuse d'alcool polyvinylique d'une concentration inférieure à 0,1 % en poids tandis qu'une solution aqueuse d'alcool polyvinylique d'une concentration supérieure à quelques dizaines de % en poids est difficile à obtenir, vu la solubilité limitée du polymère dans l'eau. Lorsqu'on désire une couche de revêtement d'alcool polyvinylique ayant une épaisseur supérieure à celle que l'on obtient avec une solution aqueuse à la concentration maximale, il est recommandé de répéter plusieurs fois l'opération de revêtement en séchant à chaque fois. Habituellement, une épaisseur de 0,001 à 0,1 mm est préférable. A la différence d'une surface non traitée par le plasma à basse température, la surface de la feuille mince 246 1570 ou feuille traitée par le plasma ne repousse pas une so- lution aqueuse de sorte que la solution aqueuse d'alcool polyvinylique peut s'étaler uniformément sur la surface quel que soit le mode de revêtement, celui-ci pouvant s'appliquer par immersion, badigeonnage, pulvérisation ou tous autres moyens appropriés. Bien que ce ne soit pas essentiel, on applique de préférence le revêtement de solution aqueuse d'alcool polyvinylique à la surface aussi tôt que possible après l'achèvement du traitement par le plasma, de manière à éviter une altération éventuelle de l'état favorable donné à la surface par le traitement au plasma. Pratiquement, on n'observe pas de modifications sensibles de l'affinité de la surface traitée pour la solu- tion aqueuse d'alcool polyvinylique lorsqu'on effectue le revêtement dans les 24 heures qui suivent l'achèvement du traitement par le plasma. La feuille mince ou feuille utilisée comme substrat étant revêtue de la solution aqueuse d'alcool polyvinyli- que, on la sèche de sorte que la couche séchée d'alcool polyvinylique est fermement liée à la surface du subs- trat. On effectue ce séchage à une température comprise entre la température ambiante et 1300C, de préférence entre 50 et 700C. En tout cas, il faut veiller à ne pas causer de déformation thermique du substrat de résine à base de chlorure de vinyle à une température de séchage excessive. Il est facultatif d'effectuer le séchage sous pression réduite pour accélérer l'évaporation de l'eau. Il faut aussi éviter qu'il ne se produise une formation de mousse ou de bulles à cause de la vapeur d'eau engen- drée dans la couche de revêtement aqueuse pendant le séchage. La couche de revêtement d'alcool polyvinylique séché est liée fermement et solidairement à la surface du subs- trat et ne se décolle plus ensuite lors de la transforma- tion en feuille mince ou feuille polarisante désirée. Cette liaison étonamment ferme, même sans utilisation d'adhésif, est assurée probablement par l'augmentation 246 1570 de la mouillabilité, la formation de groupes fonctionnels et le dépolissage de la surface traitée par le plasma à basse température. L'étape suivante du procédé selon l'invention consiste à étirer la feuille mince ou feuille de résine à base de chlorure de vinyle portant le revêtement soli- daire d'alcool polyvinylique. On effectue cet étirage dans une direction au moyen d'un rouleau d'étirage classi- que à une température d'environ 50 à 2000C. Le rapport d'étirage est habituellement compris entre 1,5 et 10 fois, ou de préférence entre 2 et 5 fois la longueur non étirée, en vue d'un degré de polarisation suffisant. Il est à noter que dans cette étape d'étirage, la couche de revê- tement d'alcool polyvinylique ne se décolle jamais de la surface du substrat et reste fermement liée même après l'achèvement de l'étirage au plus grand rapport, ce qui est un avantage très remarquable de l'invention sur les procédés antérieurs. On soumet alors la feuille ou feuille mince compo- site étirée à un traitement ou à une coloration par l'iode. Le déroulement de ce traitement est bien connu sans limi- tations particulières et on plonge la feuille mince ou feuille composite étirée dans une solution aqueuse conte- nant par exemple de l'iode et de l'iodure de potassium dissous. Après l'achèvement du traitement par l'iode, il est désirable de soumettre la feuille mince ou feuille à un traitement de stabilisation pour éviter la dissipa- tion de l'iode. Pour exécuter ce traitement de stabilisa- tion, on plonge la feuille mince ou feuille traitée par l'iode dans une solution aqueuse contenant par exemple de l'acide borique, du thiosulfate de sodium et de l'iodure de potassium, tout en chauffant, si nécessaire, à une température de 600C au maximum. Puis, selon les besoins, on soumet la feuille mince ou feuille, polarisante, ainsi obtenue à un traitement thermique pour obtenir le produit désiré. Quand le produit 246 1570 est sous la forme d'une feuille relativement épaisse, on peut l'utiliser tel quel mais lorsqu'il s'agit d'une feuille mince, il est facultatif de l'intercaler entre des feuilles minces de triacétate de cellulose par exem- ple, pour obtenir une feuille ou plaque facile à manipu- ler. En tout cas, pour augmenter encore la résistance à l'humidité, il est désirable de revêtir la surface d'une émulsion aqueuse de résine acrylique, de copolymères éthylène/acétate de vinyle ou de résine de chlorure de vinylidène, pour former un revêtement superposé. Une autre façon d'obtenir une feuille polarisante mécaniquement résistante selon l'invention consiste à soumettre deux feuilles de résine de chlorure de vinyle au traitement par le plasma, à revêtir l'une de leur sur- face d'une couche d'alcool polyvinylique, puis d'effectuer l'étirage et le traitement par l'iode comme indiqué ci- dessus et à les stratifier ensemble de façon telle que les couches d'alcool polyvinylique soient en contact direct entre elles, les surfaces nues des feuilles de substrat étant tournées vers l'extérieur. L'invention apporte un procédé nouveau de fabrica- tion de feuilles minces ou feuilles polarisantes ayant d'excellentes qualités et peu coûteuses, par un processus continu. Les feuilles minces ou feuilles, polarisantes, de l'invention sont utiles pour les lunettes de soleil, pour les usages optiques, la publicité, les instruments d'inspection de déformations, les revêtements anti-éblouis- sants pour automobiles etc. On décrit l'invention plus en détail ci-après grâce à des exemples. Exemple 1 On broie au laminoir à 1800C pendant 10 minutes une composition de résine comprenant 100 parties en poids d'une résine dthomopolymère de chlorure de vinyle ayant un degré de polymérisation moyen d'environ 700 ("TK-700O fabriqué par Shin-Etsu Chemical Co., Japon), 5 parties en poids d'un stabilisant à base d'époxyde ("o-130P" 246 1570 fabriqué par Adeka Argus Chemical Co., Japon), 0,2 par- tie en poids de stéarate de calcium et 1,0 partie en poids d'un stabilisant contenant un composé organoétain ("T-17MJ", fabriqué par Katsuda Kako Co., Japon) puis on moule le tout par compression à 1850C pour former une feuille de 0,2 mm d'épaisseur. On place cette feuille dans un appareil générateur de plasma et on expose les deus surfaces pendant 10 minu- tes à l'atmosphère de plasma à basse température engendré par la décharge électrique, en appliquant un courant électrique à haute fréquence de 13,56 MHz avec une puis- sance de 150 W, tout en réglant la pression dans la cham- bre à plasma et en la maintenant à 0,4 torr au moyen d'un courant d'argon sous pression réduite. On plonge la feuille de substrat ainsi traitée dans une solution aqueuse à 5 % en poids d'un alcool poly- vinylique ayant un degré de polymérisation moyen d'envi- ron 2000 et un degré de saponification d'environ 99,5 % ou davantage ("Poval C-20", fabriqué par Shin-Etsu Chemical Co.), on le retire de la solution et on le sèche à l'air pendant 3 jours pour former des revêtements d'alcool. polyvinylique de 0,03 mm d'épaisseur fermement liés aux surfaces de la feuille de substrat. On étire alors la feuille revêtue au moyen d'une machine à étirer, à 900C, avec un taux de 300 %. On soumet alors la feuille au traitement par l'iode en la plongeant pendant 30 secondes dans une solution aqueuse contenant 1,5 % en poids d'iode et 7,5 % en poids d'iodure de potassium, puis on applique un traitement de stabilisation en la plongeant pendant 1 minute dans une solution aqueuse contenant 10 % en poids d'acide borique, 0,2 % en poids de thiosulfate de sodium et 0,25 % en poids d'iodure de potassium. Les qualités de polarisation de la feuille ainsi obtenue sont les suivantes: transmission de lumière à travers une seule feuille 40,8 % transmission de lumière à travers deux feuilles croisées à angle droit 2, 3 % degré de polarisation 92,0 70 Exemple 2 On broie au laminoir à 160 C pendant 10 minutes une composition de résine comprenant 50 parties en poids d'une résine d'homopolymère de chlorure de vinyle ayant un degré de polymérisation moyen d'environ 700 ("TK-700", fabriqué par Shin-Etsu Chemical Co.), 50 parties en poids d'un copolymère chlorure de vinyle/acétate de vinyle ("SC-500T", même fabricant) 0,2 partie en poids de stéara- te de calcium et 1,0 partie en poids d'un stabilisant contenant un composé organoétain ("M-lOD", fabriqué par Tokyo Fine Chemical Co., Japon), puis on moule par com- pression à 170 C pour former une feuille de 0,5 mm d'épais- seur. On soumet cette feuille au traitement par le plasma à basse température dans les mêmes conditions que dans l'exemple 1, si ce n'est que l'on maintient la pression de l'atmosphère d'argon à 0,2 torr au lieu de 0,4 torr. On plonge la feuille traitée dans une solution aqueuse à 10 % en poids d'un alcool polyvinylique ayant un degré moyen de polymérisation d'environ 500 et un taux de saponification d'environ 99 % ou davantage ("Poval C-05" fabriqué par Shin-Etsu Chemical Co.) puis on la retire et on la sèche à l'air pour former des revêtements d'alcool polyvinylique d'environ 0,08 mm d'épaisseur, fermement liés aux deux surfaces de la feuille de subs- trat. On étire alors la feuille revêtue au moyen d'une machine à étirer, à 120 C, avec un taux de 200 %. On effectue le traitement de la feuille par l'iode en la plongeant pendant 15 secondes dans une solution aqueuse contenant 3,0 %o en poids d'iode et 7,5 5 en poids d'iodure de potassium puis on effectue un traitement de stabilisation en plongeant la feuille pendant 1 minute dans une solution aqueuse contenant 7,5 % en poids d'acide 246 1570 borique, 0,2 5Io en poids de thiosulfate de sodium et 0,25 % en poids d'iodure de potassium à 600C. Les qualités de polarisation de la feuille ainsi obtenue sont les suivantes: transmission de lumière à travers une seule feuille 27,6 % transmission de lumière à travers deux feuilles croisées à angle droit 1, 6 % degré de polarisation 92,5 % Exemple 3 On place dans un appareil générateur de plasma une feuille commerciale de résine de polychlorure de vinyle d'environ 0,2 mm d'épaisseur (PL Sheet", fabriqué par Shin-Etsu Polymer Co., Japon) et on expose les deux sur- faces pendant 5 minutes à l'atmosphère de plasma à basse température engendrée par la décharge électrique, en ap- pliquant un courant électrique à haute fréquence de 13,56 MHz avec une puissance de 300 W, tandis que l'on règle la pression dans la chambre à plasma et qu'on la maintient à 0,4 torr en faisant passer de l'oxygène sous pression réduite. On plonge la feuille ainsi traitée dans une solu- tion aqueuse à 7 % en poids d'un alcool polyvinylique ayant un degré de polymérisation moyen d'environ 1750 et un taux de saponification d'environ 99 % ("Poval C-17", fabriqué par Shin-Etsu Chemical Co.), on la retire et on la sèche à l'air pour former des revêtements d'alcool polyvinylique d'environ 0,06 mm d'épaisseur, fermement liés aux surfaces de la feuille de substrat. On étire la feuille revêtue au moyen d'une machine à étirer, à 1000C, avec un taux de 250 %, puis on la soumet au traitement par l'iode en la plongeant pendant 20 secon- des dans une solution aqueuse contenant 2 %o en poids d'iode et 15 % en poids d'iodure de potassium et on effec- tue ensuite le traitement de stabilisation en la plongeant pendant 1 minute dans une solution aqueuse contenant 10 % en poids dtacide borique, 0,2 % en poids de thiosulfate de sodium et 0,3 % en poids d'iodure de potassium à 600C. 246 1570 il Les qualités de polarisation de la feuille ainsi obtenue sont les suivantes: transmission de lumière à travers une seule feuille 37 % transmission de lumière à travers deux feuilles croisées à angle droit 2, 2 % degré de polarisation 93,2 % 2 246 1570 REVENDICATIONS 1 - Procédé de fabrication de films, feuilles minces ou feuilles, polarisantes, à base d'alcool poly- vinylique, caractérisé par les étapes suivantes, consis- tant à: (a) exposer un film, une feuille mince ou une feuille de résine à base de chlorure de vinyle, servant de substrat, à une atmosphère de plasma à basse température d'un gaz non polymérisable à l'état de plasma, (b) revêtir la surface du substrat ainsi traité d'une so- lution aqueuse contenant un alcool polyvinylique dissous, (c) sécher le substrat ainsi revêtu pour former un revê- tement d'alcool polyvinylique fermement lié à la surface du substrat, (d) étirer dans une direction le substrat revêtu et (e) traiter par l'iode le substrat revêtu et étiré. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'alcool polyvinylique a un degré de saponifi- cation d'au moins 95 %. 3 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche d'alcool polyvinylique a une épais- seur de 0,001 à 0,1 mm. 4 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on conduit le séchage de l'étape (c) à une température de 50 à 700C. - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on conduit l'étirage de l'étape (d) à une température de 50 à 2000C. 6 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rapport d'étirage de l'étape (d) est d'envi- ron 1,5 à 10 fois la longueur non étirée.