Brevet FR2485432A1 — publié le 19811231

i La présente invention concerne un procédé de fabrication d'articles en mousses à partir de particules prémoussées d'une résine de polyoléfine. Certaines méthodes ont déjà été proposées jusqu'ici, comprenant la réticulation et le prémoussage d'ure résine de polyoléfine comme résine de base, pour former des particules de la polyoléfine prémoussées et réticulées, particules dont on garnit un moule et dont on parfait le moussage par chauf- fage, en vue d'obtenir des objets moulés ayant la forme du moule. Par exemple,le brevet japonais publié N' 22951/1976 décrit un procédé consistant à maintenir des particules pré- moussées d'une résine de polyoléfine, pendant' un temps déter- miné, dans un gaz minéral tel que l'air, maintenu à une pres- sion élevée pour qu'il pénètre et reste dans les particules à une pression de 1,18 atmosphère, puis à mettre les particu- les dans un moule et à parfaire le moussage sous l'action de la chaleur. Mais ce procédé a le défaut que dans le cas d'un article moussé de grande épaisseur, l'adhérence entre les particules au sein de l'article devient mauvaise et la qualité du produit n'est pas satisfaisante. De plus, ce pro- cédé connu ne peut être appliqué qu'aux résines de polyolé- fines dont la température de ramollissement est basse, par exemple à du polyéthylène à basse densité, car si on l'appli- que à une résine à haute température de ramollissement comme le polypropylène, le produit obtenu présente une mauvaise adhé- rence non seulement dans sa partie centrale ou coeur, mais aussi à sa surface. La présente invention a pour objet de remédier à ces inconvénients de la technique antérieure et de fabri- quer des articles moussés à coeur bien adhérent avec des particules prémoussées d'une résine de polyoléfine, par un procédé pouvant être appliqué à une large gamme de polyolé- fines,dont la température de ramollissement peut être basse, moyenne ou élevée. Elle a plus précisément pour objet un procédé de production d'articles moussés en une résine de polyolé- fine dans lequel on garnit un moule de particules prémous- sées de la résine dont les cellules contiennent un mélange gazeux d'un gaz minéral et d'un agent moussant organique volatil, et on les chauffe pour former l'article moussé, procédé caractérisé en ce que la pression totale (absolue) du mélange gazeux dans les particules prémoussées est de 1,4 à 2,5 bars, la pression partielle du gaz minéral étant maintenue entre 0,4 et 1,1 bar (pression absolue) et la pression partielle (absolue) de l'agent moussant volatil entre 0,8 et 1,6 bar. Des exemples de polyoléfines utilisables sont le polyéthylène, le polypropylène, les copolymères éthylène/ propylène et éthylène/acétate de vinyle, ainsi que des mé- langes de deux ou plus de ces polymères ou copolymères et des mélanges d'au moins 50 % de l'une des polyoléfines ci-dessus avec une autre résine. L'air, l'azote, l'hélium, le néon, l'argon etc... peuvent être choisis, séparément ou en mélanges, comme gaz minéral, mais l'air est plus économique et pour cela il est préféré. L'agent moussant volatil (agent gonflant ou agent d'exp nsion) peut être choisi parmi des hydrocarbures alipha- tiques ou cycloaliphatiques, des hydrocarbures halogénés et autres, qui peuvent être gazeux ou liquides dans les condi- tions normales,et qui sont ordinairement employés comme agents moussants organiques pour la productbn de mousses, des exem- ples particuliers étant des hydrocarbures aliphatiques tels que le propane, le butane et le pentane, des hydrocarbures cycloaliphatiques comme le cyclobuane et le cyclopentane, des hydrocarbures halogénés tels que trichlorofluorométhane, le dichlorodifluorométhane, le dichlorotétrafluoroéthane, le chlorure de méthyle, le chlorure d'éthyle et le chlorure de méthylène, les hydrocarbures halogénés étant préférables. Ces agents moussants peuvent être utilisés séparément ou en mélanges entre eux. Il est essentiel que dans les cellules des particules prémoussées de la résine de polyoléfine que l'on met dans le moule, la pression partielle absolue du gaz minéral soit de 0,4 à 1,1 bar, la pression partielle absolue de l'agent moussant volatil soit de 0,8 à 1,6 bar et la pression totale absolue du mélange gazeux de 1,4 à 2,5 bars. Si en effet la pression totale du mélange est inférieure à 1,4 bar, l'article moussé formé présente un fort retrait, tandis que si elle dépasse 2,5 bars, la couche de surface de l'article adhère bien mais le coeur a une adhérence insuffisante. Si d'autre part la pression partielle du gaz minéral est inférieure à 0,4 bar, ou que la pression par- tielle de l'agent moussant dépasse 1,6 bar, l'article formé présente un fort retrait même si la pression totale est de 1,4 à 2,5 bars, et par ailleurs, si la pression partielle du gaz dépasse 1,1 bar ou que la pression partielle de l'a- gent moussant soit inférieure à 0,8 bar, il est impossible d'obtenir un article moussé bien adhérent avec une résiné dont la température de ramollissement est élevée, non plus qu'un article de forte épaisseur. En d'autre termes, ce n'est que si la pression partielle du gaz est de 0,4 à 1,4 bar, celle de l'agent moussant de 0,8 à 1,6 bar et la pres- sion totale de 1,4 et 2,5 bars (pressions absolues), que l'on peut obtenir un article moussé bien adhérent et pra- tiquement sans retrait, quelles que soient son épaisseur et la température de ramollissement de la résine de base. Si par exemple les particules prémoussées sont des particules d'un polyéthylène à basse densité (en général employé à l'état réticulé) dont la température de ramollissement est relativement basse, le procédé selon cette invention peut donner des articles moussés bien adhérents m'me dans leur partie centrale (coeur), que son épaisseur soit seulement de 10 à 20 mm par exemple, ou bien qu'elle dépasse 50 mm par exemple. De plus, avec du polypropylène ayant une température de ramollissement relativement élevée, le présent procédé peut donner des articles moussés bien adhérents et pratiquement sans retrait. On ne sait pas précisément à quoi il faut attri- buer cet avantage de l'invention, mais on suppose cependant qu'il est du à un effet de coopération (synergie) de l'agent moussant volatil qui améliore l'adhérence en plastifiant la résine de base, et a comme,effet secondaire d'empêcher le retrait de l'article moussé pouvant se produire à la suite du départ de l'agent moussant volatil, ceci par le maintien aux valeurs optimales des pressions partielles du gaz et de l'agent moussant. En raison de cet avantage, la présente invention apporte aussi les avantages subsidiaires suivants: d'une manière spécifique, une bonne adhérence permet le moulage à une température relativement basse, et le temps de chauffa- ge et de refroidissement peut être raccourci, ce qui est d'un grand intérêt commercial puisque cela raccourcit le cycle de moulage. Une méthode générale courante d'obtention de particules prémoussées consiste à chauffer à la vapeur d'eau des particules d'une résine de polyoléfine contenant un agent moussant, mais cette méthode n'est pas avantageuse sous di- vers aspects. Comme le temps de chauffage est assez long, l'agent moussant quecontiennent les particules de la poly- oléfine s'échappe au cours du prémoussage et le moussage est peu efficace, ce qui rend la méthode impropre pour une production de masse. En outre, le rapport d'expansion ( gonflement) est faible et les particules prémoussées formées sont peu efficaces, et avec une résine de base dont la température de ramollissement est élevée, la température à laquelle est effectué le moussage doit être haute, ce qui rend plus difficile d'obtenir des particules prémoussées de bonne qualité. Au contraire, dans le présent procédé, on forme les particules prémoussées en libérant les particules de la résine contenant l'agent moussant volatil,et l'eau,en les mettant dans une atmosphère à basse pression, et ainsi la moussage se fait très rapidement et totalement en une durée très courte, et de plus, la vitesse de transfert des parti- cules moussées est élevée. L'efficacité du moussage est donc très grande, et l'on peut obtenir en de courtes périodes de grandes quantités de particules prémoussées. Même si l'agent moussant est incorporé dans les mêmes proportions que les particules de la résine, le procédé selon cette invention peut donner des particules prémoussées avec un taux d'expansion plus élevé que la méthode antérieure ci-dessus, et même avec une résine ayant une haute température de ramollis- sement, les particules prémoussées peuvent être facilement obtenues du fait que la résine est chauffée à l'avance à une température propre au moussage, alors qu'elle est dis- persée dans l'eau dans un récipient clos. Les particules prémoussées qui sont employées selon cette invention peuvent être commodément obtenues par un procédé comprenant une opération d'imprégnation par dispersion dans de l'eau d'un agent moussant volatil et des particules de la résine de polyoléfine, dans un récipient clos, et leur chauffage à une température supérieure à la température minimale à laquelle les particules se ramollissent (point de ramollissement des particules), pour faire pénétrer l'agent moussant dans celles-ci; une opération de pré- moussage consistant à maintenir la pression dans le réci- pient au-delà de la tension de vapeur de l'agent moussant, à ouvrir le récipient à une extrémité et à maintenir les particules et l'eau simultanément dans une atmosphère à une pression plus basse que celle du récipient; et une opération de vieillissement consistant à placer les parti- cules prémoussées dans un récipient o elles sont vieillies sous pression avec un gaz minéral ou un mélange gazeux d'un gaz minéral et d'un agent moussant volatil. On procède en général à l'opération d'imprégna- tion (dispersion) en mettant 100 parties en poids de parti- cules de la résine de polyoléfine, avec 100 à 300 parties en poids d'eau, de préférence 200 à 300 parties, dans un récipient que l'on ferme et o l'on introduit 5 à 50 par- ties en poids, de préférence 8 à 35 parties, de l'agent moussant volatil, puis en chauffant le contenu au-dessus de la température de ramollissement de la résine de poly- oléfine. Dans cette opération, la température de chauffage est maintenue entre des limites qui donnent un prémoussage favorable sans détruire les cellules, compte-tenu des pro- priétés de la résine de polyoléfine. Par exemple, si la résine de base est du polyéthylène à basse densité réticulé, la température de chauffage sera ordinairement de 70 à 1400C, alors que si la résine est un polypropylène non réticulé ou un copolymère éthylène-propylène dont la teneur en éthy- lène est de 5 à 15 moles %, la température de chauffage sera généralement de 120 à 170'C. Le temps de chauffage doit être suffisant pour que l'agent moussant pénètre dans les particules de la résine, et ilest en général de 30 minutes à 1 heure. Dans cette opération, le chauffage peut se faire par tout moyen connu. Après cette opération on procède au prémoussage. Pour cela, on maintient le récipient sous une pression élevée et on en ouvre une extrémité pour libérer en même temps les particules de résine contenant l'agent moussant, et l'eau,dans une atmosphère à une pression plus basse que celle du récipient, pour former les particules prémous- sées. Dans cette opération de prémoussage selon l'invention, la tension de vapeur de l'agent moussant signifie celle de cet agent contenu dans les particules de résine dispersées dans l'eau, et elle ne correspond pas nécessairement à la tension de vapeur de l'agent moussant considéré seul. Ainsi, dans l'opération de prémoussage, la tension de vapeur de l'agent moussant peut varier avec le degré d'affinité entre cet agent et les particules de la résine de polyoléfine, les teneurs en agent moussant et en particules, la nature de l'agent moussant et autres facteurs. L'atmosphère dans laquelle sont placées simultané- ment l'eau et les particules de la résine contenant l'agent moussant peut être une atmosphère maintenue à une pression inférieure à celle qui règne à l'intérieur du récipient, et ce sera ordinairement l'air atmosphérique. Pour placer le contenu du récipient dans une atmosphère extérieure maintenue à une pression plus basse que le récipient, tout en maintenant celui-ci à une pres- sion supérieure à la tension de vapeur de l'agent moussant, il est commode de prévoir un orifice à une extrémité du récipient,situé au- dessous de la surface de l'eau, et de l'ouvrir pour libérer le contenu, en introduisant en même temps- dans le récipient un gaz sous pression, par exemple azote ou air, ou de la vapeur d'eau sous pression. Les particules prémoussées contenant l'agent moussant sont obtenues de la manière qui vient d'être dite, particules qui sont encore impropres pour la production d'ar- ticles moussés selon cette invention, et qui doivent être alors soumises à un vieillissement sous pression pour ré- gler la composition des gaz dans leurs cellules. On peut avantageusement effectuer cette opé- ration de vieillissement sous pression en plaçant les par- ticules prémoussées dans un récipient approprié avant que l'agent moussant volatil ne s'en dégage, et en les soumet- tant pendant un temps déterminé à une pression déterminée d'un gaz minéral ou d'un mélange de ce gaz avec un agent moussant volatil; ou encore en commençant par laisser les particules prémoussées à l'air atmosphérique pour permettre le dégagement de l'agent moussant, puis en les plaçant dans un récipient approprié o on les expose pendant un temps déterminé à une pression déterminée d'un mélange d'un gaz minéral et d'un agent moussant volatil, la première façon d'opérer étant plus intéressante dans la pratique indus- trielle. Alors que la pression du mélange gazeux dans les cellules des particules prémoussées ainsi obtenues est maintenoe telle que la pression partielle absolue du gaz minéral soit de 0,4 à 1,1 bar, la pression partielle abso- lue de l'agent moussant volatil de 0,8 à 1,6 bar et la pres- sion totale absolue du mélange gazeux de 1,4 à 2,5 bars, ces particules prémoussées sont mises dans un moule o on les chauffe pour parfaire le moussage, ce qui donne un article moussé bien adhérent, pratiquement sans retrait. La pression totale du mélange gazeux dans les particules prémoussées peut être calculée par la rela- tion suivante d'après le volume de mélange gazeux se déga- geant des particules, lequel est mesuré avec une burette à gaz reliée à un récipient contenant les particules t - t _ ob (l + 273 Pression totale - ( + (pression absolue en v - d atmosphères) formule dans laquelle: Vob représente le volume (ml) du gaz qui s'est dégagé des particules prémoussées, tob la température (0C) de ce gaz, t la température (0C) des particules prémoussées, v le volume (ml) mesuré des particules prémoussées, w le poids (g) mesuré des particules prémoussées, d la masse volumique (g/ml) de la résine de base. La pression partielle de l'agent moussant volatil peut être calculée après la détermination quantita- tive par chromatographie en phase gazeuse. Les exemples qui suivent illustrent plus par- ticulièrement la présente invention. EXEMPLES 1 à 3 ET EXEMPLES COMPARATIFS 1 à 3 On met dans un récipient 100 parties en poids de particules d'un polyéthylène réticulé à 55 % de gel (degré de réticulation) avec 22 parties en poids de dichloro- difluorométhane et 219 parties d'eau, et tout en agitant on porte à 1050C et on maintient à cette température pendant 1 heure. Tout en maintenant la pression dans le récipient aux environs de 28 bars (pression relative), on ouvre le récipient à une de ses extrémités pour mettre en même temps les particules et l'eau à l'air atmosphérique, ce qui donne ' des particules prémoussées ayant une masse volumique apparente de 0,036 g/ml, et aussitôt après on met les particules dans un réservoir approprié o on les soumet à une pression gazeuse dans les diverses conditions qui sont indiquées au tableau 1 ci-après.On transfère ensuite les parti- cules dans la trémie d'une machine de moulage, d'o elles passent dans un moule de 90 mm d'épaisseur, 900 mm de largeur et 1200 mm de longueur, o elles sont moulées par chauffage avec de la vapeur d'eau à 0,8 bar de pres- sion relative, les résultats obtenus étant groupés dans le tableau 1. (Voir tableau 1 page suivante) qIcau alDT4-oe, 1 ap (% 8 uozCTua) 9Icu aid -T-.re,I ap auleu7 aT4aed ET ap saTiD -FWed sal azi.ua qIncm alD -TTe, àl ap aua-.4 -UT aT1.ed ef aT salnDTqxLd sal ae4ua aDua.ra*lpe as TeAnew L ' Z i I 8'0 8'0 8'0 S'O 6'1 z 1 1 L's L' S aes x Tnas Zv nas ZTv ú m om ol Ft pi Ft Pi r1, p- I-h suog 9'1 Z'l T ' IO ú O suoa S'I 6'O 9'O0 SZ I:. =T-la:lz Z suog 8'1 8 '0 0'1 Lú '.nas t1T I. SUOTkZ0do.ad saTTour suoTzlodol Zl-. np2TI ap zb aeîToi aeîTaTiad aeTTaTaed (s.Tq) np uoT4TsodmoD uOTssa9d uoTssa1lq ' uoTssaa, uoUssa.9'. sulpnsg (sLqeu) sagUuo_(salnaq 7Z 'S0 Z0) UOTssaT d / saInoTqad sap auaaquT UoTssaaa snos Gsu VI ap suoIpuo;D I a V ai v on C'.' c I I - EXEMPLES 4 à 6 ET EXEMPLES COMPARATIFS 4 à 6 On met dans un récipient 100 parties en poids de particules non réticulées d'un copolymère satistique (à répartition aléatoire) éthylène- propylène à 9 moles % d'éthylène, avec 23 parties en poids de dichlorodifluorométhane et 250 parties d'eau, et tout en agitant on chauffe à 1350C et on maintient à cette température pendant 1 heure. On ouvre ensuite une extrémité du récipient tout en mainte- nant la pression relative dans celui-ci aux environs de 30 bars, les particules et l'eau étant mises en même temps à l'air atmosphérique, ce qui donne des particules moussées, ayant une masse volumique apparente de 0,016 g/ml. Aussi- tôt après on transfère les particules dans un réservoir approprié o on les soumet à la pression d'un gaz dans les diverses conditions indiquées au tableau 2. Les particules sont ensuite placées dans-la trémie d'une machine de mou- lage d'o elles passent dans un moule de 40 mm d'épaisseur, 400 mm de largeur et 600 mm de longueur, dans lequel elles sont moulées par chauffage avec de la vapeur d'eau à 4 bars de pression relative. Les résultats obtenus sont groupés dans le tableau 2. (Voir tableau 2 page suivante) gTnotu IDT4e,l op auzaquT O eTqavd MI ap sel -nDTrqed sel eaque m (D GDuazqqpv esTvAnuw L'Z 9'I I'I 8'ú E: =EI:aTV 9 91no0u alTIle,I ap qelvaqa jaoj Z'Z L 'Il Sj 'OSle Z:TI=ZTI-JaV: F q1nou eTOTaLI N p 4TUlaleq oq L 'I >'Pl ú'0O': = I- : F suoI t, 'Z úi'T I l SI'ú Z: ú=Z 1-,q:,F9 x suoq 'Z S'T 6'0 S'ú I:I=Et-:a: S suog O'Z 9'1 i'0 0'ú Z:i=Z-i_:aTv CD ZI-j n[ aTT,T aP suoT:kodoa aeTrqO ieTT9:IFR alTaTiiad (savq) zeb np uoTqTsoduOD uoTssaa uoTssazc uoTsszaz UoTssad. slvqTnsE' (sleq) saewgoZo (sanaq tez 'Dooz) uoTssald sOTnoTqled sep au$aquT uoTsssei snos GsTu MI Op suoTITpuoD t%l z a v a 1 a y L 2485432- EXEMPLE 7 On place dans un récipient 100 parties en poids de particules d'une résine de polyéthylène réticulé à 53 % de gel (degré de réticulation), avec 250 parties en poids d'eau, 18 parties de dichloro-difluorométhane et 9 parties de tétrafluoro-dichloroéthane, et tout en agitant on chauffe à 105'C et on maintient cette température pendant 1 heure. Tout en maintenant la pression relative dansle récipient aux environs de 28 bars, on ouvre un robinet au fond du récipient pour mettre les particules et l'eau à l'air atmos- phérique, ce qui donne des particules prémoussées ayant une masse volumique apparente de 0,032 g/ml. Aussitôt après on place ces particules prémoussées dans un réservoir approprié o on les laisse pendant 24 heures à la température ordinaire dans de l'air à une pression relative de 2,2 bars, puis on les transfère dans la trémie d'une machine de moulage. La pression totale absolue au sein des particules est de 1,7 bar (pression partielle de l'air 0,9 bar, du dichloro-difluoro- méthane 0,5 bar et du tétrafluorodichloro-éthane 0,3 bar). Les particules, avec cette pression interne, sont placées dans un moule de 60 mm d'épaisseur, 700 mm de largeur et 1200 mm de longueur, o elles sont moulées par chauffage avec de la vapeur d'eau à une pression relative de 0,8 bar, ce qui donne un article moussé bien adhérent,et pratique- ment sans retrait. R E V E N D I C A T I O N S 1.- Procédé de production d'articles moussés en une résine de polyoléfine dans lequel on garnit un moule de particules prémoussées de la résine dont les cellules contiennent un mélange gazeux d'un gaz minéral et d'un agent moussant organique volatil, et on les chauffe pour former l'article moussé, procédé caractérisé en ce que la pression totale (absolue) du mélange gazeux dans les par- ticules prémoussées est de 1,4 à 2,5 bars, la pression partielle du gaz minéral étant maintenue entre 0,4 et 1,1 bar (pression absolue) et la pression partielle (absolue) de l'agent moussant volatil entre 0,8 et 1,6 bar. 2.- Procédé selon la revendication 1 dans lequel on forme les particules prémoussées en dispersant dans de l'eau, dans un récipient fermé, l'agent moussant volatil et les particules de la résine de polyoléfine, que l'on chauffe au-dessus de la température de ramollissement des particules pour faire pénétrer l'agent moussant dans celles-ci, puis en maintenant la pression dans le récipient au-dessus de la tension de vapeur de l'agent moussant, en ouvrant le récipient à une extrémité pour mettre en même temps les particules et l'eau dans une atmosphère à pression plus basse que celle régnant dans le récipient, ce qui donne des particules prémoussées que l'on place dans un récipient approprié o elles sont vieillies sous la pression d'un gaz minéral-ou d'un mélange de ce gaz avec un agent moussant vo- latil. 3.- Procédé selon la revendication 1 ou 2 dans lequel la résine de polyoléfine est du polyéthylàne, du polypropylène, un copolymère éthylene-propylène ou éthylène- acétate de vinyle, ou encore un mélange de deux ou plus de ces polymères ou copolymères ou un mélange d'au moins 50 % d'une telle résine de polyoléfine avec une autre résine. 4.- Procédé selon la revendication 1 ou 2 dans lequel la résine de polyoléfine est du polyéthylène réti- culé. 5.- Procédé selon la revendication 1 ou 2 dans lequel la résine de polyoléfine est du polypropylène non réticulé. 6.- Procédé selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 5 dans lequel l'agent moussant organique vola- til est du trichlorofluorométhane, du dichlorodifluoro- méthane ou du dichlorotétrafluoroéthane, ou un mélange de deux de ces corps ou des trois.