Brevet FR2489827A1 — publié le 19820312

-1- L'invention concerne un procédé de préparation de suspensions de polymères. Elle concerne également lesdites suspensions et leurs applications. La préparation de suspensionsde polymères peut être effectuée de différentes manières. On peut, par exemple, comme décrit dans des articles de Messieurs TZE CHENG et MEMERING, d'une part, et MC SHARRY, HOWELL et MEMERING, d'autre part, parus respective- ment dans "Plastics World " de Janvier 1968 (pages 28 et suivantes), et dans "Plastiques Modernes et Elastomères" d'avril 1968 (pages 71 et suivantes), obtenir des disper- sions de polyéthylène à partir de poudres de polyéthylène dont la granulométrie est au minimum de 8 microns et peut atteindre 30 microns, la poudre de polyéthylène étant dis- persée dans de l'eau ou dans un composé organique. Ces dispersions ont toutefois l'inconvénient de décanter et sont difficiles à réhomogénéiser, ce qui est un inconvé- nient pour leur emploi, notamment pour le revêtement de supports. Les supports pouvant être revêtus à l'aide de dispersions sont variés: papier, métaux ou textiles. Dans l'article paru dans "Plastics World", il est indiqué que l'épaisseur de la pellicule de polyéthylène sur un support métallique revêtu à l'aide de telles suspensions est de l'ordre du millème de pouce, soit donc environ 25 microns. Bien que la granulométrie du polyéthylène contenu dans ces dispersions soit faible, la Demanderesse a constaté, lors de précédents travaux, qu'il est préférable d'utiliser une suspension de polymère dans un liquide organique obtenue par refroidissement brutal d'une solution dudit polymère. La préparation de suspensionsde polymères par refroidissement brutal est décrite dans le brevet français no 945 962. L'utilisation de telles suspensions permet d'obtenir une couche de polymère, sur le support, d'une épaisseur très faible pouvant être voisine du micron. Cette utilisa- tion conduit donc à une économie de matière première. La Demanderesse a en outre constaté qu'en utilisant -2- de telles suspensions, la couche de polymère dont le sup- port est revêtu, après évaporation du liquide organique, mais avant fusion du polymère, adhère déjà au support, ce qui ne peut être obtenu avec les dispersions décrites dans les articles précités. De plus, l'utilisation de ces suspensions permet d'obtenir, après fusion du polymère, une pellicule uniforme et continue, bien que l'épaisseur de celle-ci soit très faible, ce qui ne peut non plus être obtenu avec des dispersions o la granulométrie du poly- mère est de l'ordre de 8 à 30 microns. L'avantage de ces suspensions obtenues par refroidissement est qu'elles restent stables. Ces précédents travaux de la Demanderesse ont conduit au dépôt de la demande de brevet français n 2 386 402, qui concerne un procédé de revêtement d'un support par une couche de polymère. Ce procédé comprend: a) la préparation d'une suspension de polymère dans un liquide organique, b) l'enduction du support par ladite suspension de polymères, c) l'élimination du liquide organique, et il est caractérisé en ce que la suspension de polymère est obtenue par trempe d'une solution dudit polymère. La Demanderesse avait constaté qu'à partir d'une certaine concentration, pour un polymère donné, la suspen- sion n'était plus homogène, ce qui nuisait à son utilisa- tion pour l'enduction de supports. C'est ainsi que pour un polyéthylène haute densité, cette concentration limite était voisine de 8% en poids. Poursuivant ces travaux, la Demanderesse a trouvé le moyen d'obtenir des suspensions plus concentrées, homo- gènes et stables de polymères, ce qui évite la manipulation de grandes quantités de solvant. Le but de la présente invention est donc l'obtention de suspensions concentrées et stables de polymères. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de préparation d'une suspension concentrée d'au moins un polymère, ce procédé comprenant une première étape de 248982? -3- préparation d'une première suspension d'au moins un poly- mère dans un liquide organique, par trempe d'une solution dudit polymère et étant caractérisé en ce que, dans une seconde étape, on ajoute à la première suspension obtenue lors de la première étape, une poudre d'au moins un poly- mère, identique ou non au précédent, ladite addition con- duisant à la formation d'une suspension finale concentrée. Pour la préparation de suspensions selon l'invention, la Demanderesse a utilisé notamment le polyéthylène. Elle a également utilisé des copolymères greffés, obtenus par polymérisation de l'éthylène ou du propylène, et greffage d'une faible quantité d'acide acrylique. Ce greffage peut être effectué par extrusion d'une poudre de polymère ad- ditionnée de l'acide carboxylique, ladite poudre ayant été auparavant irradiée dans un accélérateur d'électrons. Les liquides utilisables pour obtenir la première sus- pension, peuvent être les liquides organiques habituellement employés comme solvants des homopolymères ou des copoly- mères de-l'éthylène et du propylène, notamment des hydro- carbures, tels que les hydrocarbures paraffiniques ou cycloparaffiniques, notamment 1'hexane, le cyclohexane, l'isooctane etc... La concentration du polymère utilisé dans la première suspension dépend du polymère et du liquide organique uti- lisé. Ainsi., dans le cas o le liquide organique est le cyclohexane et le polymère du polyéthylène haute densité, greffé ou non par l'acide acrylique, la concentration du polymère est de préférence inférieure à 8% en poids. La Demanderesse a en effet constaté qu'au-dessus de cette limite de 8%, la suspension n'est plus homogène. Pour d'autres couples polymère-liquide organique, la concentra- tion limite peut être inférieure ou supérieure à 8% en poids. La première suspension utilisable dans le procédé selon l'invention est obtenue par trempe d'une solution de polymère. La Demanderesse a constaté que, pour obtenir des suspensions de polymère utilisables dans le procédé selon l'invention, il est nécessaire que, lors de la trempe, -4- la température de la solution soit abaissée brusquement à une température qui dépend du polymère et du solvant utilisé. La température de la solution avant la trempe n'est pas critique et doit être suffisante pour que le polymère soit dissous dans le solvant. Dans le cas du polyéthylène basse densité ou du poly- éthylène haute densité, greffé ou non par de l'acide acry- lique, et du cyclohexane, il est préférable que la tempé- rature de trempe, et donc de précipitation, soit égale ou inférieure à 50 C. Dans le cas du polypropylène, greffé par de l'acide acrylique, il est préférable que la température de trempe soit inférieure ou égale à 400C. La deuxième éeape du procédé selon l'invention consiste à ajouter sous agitation à la première suspension d'au moins un polymère, une poudre d'au moins un polymère à uine tempé- rature qui peut être comprise entre 20 et 60oC0 Les polymères qui peuvent être ajoutés sous forme de poudre à la première suspension peuvent être identiques ou différents de ceux utilisés pour obtenir la première sus- pension. La Demanderesse a ainsi utilisé des poudres de copo- 1-mnères greffés, obteu par polymérisation de l'éthylène ou du propylène, et greffage d'une faible quantité d'acide acrylique. La poudre du polymère ajouté à la première suspension pour obtenir la suspension finale peut avoir une granulomé- trie comprise entre 5 et 80 microns. La poudre du polymère est ajoutée en quantité telle que la suspension finale ait la concentration totale du (ou des) polymère(s) désirée, cette concentration pouvant être comprise par exemple entre 10 et 25%, en poids. Les suspensions finales obtenues sont homogènes et décantent très peu, ce qui n'est pas le cas lorsque l'on disperse une poudre dans le solvant. Les suspensions selon l'invention peuvent être notam- ment utilisées pour revêtir un support. Les suspensions selon l'invention permettent de revêtir une gamme étendue de supports, comme les métaux, d'autres polymères, le verre, le papier, les tissus. T' i 'ion du support peut être effectuée par des moyens connus dans la technique. Elle peut être effectuée -2489827 -5- par exemple, par enduction d'un film par un rouleau de - transfert. Le liquide organique contenu dans la suspension doit ensuite être éliminé du support enduit par séchage du support, par exemple, par chauffage dans un tunnel chauf- fant. Après élimination du liquide organique, l'épaisseur de la couche de polymère dont le support est ainsi revêtu peut être voiine du micron. Si le support a été porté à une température suffisante pour que le polymère soit fondu, la couche est continue. Pour le polyéthylène et le polypropylène, cette tempé- rature doit être supérieure respectivement à 150 et 1800C. Dans le cas d'un film métallique revêtu de polymère, la fusion de la couche de polymère peut être obtenue en calandrant le film sur un cylindre porté à une température suffisante. Les complexes bicouches consitués par un film dtalu- minium revêtu d'une couche de polymère greffé peuvent être utilisés pour la fermeture des récipients. Les complexes peuvent être fixés sur les récipients par une opération de thermoscellage. Le thermoscellage consiste à appliquer le complexe sur le récipient pendant un temps très court (quelques secondes) à une température qui dépend de la nature du complexe et du récipient. La température doit être suffisante pour que le complexe soit pelable. Si la température est trop élevée, il n'est plus possible de peler le complexe. Pour un récipient en polyéthylène, la température de thermoscellage peut être comprise entre 160 et 2100C. Pour un récipient en polypropylène, la température de thermoscellage peut être comprise entre 200 et 2500C. Dans le cas d'une utilisation des complexes bicouches pour la fermeture de récipients, on peut avantageusement prévoir une languette sur la capsule ou l'opercule, pour faciliter l'arrachage de celle-ci. L'arrachage peut, par ailleurs, être partiel, de telle sorte que la capsule reste solidaire du récipient; ainsi, -6- on peut refermer le récipient avec ladite capsule, après utilisation. De façon générale, les complexes bicouches conviennent pour le bouchage de récipients possédant des formes quelconques, tels que barquettes, bouteilles etc...Ils sont bien adaptés pour former des fermetures de bouteilles contenant des produits liquides (lait stérilisé, jus de fruits, etc....). Les complexes bicouches consitutés par un film d'alu- minium revêtu d'une couche de polymère greffé peuvent être utilisés pour la fabrication de complexes tricouches. On peut, en effet, coller ainsi le film d'aluminium sur un film de polyéthylène ou de polypropylène. Les exemples qui suivent, et qui ne constituent en aucune façon une limitation de l'invention, concernent la préparation de suspensions de polymères conformément au procédé selon l'invention et l'utilisation des suspensions ainsi préparées pour le revêtement de supports. EXEMPLE 1 Cet exemple concerne la préparation de trois suspen- sions A, B et C conformément au procédé selon l'invention: Préparation de la suspension A On a préparé d'abord une suspension Ai, par dissolu- tion dans de l'heptane à 1500C d'un polymère Pi qui est un polyéthylène haute densité de masses moléculaires en poids Mw = 120 000 et, en nombre, Mn = 15 000, de densité 0,960, contenant 1% en poids d'acide acrylique greffé. Le polymère est ajouté en quantité telle que la con- centration de la solution est de 5% en poids. :0 On obtient la suspension Ai en refroidissant brusque- ment à 300c la solution. La suspension finale A est obtenue en dispersant par agitation dans la suspension Ai à 200C une poudre d'un polymère P2 identique à Pl et dont la granulométrie est inférieure ou égale à 50 microns. La poudre est ajoutée en quantité telle que la concen- tration finale en polymère soit de 18% en poids. On constate que la suspension A décante très lentement -7- et est de toute façon très facile à réhomogénéiser. Après 24 heures, la suspension se stabilise à un niveau de décan- tation inférieur à 251%. Par contre, si on disperse directement la poudre du polymère P2 décrit cidessus dans de 1'heptane, on n'ob- tient pas de suspension homogène. Préparation de la suspension B On a d'abord préparé une suspension B1, par dissolu- tion dans de l'heptane à 1500C de deux polymères P3 et P4 a) P3 est un polyéthylène greffé identique-au polymère Pl utilisé pour préparer la suspension A, il est ajouté en quantité telle que sa concentration dans la solution soit de 3%b en poids; b) P4 est un polyéthylène basse densité de masses mo- léculaires Mw = 65 000 et Mn = 16 000 et de densité de 0,960, il est ajouté en quantité telle que sa concentra- tion dans la solution soit de 3% en poids. On obtient la suspension Bi en refroidissant brusque- ment à 300C la solution. La suspension finale B est obtenue en dispersant par agitation dans la suspension B1 à 200C une poudre consti- tée d'un mélange comprenant 50% en poids de chacun des polymères P3 et P4 utilisés pour la préparation de la suspension Bl. La poudre est ajoutée en quantité telle que la concen- tration finale en polymère soit de 18% en poids. On constate que la suspension B décante très lentement et est de toute façon très facile à réhomogénéiser. Après 24 heures, la suspension est stable à un niveau de décanta- tion inférieur à 2%il. Par contre, si on disperse directement la poudre du polymère P2 décrit cidessus dans le l'heptane, on n'obtient pas de suspension homogène. Préparation de la suspension C On a d'abord préparé une suspension Cl, par dissolu- tion dans de l'heptane à 1500C de deux polymères P6 et P7: a) P6 est un polyéthylène greffé identique au polymère Pl utilisé pour la préparation de la suspension A, il est -8- ajouté en quantité telle que sa concentration dans la solu- tion soit de 1,8% en poids; b) P7 est un polypropylène de grade 2 (selon la norme ASTM D 1238, charge 2,16 kg à 2300C) contenant 1% en poids d'acide acrylique greffé, il est ajouté en quantité telle que sa concentration dans la solution soit de 4,2% en poids. On obtient la suspension C1 en refroidissant brusque- ment à 400C la suspension. La suspension finale C est obtenue en dispersant par agitation dans la suspension C1 à 200C une poudre consti- tuée d'un mélange à 30% en poids de P6 et à 70% en poids de P7. La poudre est ajoutée en quantité telle que la coneen- tration finale en polymère soit de. 18% en poids. On constate que la suspension C décante arts lentement et est de toute façon très facile à r6homogAnpièer. Après 24 heures, la suspension est stable à un niveau de déean- tation inférieur à 2X. Par contre, si on disperse directcment la poudre du polymère décrit cidessus dans de lIheptane on n'obtien pas de suspension homogène. EXEMPLE 2 Cet exemple concerne la préparation de complexes bicouches et de complexes tricouches avec les suspensions obtenues dans l'exemple 1. A- Préparation des complexes bicouches On enduit avec la suspension et à l'aide d'un rouleau de transfert une feuille d'aluminium d'une épaisseur de 50 microns. On fait passer ensuite la feuille enduite dans un tunnel à 120 C pour éliminer le solvant, puis sur un cylindre porté à 2400C pour fondre le dép8t. On a préparé ainsi trois complexes bicouches qui figurent dans le Tableau I ci-après -9- TABLEAU I B- Préparation de complexes tricouches On calandre à 240oC, entre deux cylindres, les complexes AA, BB et CC avec un film de polymère d'une épaisseur de 50 microns. - On a préparé ainsi trois complexes tricouches, qui figurent dans le Tableau II ci-après. TABLEAU II (1) Polyéthylène haute densité, de masses moléculaires, en poids, M; = 120 000 et, en nombre, Mn = 15 000, et de densité 0,960. (2) Polypropylène de grade 2 (selon norme ASTM D 1238, charge 2,16kg à 230 C). EXEMPLE 3 Cet exemple concerne des essais d'étanchéité et de pelabilité effectués sur des récipients obturés par les complexes bicouches préparés dans l'exemple 2. Une bouteille en polyéthylène haute densité (d = 0,960) ou en polypropylène est remplie d'eau, puis bouchée à complexe suspension épaisseur de bicouche utilisée la couche de polymère(s) en microns AA A 3 BB B 6 Cc c 4 Complexe Complexe Nature du tricouche bicouche polymère utilisé du film AAA AA polyéthylène (1) BBB BB polyéthylène (1) CCC CC pol ypropylène ___ _ _ y(2) 248982? -10- l'aide du complexe scellé sur son goulot. Le goulot est rond, son diamètre est de 44 mm et son épaisseur est de 2,5mm. Pour les complexes AA et BB, on a utilisé une bouteille en polyéthylène. Pour le complexe CC, on a utilisé une bouteille en polypropylène. Le scellement s'effectue en appliquant le complexe sur le goulot de la bouteille à l'aide d'un plateau chauf- fant, pendant deux secondes, et avec une pression telle que la bouteille se comprime de 2mm. Le plateau chauffant est porté à 2000C pour les complexes AA et BB et à 220C pour le complexe CC. A- Essais d'étanchéité La bouteille est ensuite couchée sur le sol et Iton vérifie qu'elle est étanche au niveau de la capsule en lui appliquant e poids d'une personne. Les bouteilles scellées avec les complexes ont été trouvées étanches. B- Essais de relabilité On a effectué deux sortes d'essais, des essais qua- litatifs et des essais quantitatifs. 1. Essais qualitatifs Les bouteilles scellées utilisées lors des essais d'étanchéité ont été soumises à des essais consistant à essayer d'arracher manuellement, à l'aide d'une languette dont elles sont munies, les capsules formées à partir des complexes. On constate que le complexe AA n'est pas pelable et que les complexes BB et OC sont facilement pelables. 2. Essais quantitatifs On mesure les efforts nécessaires pour l'arrachage de la capsule scellée sur un appareil d'essais en traction de matières plastiques INSTRONs, ledit appareil étant muni d'un équipement spécial maintenant la bouteille solidement par son goulot dans une mâchoire inférieure mobile, une mâchoire supérieure fixe immobilisant la capsule par la languette. L'effort d'arrachage est exercé dans un plan sensible- -11- ment perpendiculaire au plan de soudage de la capsule sur le goulot. Les résultats des essais sont donnés dans le Tableau III ci-après. cN #r "AtT.ATT TTT Cet exemple montre que le procédé selon l'invention permet l'obtention de complexes bicouches utilisables comme capsules hermétiques pour récipients, ces capsules pouvant être pelables. EXEMPLE 4 Cet exemple concerne des essais d'adhérence effectués sur les complexes tricouches prépares dans l'exemple 2. On effectue sur les complexes des essais d'adhérence du type "peeling", qui consistent à mesurer les forces d'adhérence des films de polyéthylène -ou de polypropy- lène- et d'aluminium, lorsqu'ils sont soumis à des forces de traction opposées, le complexe étant maintenu perpendi- culaire aux forces agissantes. On mesure l'adhérence "peeling", qui est la force moyenne par unité de largeur d'éprouvette nécessaire pour provoquer une séparation de deux films,lorsque les deux films sont écartés à une vitesse uniforme de 120 mm/minute. On a donné dans le tableau IV ci-après les résultats obtenus. TABLEAU IV Complexe Force d'ar Remarque rachage en daN AA 1,7 la capsule se dé- chire BB 1 la capsule est ar- rachée entièrement sans déchirure CC 0,7 id Complexe Adhérence en daN/1Omm AAA 0,800g BBB O,700g CC 0,500g J1 2489 8-27 -12- Les valeurs obtenues peuvent 9tre considérées comme bonnes. Le procédé selon l'invention permet donc d'obtenir des complexes tricouches o les couches ont une bonne adhérence, ce qui est intéressant pour une utilisation ultérieure. -13 - REVENDICATIONS 1.- Procédé de préparation de suspension d'au moins un polymère, ce procédé comprenant une première étape de préparation d'une première suspension d'au moins un poly- mère dans un liquide organique, par trempe d'une solution dudit polymère, et étant caractérisé en ce que, dans une seconde étape, on ajoute à la première suspension de poly- mère, une poudre d'au moins un polymère, identique ou non au précédent. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la quantité de polymère ajoutée lors de la seconde étape est telle que la concentration finale de la suspen- sion soit comprise entre 10 et 25% en poids. 3.- Procédé selon l'une des revendications 1 et 2p caractérisé en ce que ladite poudre de polymère a une gra- nulométrie comprise entre 5 et 80 microns. 4.- Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les polymères utilisés lors de la première et la seconde étapes sont identiques et constitués par un copoly.nère greffé obtenu par polymérisation de l'éthylène et greffage d'acide acrylique. 5.- Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les polymères utilisés lors de la première étape et les polymères utilisés lors de la seconde étape sont identiques et sont du polyéthylène basse densité et un copolymère greffé obtenu par polymérisation de l'éthylène et greffage d'acide acrylique. 6.- Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les polymères utilisés lors de la première étape et la seconde étape sont identiques et sont deux copolymères greffés obtenus par polymérisation res- pectivement de l'éthylène et du propylène et par greffage d'acide acrylique. 7.- Les suspensions obtenues par un procédé selon l'une des revendications 1 à 6. 8.- Application des suspensions selon la revendication 7 à la réalisation de complexes bicouches composés d'une -14- feuille d'aluminium et d'une couche de polymère. 9.- Application des suspensions selon la revendica- tion 8 à la réalisation de complexes tricouches composés d'une feuille d'aluminium et de deux couches de polymères.