Brevet FR2505731A1 — publié le 19821119

L'invention concerne des films thermoplastiques complexes et leur procédé d'obtention. Il est connu dans l'industrie de l'emballage, compte tenu qu'aucune matière plastique ne réunit à elle seule toutes les caractéris- tiques exigées par les utilisateurs, d'associer entre elles des matières plastiques de familles différentes de façon à cumuler des caractéristiques positives complémentaires On sait donc réaliser selon ce principe des films complexes pour l'emballage Parmi les propriétés que l'on cherche fréquemment à associer dans un tel film, figurent notamment l'imperméabi- lité à l'eau et aux gaz, la tenue chimique en particulier vis-à-vis des corps gras, la tenue à la température à chaud et à froid, la soudabilité, la transparence, la résistance mécanique, etc De plus lorsque l'adhé- sion entre deux telles matières plastiques de familles différentes est mauvaise, il est connu d'utiliser une couche intermédiaire constituée d'un matériau capable d'adhérer à chacune d'elles, tel que par exemple un terpolymère d'éthylène, acide (méth)acrylique et (méth)acrylate de sodium. L'industrie de l'emballage est à la recherche constante d'une amélioration des propriétés mécaniques, de soudabilité et d'adhérence des films complexes C'est pourquoi le but de la présente invention est de procurer à cette industrie des films améliorés, aisés et économiques à produire, par le choix d'une nouvelle matière plastique. Les films complexes selon l'invention sont constitués de une couche d'épaisseur comprise entre 10 et 100 P d'un film terpolymère comprenant de 88 à 98,7 % en moles de motifs dérivés de l'éthylène, de 1 à 10 % en moles de motifs dérivés d'un ester choisi parmi les acry- lates et méthacrylates d'alkyle, ledit groupe alkyle ayant de 1 à 6 atomes de carbone et de 0,3 à 3 % en moles de motifs dérivés de l'anhy- dride maléique. au moins une couche d'épaisseur comprise entre 25 et 3000 M d'un film réalisé à partir d'un matériau thermoplastique choisi parmi polyéthylène basse densité, polypropylène, polybutène, polyamide, polystyrène et polychlorure de vinyle. Ainsi l'invention englobe d'une part des films complexes à deux couches et d'autre part des films complexes dans lesquels la couche de terpolymère joue le râle de couche intermédiaire entre deux couches de matériau thermoplastique L'épaisseur préférée de la couche de matériau thermoplastique dépend de la nature de ce dernier Elle est par exemple de 25 à 100 Mm pour le polyéthylène basse densité, le polypropylène, le polybutène-1 et le polyamide, de 25 à 2000 1 m pour le polychlorure de vinyle, de 100 à 3000 M m pour le polystyrène. Le terpolymère utilisé dans le cadre de la présente invention est un polymère nouveau qui peut, le cas échéant, comprendre un quatrième monomère copolymérisable avec les trois premiers Lorsque ledit polymère comprend un tel quatrième monomère, celui-ci peut être choisi parmi les r -oléfines ayant de 3 à 8 atomes de carbone, les monomaléates d'alkyle et les maléates de dialkyle dont les groupes alkyle ont de 1 à 6 atomes de carbone, l'acétate de vinyle, le monoxyde' de carbone, et peut être présent à raison de jusqu'à 5 % en moles, la proportion de l'éthylène dans le tétrapolymère étant alors diminuée d'autant par rapport à la gamme indiquée ci-dessus. Le procédé de fabrication des terpolymères utilisés dans le cadre de la présente invention consiste à copolymériser, en présence d'au moins un initiateur de radicaux libres, un mélange composé de 94 à 99 % en poids d'éthylène, de 0,7 à 5 % en poids d'ester (méth)acrylique et de 0,2 à 0,9 % en poids d'anhydride maléique dans un réacteur maintenu sous une pression de 1000 à 3000 bars et à une température de 1700 à 2800 C, à détendre puis à séparer le mélange de monomère et du terpolymère formé dans le réacteur, et enfin à recycler vers le réacteur le mélange d'éthy- lène et de monomères précédemment séparé, puis recyclé d'autre part. L'introduction des comonomères dans le réacteur se fait de préférence par pompage sous pression d'une solution d'anhydride maléique dans l'ester (méth)acrylique, mélange de cette solution avec le flux d'éthylène et homogénéisation dudit mélange avant son entrée dans le réacteur A titre d'exemple non limitatif, le mélange et l'homogénéisation peuvent être réalisés simultanément dans un dispositif de type Venturi Dans la pratique on observe que le flux recyclé comprend de 99 à 99,8 % d'éthylène et de 0,2 à 1 % d'ester (méth)acrylique Bien entendu, il peut être envisagé de séparer l'éthylène et l'ester (méth)acrylique à ce stade, mais une telle opération n'apporte pas d'avantages qui permettent de compenser l'augmentation corrélative du coût de fabrication. Le film d'épaisseur comprise entre 10 et 100 Mm utilisé dans le cadre de la présente invention peut être obtenu à partir d'un terpoly- mère tel que décrit ci-dessus ayant un indice de fluidité compris entre 1 et 10 dg/mn et comprenant de préférence de 0,3 à 1 % en moles de motifs dérivés de l'anhydride maléique Ce film peut avoir une épaisseur comprise entre 10 et 100 j m lorsqu'il est obtenu à travers une filière plate et une épaisseur comprise entre 25 et 100 Nom lorsqu'il est obtenu par extrusion-soufflage à travers une filière cylindrique. Le procédé d'obtention des films complexes selon l'invention consiste en la co-extrusion, avec une vitesse d'avancement comprise entre 2 et 200 mètres par minute, du terpolymère et du matériau thermo- plastique à une température comprise entre 1400 et 2600 C et par un moyen choisi parmi la filière cylindrique à taux de gonflage compris entre 1 et 4 et la filière plate Le moyen de la filière plate sera choisi de préférence d'une part lorsque la couche de terpolymère doit être inférieure à 25 Dam et d'autre part lorsque la couche de matériau thermoplastique doit être supérieure à 100 y Jm. Les films complexes selon l'invention ont des propriétés remarquablement améliorées, par rapport aux films complexes utilisant une couche de terpolymère d'éthylène, acide (méth)acrylique et (méth) acrylate de sodium Cette amélioration est particulièrement sensible pour les propriétés dynamométriques telles que l'allongement et la résistance à la rupture, qui sont mieux équilibrées dans les sens longitudinal et transversal; pour la résistance des soudures à des températures de scellage comprises entre 1500 et 1900 C environ; pour la résistance au pelage qui mesure la force d'adhésion des deux couches l'une à l'autre. Compte tenu de ces propriétés améliorées, les films complexes selon l'invention trouvents des applications privilégiées dans l'emballage des produits alimentaires et non-alimentaires. EXEMPLE 1 Fabrication d'un terpolymère éthylène/acrylate d'éthyle/ anhydride maléique. On considère un réacteur autoclave cylindrique comprenant trois zones d'un volume de 1 litre chacune et équipé d'un agitateur à palettes. Les zones sont séparées par des écrans à soupape L'éthylène frais compri- mé par un premier compresseur alimente la première zone La seconde zone est alimentée par un mélange homogène de 98,9 % en poids d'éthylène, 0,25 % en poids d'anhydride maléique et 0,85 % en poids d'acrylate d'éthyle. Enfin une solution d'éthyl-2 perhexanoate de terbutyle dans une coupe d'hydrocarbures est injectée dans la troisième zone Celle-ci constitue donc la seule zone réactionnelle puisqu'elle met en présence les trois comonomères et un initiateur de radicaux libres Elle est maintenue à une température de 2300 C et le réacteur est maintenu sous une pression de 1600 bars Au fond de la troisième zone du réacteur est placée une vanne de détente permettant d'abaisser la pression à 300 bars Le mélange du polymère fondu d'une part et des monomères gazeux d'autre part, après avoir traversé la vanne de détente, passe dans une trémie séparatrice. Tandis que le polymère est recueilli au fond de la trémie, les monomères sont acheminés, après passage à travers une trémie de dégraissage, vers un second compresseur D'autre part une solution d'anhydride maléique dans l'acrylate d'éthyle est pompée sous pression et acheminée vers l'entrée d'un homogénéiseur de type Venturi o elle est mélangée au flux des monomères recyclés provenant du second compresseur A la sortie de ce dispositif Venturi, le mélange des trois monomères est acheminé vers un homogénéiseur en spirale puis transféré à la seconde zone du réacteur. A la sortie de la trémie séparatrice, le terpolymère fabriqué est analysé par spectrophotométrie infrarouge: il comporte 1,3 % en moles de motifs acrylate d'éthyle et 0,4 % en moles de motifs anhydride maléique Son indice de fluidité, déterminé selon la norme ASTM D 1238-73, est de 3,8 dg/mn Sa masse volumique, déterminée selon la norme ASTM D 2839, est de 0,930 g/cm 3. XEMPLES 2 (comparatif) et 3 -Films complexes On effectue, au moyen d'une boudineuse à filière cylindrique, la co-extrusion d'un polyamide comnercialisé sous la référence KL 1/2096 et d'un terpolymère de telle sorte que le film complexe obtenu comprenne une couche de polyamide d'épaisseur 40 Hm et une couche de terpolymère d'épaisseur 65 m m La température de co-extrusion est égale à 240 C et le taux de gonflage est maintenu égal à 1,5. Le terpolymère utilisé dans l'exemple 2 est un ionomère, com- mercialisé sous le nom de Surlyn 1652, comprenant 90 % de motifs éthylène, 7 % de motifs méthacrylate de sodiun et 3 % de motifs acide méthacrylique. Le terpolymère utilisé dans l'exemple 3 est celui obtenu et caractérisé à l'exemple 1 ci-dessus. Sur les films complexes ainsi obtenus, d'épaisseur totale 105 Mm, on mesure les propriétés dynamométriques suivantes: résistance à la rupture dans les sens longitudinal (RRL) et transversal (RRT), mesurée selon la norme ASIM D 882-67 et exprimée en kg/cmn 2. allongement à la rupture dans les sens longitudinal (ARL) et transversal (ART), mesuré selon la norme ASTM D 882-67 et exprimé en pourcentage. résistance au pelage dans les sens longitudinal (RPL) et transversal (RPT) , mesurée selon la norme ASTM D 903-49 modifiée en ce qui concerne la largeur de la bande de polymère ( 35 mm au lieu de 25 mm), et exprimée en kilogrammes. On mesure également sur ces films complexes, selon la norme NF-K 03-004, la résistance de soudures (R S) exprimée en kilogrammes effectuées à des températures de scellage différentes: d'une part, pour une température de scellage de 150 C, la résistance des soudures à temps constant ( 1,5 seconde) sous une contrainte de 3,5 bars. d'autre part, pour une température de scellage de 180 C, la résistance des soudures à contrainte constante ( 2 bars) après un temps de 3 secondes. Les résultats de ces différentes mesures sont rassemblés dans le tableau ci-après. TABLEAU EXEMPLES 4 (comparatif) et 5 Films complexes On effectue, dans les mêmes conditions opératoires qu'aux exemples précédents, la coextrusion d'un polyamide commercial KL 1/2096 et d'un terpolymère, de telle sorte que le film complexe obtenu comprenne une couche de polyamide d'épaisseur 50 Mm et une couche de terpolymère d'épaisseur 50 P m Le terpolymère utilisé dans l'exemple 4 est le ionomère Surlyn 1652 déjà cité, tandis que le terpolymère utilisé dans l'exemple 5 est celui obtenu et caractérisé à l'exemple 1 ci-dessus Sur les films complexes ainsi obtenus, d'épaisseur totale 100 P m, on mesure: d'une part la résistance au pelage selon la norme ASTM D 903-49 modifiée en ce qui concerne la largeur de la bande de polymère ( 35 m au lieu de 25 mm), exprimée an kilogrammes. d'autre part la résistance de soudures effectuées à une température de scellage de 160 C. Les résultats de ces mesures sont rassemblés dans le tableau précédent. RS Exemple RRL RRT ARL ART RPL RPT 1500 1800 2 215 258 295 370 1,4 1,1 5,1 5,1 3 229 237 402 423 2,1 2,2 5,4 5,3 4 __ 0,25 1,0 __ 1,4 1,0 6 2505731 REVENDICATIONS 1 Film complexe constitué d'au moins une couche d'épaisseur comprise entre 25 et 3000 P d'un film réalisé à partir d'un matériau thermoplastique choisi parmi polyéthylène basse densité, polypropylène, polybutène, polyamide, polystyrène et polychlorure de vinyle et d'une couche d'épaisseur comprise entre 10 et 1001 m d'un film terpolymère, caractérisé en ce que le terpolymère dudit film comanprend de 88 à 98,7 % en moles de motifs dérivés de l'éthylène, de 1 à 10 % en moles de motifs dérivés d'un ester choisi parmi les acrylates et méthacrylates d'alkyle, ledit groupe alkyle ayant de 1 à 6 atomes de carbone et de 0,3 à 3 % en moles de motifs dérivés de l'anhydride maléique. 2 Film complexe selon la revendication 1, caractérisé en ce que le terpolymère a un indice de fluidité compris entre 1 et 10 dg/mn. 3 Film complexe selon l'une des revendications 1 et 2, carac- térisé en ce que ledit terpolymère comprend de 0,3 à 1 % en moles de motifs dérivés de l'anhydride maléique. 4 Film complexe selon l'une des revendications 1 à 3, caracté- risé en ce que ledit terpolymère comprend en outre jusqu'à 5 % en moles d'un quatrinème monomère choisi parmi les "-oléfines ayant de 3 à 8 atomes de carbone, les monomaléates d'alkyle et les maléates de dialkyle dont les groupes alkyle ont de 1 à 6 atomes de carbone, l'acétate de vinyle, le monoxyde de carbone. Procédé d'obtention d'un film complexe selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste en la coextrusion, avec une vitesse d'avancement comprise entre 2 et 200 mètres par minute, du terpolymère et du matériau thermoplastique à une température comprise entre 140 et 260 C et par un moyen choisi parmi la filière cylindrique à taux de gonflage compris entre 1 et 4 et la filière plate.