Brevet FR2583759A1 — publié le 19861226

FILMS DE POLYOLEFINES PHOTORETICULABLES ET LEUR PROCEDE DE FABRICATION De nombreuses méthodes ont déjà été proposées pour réticuler les films de polyoléfines par irradiation; une des plus simples consiste à soumettre ces films à un bombardement électronique (brevets U.S. n 3,022,543 et 3, 754,063) mais il faut utiliser un bombardement intense pour obtenir un degré de réticulation appréciable; il en est de même quand on les réticule par photoirradiation. La présente invention a pour objet des films de polyoléfines qui, du fait de leur composition spéciale, réticulent à un degré élevé lorsqu'ils sont photoirradiés, même si les doses de rayonnement auxquels ils sont soumis sont relativement modérées. Ces films à aptitude élevée à la photoréticulation, films que, pour des raisons de simplification, nous appellerons par la suite "films réticulables", se caractérisent par le fait qu'ils contiennent dans leur masse, conjointement, un composé polyinsaturé et un photo- initiateur. Par films de polyoléfines, nous entendons tous les films obtenus par les techniques bien connues de l'homme du métier à partir de polyoléfines et, par polyoléfines nous entendons tous les polymères résultant de la polymérisation d'au moins un monomère possédant au moins une insaturation éthylénique tel qu'éthylène, propène, butène-1, hexène-1, méthyl-4 pentène-1, octène, butadiène- 1,3, isoprène, hexadiène-1,4, dicyclopentadiène etc... Pour simplifier, nous incluons également dans cette liste non limitative des monomères à au moins une insaturation éthylénique qui, au sens strict du terme, ne sont pas oléfiniques, tels l'acétate de vinyle, l'acrylonitrile, l'anhydride maléique, le chlorure de vinyle, le chlorure de vinylidène, etc... Par composé polyinsaturé, nous entendons tout composé possédant au moins deux insaturations éthyléniques terminales tel que le diméthacrylate de méthylène ou d'éthylidène, le méthacrylate d'al- lyle ou de méthallyle, le diméthacrylate de 1,3-butylène, le diacrylate de butanediol, le diméthacrylate d'éthylène glycol ou de tétraéthylène glycol ou d'hexaméthylène glycol, le diacrylate de polyéthylène glycol... les polyesters uréthannes acryliques, les polyuréthannes acrylates... On peut, bien entendu, utiliser ces composés seuls ou en milan- ges. Grâce aux insaturations qu'il possède, ce composé est suscep- tible de réagir avec les insaturations également présentes dans le film de polyoléfine qui le contient et, par suite, de le réticuler. Mais, cette réaction qui aura lieu grace à l'apport d'énergie fourni par photoirradiation (par exposition à la lumière visible, ou aux U.V. ou au rayonnement laser...) sera renforcée par la présence d'un photoinitiateur, également prisent dans le film, qui va agir en synergie avec le composé polyinsaturé. Ce photoinitiateur sera tout corps susceptible de favoriser la photopolymgrisation de composés possédant des liaisons insaturées. Parmi les nombreux corps connus pour posséder cette propriété, citons la benzotne, la benzophénone, l'éther méthylique de benzo!ne, le 5-nitroacénaphtène, la 1,2-benzanthraquinone, les aminoacatoph&- nones et alpha-diaminoacétophénones décrits dans le brevet U.S. 4,048,034, les cétones aromatiques-aliphatiques décrites dans le brevet U.S. 4,321,118 etc... Conviennent particulièrement bien pour la mise en oeuvre de l'invention les associations d'un composé polyinsaturé tel que le triméthacrylate de triméthylolpropane ou les polyuréthannes acrylates avec un agent photoinitiateur tel que l'(Hydroxy-l-cyclo- hexyl)-phinylcétone. Les films réticulables de la présente invention contiennent de, 1 à 10 pour cent, de préférence 2 à 5 pour cent, en poids, de composé polyinsaturé et de, 0,01 à 1 pour cent, en poids, de photoinitiateur. Pour fabriquer ces films réticulables, on peut procéder de diverses manières, l'essentiel étant que le composé polyinsaturi et le photoinitiateur y soient bien dispersés. On peut, par exemple: - soit alimenter une extrudeuse munie d'une filière à film avec un mélange préalablement préparé de granulés (ou de poudre) de polyoléfine, de composé polyinsaturi et de photoinitiateur. - soit alimenter l'extrudeuse avec des granulés (ou de la poudre de polyoléfine) et un mélange-maltre préalablement préparé de polyoléfine, de composé polyinsaturé et de photoinitiateur, ce mélange-mattre ayant été réalisé sur une bonne extrudeuse-malaxeuse tel que comalaxeur Buss ou extrudeuse à double vis Werner und Pfleidener. - soit alimenter l'extrudeuse avec un mélange de granulés de polyoléfine et de photoinitiateur et imprégner le film résultant avec le composé polyinsaturé, cette imprégnation étant réalisée en continu ou en discontinu, par immersion du film dans un bain du composé polyinsaturé lui-même, s'il est liquide, ou d'une solution de ce composé dans un solvant lorsqu'il est solide. Les films réticulables sont photoirradiés par les méthodes bien connues de l'homme du métier. Ils peuvent être soumis à l'irradiation fournie par des lampes émettant de la lumière dans le visible ou l'ultra-violet, telles que lampes à mercure à très haute, haute ou basse pression, lampes à xénon, à halogène, à arc de carbone, à incandescence, etc... La durée d'irradiation dépendra de la nature de la lampe uti- lisée, de l'intensité de la lumière émise et de la distance entre la lampe et le film. Ils peuvent être également exposés tout simplement au soleil. Les films réticulables réticulent tellement que l'on peut les réti- culer en continu-c'est ainsi que l'on peut les réticuler, en continu, lors de leur fabrication, dès la sortie de filière et enrouler en bobine non pas des films réticulables mais des films réticulés. Entre autres avantages, la réticulation augmente la résistance aux solvants, la résistance à la déchirure, au fluage (surtout à chaud)... Elle augmente l'adhérence sur de nombreux substrats, notamment sur les métaux, des copolymères éthylène-acétate de vinyle utilisés comme adhésifs à l'état fondu. I1 est bien évident que cette invention peut s'appliquer à tout objet en polyoléfine, moulé ou extrude, présentant une certaine surface susceptible d'être réticulée par irradiation et pas néces- sairement à des films. Dans les exemples que nous décrivons ci-dessous, exemples qui servent à illustrer l'invention sans toutefois la limiter: - Les abréviations PE et EVA désignent respectivement le polyé- thylène et le copolymère étylène-acétate de vinyle. - L'indice de fluidité (I.F.) mesuré selon la norme ASTM-D 1238 est exprimé en grammes/10 minutes sous une charge de 2,16 kg à 190 C. - Le taux de gels a été déterminé par mesure de l'insoluble après 24 heures de contact avec du xylène à ébullition. Il est exprimé en pour cent. Les composés polyinsaturés, mis en oeuvre, ont été: - le diacrylate de polyéthylène glycol (DAPEG) - le triméthacrylate de triméthylolpropane (TMTMP), commercia- lisé par la Société ROHM and HAAS sous l'appellation ROCRYL X 980, - un polyester, uréthanne acrylique à base de diisocyanate aromatique (PUADIA) commercialisé par la Société DIAMOND SHAMROCK sous l'appellation PHOTOMER 6195. - un prépolymère à doubles liaisons en bout de chatne provenant d'un acrylate à base de polyuréthanne aromatique (PAPUA), commercia- lisé par DIAMOND SHAMROCK sous l'appellation PHOTOMER 6206. Les agents photoinitiateurs, mis en oeuvre, ont été: - l'(Hydroxy-lcyclohexyl) - phénylcétone (HCPC) commercialisé par la Société CIBA-GEIGY sous l'appellation IRGACURE 184. - le benzildiméthylacétal (BDMA) commercialisé par CIBA-GEIGY sous l'appellation IRGACURE 651. Exemple I On extrude des films de 100 microns d'épaisseur, en alimentant une extrudeuse dont la température moyenne a été réglée à environ C, extrudeuse munie d'une filière plate, avec: - dans l'essai (a), des granulés d'un EVA à 14 pour cent d'acétate de vinyle et d'I.F. = 5,6. - dans l'essai (b), un mélange de granulés du même EVA et de composé polyinsaturé à raison de 98 parties en poids de granulés d'EVA et 2 parties de TMTMP, - dans l'essai (c), un mélange de granulés du même EVA et d'agent photoinitiateur, à raison de 99,9 parties en poids de granulés d'EVA et 0,1 partie d'HCPC - dans l'essai (d), un mélange de granulés du même EVA, d'agent photoinitiateur et de composé polyinsaturé à raison de 97,9 parties en poids d'EVA, 2 de TMTMP et 0,1 d'HCPC. L'indice de fluidité et le taux de gels sont mesurés sur ces films avant et après irradiation UV (l'irradiation UV est pratiquée en exposant les échantillons de films pendant 40 secondes à l'action d'une lampe UV, distante de 20 cm et de puissance 1,8 kw). Les résultats trouvés sont rassemblés dans le tableau ci- dessous: Ils montrent clairement l'effet de synergie entre le composé polyinsaturé et l'agent photoinitiateur. D'autre part, d'autres essais ont montré que le fluage à chaud et la résistance à la déchire des films (d) est bien supérieur après irradiation qu'avant (voir tableau ci-dessous). - Le fluage a été mesuré à 50 C, sous une charge de 500 g, sur des bandelettes de film de 10 mm de large découpées soit dans le sens de l'extrusion, soit dans le sens perpendiculaire. Il est exprimé en pourcentages d'allongements en fonction du temps. - La résistance à la déchirure a été mesurée selon la norme ASTM-G 07055 sur des bandelettes de films découpées dans les deux sens del'extrusion. Elle est exprimée en cN. Essai Composition du film I.F. Taux de gels parties en poids avant après avant apres irrad. irrad. irrad. irrad. EVA TMTMP HCPC a 100 0 0 5,6 5,6 0 0 b 98 2 0 5,5 2,7 0 0 c 99,9 0 0,1 4,6 1,6 0 0 d 97, 9 2 0,1 5,2 0,2 0 94,6 ( ( Avant irrad. ( ( ( Après irrad. ( ( ( Avant irrad. ( ( Après irrad. ( ( c c c-. c c Sens parallèle il si Sens perpendicul. fi il FLUAGE __________ min A C min RESISTANCE DECHIRURE :.1 H : 187 : 157 : 227 ____________ -- ---: : 5H: 24H : : 205: 285 ::: : 165: 185 ::: : 416: 437 250: 265 : 250: 265: :*: ) ) ) ) __) ) ) __) ) ) o) ) tn W. W Ln %O Exemple n 2 Des films de 100 microns d'épaisseur ont été réalisés en alimen- tant une extrudeuse munie d'une filière à film avec un mélange de granulés d'un EVA à 14 pour cent d'acétate de vinyle et d'indice de fluidité égal à 5,6 et de granulés de mélange-mattre.. Ce mélange-maître avait été préalablement préparé en alimentant une extrudeuse WERNER UND PFLEIDERER ZSK 30 avec un mélange de gra- nulés du même EVA que ci-dessus et divers composés polyinsaturés et agents photoinitiateurs, à diverses doses. Les films obtenus, refroidis par passages sur cylindres mais encore à la température approximative de 30 C ont été irradiés, en continu en passant à la vitesse de 3 cm/mn sous une lampe U.V. (Tension: 250 + ou - 20 V - Intensité = 8,8 A - Puissance linéaire: W/cm) dont ils étaient distants de 40 cm. Des échantillons de films avaient été prélevés avant la mise en route de la lampe de manière à en mesurer l'indice de fluidité. Les résultats de ces essais sont rassemblés dans le tableau ci-dessous: C 0 M P 0 S I T I 0 N D U F I L M, parties en poids Indice de Fluidité Polyoléfine Composé polyinsat. Agent photoinit. avant après Nature Parties Nature Parties Nature Parties irradiat. irradiat. EVA à 14 % 97,88 PUADIA 2 HCPC 0,12 5,3 2,8 acétate de vinyle " 97,80 "2 " 0,20 5,0 0,5..DTD: " " 95,88 " 4 " 0,12 5,5 1,8 97,88 PAPUA 2 " 0,12 4,2 3,6..DTD: "ll " 97,80 " 2 "0,20 5,0 0,7 " 95,88 4 " 0,12 5,4 0,9 "* 95 TMTMP 2 BDMA 0,06 4,0 2,65 fi.. 93 " 4 " 0,12 4,2 0,60 Ln oe La Ln o Exemple n 3 Cet exemple a pour but d'illustrer le fait que la réticulation s'accompagne d'une augmentation du pouvoir adhésif sur aluminium. Des films de 100 microns d'épaisseur sont préparés suivant la méthode de l'exemple 1 avec la composition suivante: parties en poids de granulés d'un EVA à 40 pour cent d'acé- tate de vinyle. 0,1 parties d'un anti-oxydant phénolique " de TMTMP 0,1 " d' HCPC Les films sont ensuite irradiés de la même manière qu'à l'exem- ple 1 pendant 20 et 40 secondes. Le tableau ci-dessous montre la variation de l'indice de flui- dité en fonction de l'irradiation. Avant et après irradiation, ils ont été utilisés pour coller deq plaquettes d'aluminium entre elles (en réalisant un sandwich alumi- nium - film - aluminium, portant ce sandwich sous une pression de 0,O bars à la température de 80 C pendant 300 secondes, de manière fondre légèrement le film, et laissant refroidir). Indice de fluidité des films Avant irradiation 185 Après irradiation de 20 secondes 100 Après irradiation de 40 secondes 50 La force d'arrachement par pelage de ces assemblages a ensuite été mesurée à la température de 20 C. Cette force qui était de 0,1 da N/cm pour des assemblages réalisés avec des films non irradiés passe à 1,8 da N/cm avec des films irradiés pendant 40 secondes. De plus, les assemblages de plaquettes d'aluminium réalisés avec les films irradiés fluent moins à chaud que ceux réalisés avec des films non irradiés. Exemple n 4 Des films de 50 microns d'épaisseur ont été extrudés en alimen- tant une extrudeuse avec des mélanges de granulés de diverses polyo- léfines et de divers agents photoinitiateurs à différentes doses. Les polyoléfines utilisées ont été - soit des polyéthylènes, haute pression, radicalaire, de densité = 0,918 et d'I.F. = 4 ou 7 - soit des copolymères éthylène-acétate de vinyle à 27 pour cent d'acétate de vinyle et d'I.F. = 6 ou à 14 pour cent d'acétate de vinyle et d'I.F. = 5,6. Ces films ont ensuite été immergés pendant 24 heures dans des cuves contenant divers composés polyinsaturés (comme, dans le cas présent, c'étaient des liquides, il n'a pas été nécessaire de les mettre en solution) séchés et irradiés UV pendant 20 secondes comme dans l'exemple 1. L'indice de fluidité de ces films a été mesuré avant et après irradiation. Les résultats trouvés sont rassemblés dans le tableau ci-dessous: C O M P O S I T I O N D U F I L M Nature du composé Indice de Fluidité polyinsaturé du bain Nature Parties Agent photoinitiateur avant après d'imprégnation irradiation irradiation Nature Parties PE I.F. = 7 99,8 HCPC 0,2 DAPEG 7 4,0 si 99,5 l 0,5 l 7 4,3 PE I.F = 4 99,8 " 0,2 " 4 2,6 99,5 " 0,5 " 4 2,4 99,8 BDMA 0,2 " 4 2,1 " ll99,5 l" 0,5 " 4 2,7 EVA à 27 % d'AV99,8 HCPC 0,2 PUADIA 6 0,03 99,8 " 0,2 PAPUA 6 0,05 EVA à 14 % d'AV99,8 " 0,2 DAPEG 5,6 1,9 if 99,5 0,5 " 5,6 2,6 99,8 BDMA 0,2 " 5,6 2,4 ".99,5 " 0,5 " 5,6 2,3 1 1,35,6 2,3 u1j LN Ln oe CA -4 Ln %0 R E V E N D I C A T I O NS 1. Film de polyoléfine photoréticulable caractérisé en ce qu' il est constitué d'un film de polyoléfine contenant un composé polyinsa- turé et un agent photoinitiateur. 2. Film selon 1 caractérisé en ce que la polyoléfine a été obtenue par polymérisation d'au moins un monomère possédant au moins une insaturation éthylénique. 3. Film selon 1 ou 2 caractérisé en ce qu'il contient de 1 à 10 pour cent, de préférence 2 à 5 pour cent en poids de composé polyin- saturé et de 0,01 à 1 pour cent en poids d'agent photoinitiateur. 4. Film selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que le composé polyinsaturé possède au moins deux insaturations éthyléniques terminales. 5. Film selon 4 caractérisé en ce que le composé polyinsaturé est choisi dans le groupe comprenant le diacrylate de polyéthylène glycol, le triméthacrylate de triméthylolpropane et les polyuréthan- nes acryliques. 6. Film selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que l'agent photoinitiateur est choisi dans le groupe comprenant l'(Hydroxy - 1 - cyclohexyl) - phénylcétone et le benzildiméthyla- cétal. 7. Film selon l'une des revendications 1 à 6 caractérisé en ce qu'il est constitué d'un film de copolymère éthylène-acétate de vinyle contenant du triméthacrylate de triméthylopropane ou un polyuréthanne acrylate et de l'(Hydroxy - 1 - cyclohexyl) - phényl- cétone. 8. Procédé de fabrication de film selon l'une des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que l'on extrude un mélange de granulés de polyoléfine et de granulés d'un mélange-maître de composé polyinsa- turé et d'agent photoinitiateur. 9. Procédé de fabrication de film selon l'une des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que l'on extrude un mélange de granulés de polyoléfine et de l'agent photoinitiateur en un film qui est ensuite imprégné de composé polyinsaturé.