Brevet FR2604144A1 — publié le 19880325

PROCEDE ET INSTALLATION DE CONDITIONNEMENT DE MATIERES ADHESIVES THERMOFUSIBLES La présente invention concerne le domaine technique des matières adhésives, thermofusibles à relativement basse température et présentant, à température ambiante, un état solide ou plastique pour devenir fluide sous l'action de la chaleur. L'invention concerne, plus précisément, les produits adhésifs thermoplastiques, généralement connus sous le terme générique "hot melts". Les adhésifs thermofusibles sont formés à partir de plusieurs constituants et comprennent, généralement, un polymère, un plastifiant, un tackifiant, des cires, un stabilisant et des charges. L'ensemble de ces composants est disposé dans un malaxeur qui est chauffé, de manière à permettre, par ramollissement et malaxage, un brassage fournissant un produit fluide homogène. Lorsqu'une telle opération de malaxage a été menée à bien, il convient ensuite de mettre en oeuvre des moyens permettant d'assurer le conditionnement du produit obtenu. Ceci est nécessaire pour permettre le transport, le stockage et la manipulation préalablement à l'utilisation dans une machine ou un appareil dans lequel le produit est soumis de nouveau à une montée en température pour atteindre un état fluide permettant son dépôt dans l'application envisagée. - Bien que de tels adhésifs thermofusibles puissent être classés en deux catégories principales, l'une correspondant aux produits ne présentant pas de caractère adhésif à la température ambiante et l'autre aux produits présentant, à l'inverse, un caractère adhésif à température ambiante, il est possible de conclure à l'existence d'un réel problème de conditionnement de telles matières. En effet, pour les produits thermofusibles présentant un caractère adhésif à température ambiante, l'absence de possibilité de manipulation aisée implique le recours à un conditionnement qui soit à même de répondre à trois impératifs. La première exigence est que l'emballage de 2 6 0 4 1 4 conditionnement puisse résister à l'application d'une température pouvant être considérée comme moyennement élevée et correspondant à celle de fusion des différents constituants. La deuxième exigence est de pouvoir assurer une protection suffisante pour permettre les manipulations ultérieures. La troisième exigence, et certainement la plus délicate, est celle de permettre l'enlèvement rapide de l'emballage sans laisser subsister de déchets adhérant au-produit. Pour le moment, le conditionnement s'avérant le moins pénalisant, consiste en la mise en oeuvre d'une barquette, telle qu'en papier, dont la face interne présente, après traitement, un caractère anti-adhérant vis-à-vis de la matière considérée. Cette méthode de conditionnement ne donne pas satisfaction, car il convient de recourir à un papier traité, de mettre en forme les barquettes, de remplir ces dernières avec un produit fluide à température élevée et de réaliser un refroidissement naturel ou forçé, préalablement à toute manipulation. Cette technique n'est pas non plus satisfaisante car elle ne permet pas de disposer d'une.matière première en doses précises aisément fractionnables, ce qui, dans de nombreux domaines d'application, représente pourtant un impératif absolu. Un autre inconvénient de cette méthode réside dans la difficulté à dégager le produit ou pain solidifié de la barquette de conditionnement. Au total donc, la méthode de conditionnement actuelle ne donne pas satisfaction. Pour les produits présentant un caractère non adhésif à la température ambiante, des difficultés d'un autre ordre sont à considérer. En effet, la plupart de ces produits possède un temps ouvert ou de refroidissement relativement long, de sorte qu'il est nécessaire, après extrusion du malaxeur, d'en assurer le transfert et le cheminement sur une grande longueur, avant de pouvoir entreprendre une granulation ou une coupe. La technique connue à ce jour consiste à produire, à la sortie du malaxeur, une sorte de bande déposée sur un tapis entraîneur assurant le support et le refroidissement du produit pour conférer une tenue mécanique convenable à la bande et permettre son introduction dans un appareil de granulation. Pour réduire la longueur de cheminement de la bande extraite à l'état fluide du malaxeur, il est parfois préconisé de faire prendre en charge une telle bande par un cylindre refroidisseur, chargé d'évacuer rapidement un grand nombre de calories pour conférer, dans un espace relativement plus restreint et dans un temps plus court, un caractère de tenue mécanique à la bande. Dans les deux cas, l'installation de prise en charge de la bande issue du malaxeur est nécessairement encombrante, complexe et peu pratique de construction et d'entretien. En outre, il apparaît immédiatement qu'une grande flexibilité de rendement ne peut pas être atteinte au moyen d'une telle installation qui doit, obligatoirement, tenir compte du cheminement ou défilement de la bande pendant un temps de refroidissement suffisant. Au total donc, la méthode actuelle propre aux produits ne présentant pas de caractère adhésif à température ambiante, n'est pas plus satisfaisante que celle devant être mise en oeuvre pour les produits présentant, au contraire, un caractère adhésif à une telle température. En d'autres termes, la production d'adhésifs thermofusibles ou de hot melts pose toujours un problème de conditionnement pratique, rapide, sûr, permettant de disposer de doses, de volumes et de masses précises, en fonction des applications ultérieures ou, encore, d'une matière première granulée. L'objet de l'invention est de résoudre ce problème général en proposant un nouveau procédé de conditionnement de matières adhésives thermofusibles, ainsi qu'une installation pour sa mise en oeuvre. L'objet de l'invention est de proposer un nouveau procédé pouvant être mis en oeuvre, indifféremment, pour les produits à caractère adhésif ou non adhésif à température ambiante et pour permettre l'obtention de produits conditionnés dans un temps relativement court, après la phase de malaxage, sans faire intervenir d'installations encombrantes et complexes d'achat ou d'entretien. Un autre objet de l'invention est de.proposer un nouveau procédé permettant de réaliser un conditionnement pratique de matières adhésives thermo-fusibles, tout en réduisant le coût, ainsi que les nuisances normalement supportées par le personnel chargé d'une telle opération selon le processus de l'art antérieur. Pour atteindre l'objectif ci-dessus, le procédé de conditionnement est caractérisé en ce qu'il consiste à: - malaxer le mélange tout en introduisant un fluide cryogénique dans le malaxeur, - poursuivre le malaxage jusqu'à abaisser -la température du mélange jusqu'à amener le mélange dans un état voisin de l'état caoutchoutique, - extraire en'continu le mélange de la partie basse du malaxeur tout en continuant le malaxage, - diriger le mélange extrait dans une extrudeuse, - et produire par l'extrudeuse un jonc continu amené à traverser un poste de coupe. L'invention a également pour objet une installation pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus, caractérisée en ce qu'elle comprend: - un malaxeur comprenant une cuve, un mobile de malaxage interne, des moyens de chauffage et de régulation de la température et des moyens de soutirage adaptés dans le fond du réservoir, - une buse de production de neige carbonique adaptée sur le dessus du réservoir et contrôlée par un robinet commandé par les moyens de régulation de la température, - et une extrudeuse alimentée par les moyens de soutirage. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite ci-dessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation de l'objet de l'invention. La fig. 1 est un diagramme caractéristique de l'évolution des propriétés mécaniques de matières adhésives thermofusibles. La fig. 2 est un schéma illustratif d'une installation pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention. Les fig. 3 et 4 sont des schémas illustrant deux variantes de réalisation. Lorsque l'on examine l'évolution des propriétés mécaniques, définies ici sous le terme global de "module" M, des matières adhésives thermoplastiques, en fonction de la température T, on distingue, suivant leur niveau de cristallinité, un comportement général tel qu'il est visualisé par la fig. 1 fournie par la publication "GUIDE DES MATIERES PLASTIQUES EN MECANIQUE, chapitre 1 "Structures et propriétés", page B6, CETIM 1976. Ces variations de propriétés mécaniques caractérisent l'état de la matière entre une température de transition vitreuse Tg au-dessous de laquelle la matière est à l'état rigide I et une température de fusion Tf au-delà de laquelle la matière est à l'état fluide II. L'illustration de ces différents états est fournie par la fig. 1 résumant, pour un module M donné, l'évolution des caractéristiques mécaniques de différents types de matières classées au regard de leur structure et correspondant selon les courbes C1 à C4, respectivement, à un produit à cristallinité élevée (C1), un produit à cristallinité moyenne (C2), un produit à cristallinité faible (C3) et un produit amorphe (C4). Il est, généralement-, admis qu'une matière adhésive thermo-fusible passe, en fonction de l'élévation de la température qui lui est imposée et à partir d'une température Tg, par un état plastoélastique III précédant un état caoutchoutique IV, précédent lui-même un état visqueux V auquel succède, lorsque la température de fusion est atteinte, un état fluide. L'invention s'appuie sur ces variations successives d'état et préconise un procédé en tenant compte pour régler le problème posé précédemment. Les différents constituants d'une matière adhésive thermo-plastique sont disposés dans un malaxeur 1, représenté à la fig. 2, comprenant une cuve 2 dans Laquelle est disposé un agitateur ou mobile de malaxage 3 possédant, par exemple, un axe de rotation horizontal x-x'. La forme de la cuve 2, ainsi que celle de l'agitateur 3, ne font pas, à proprement parler partie de l'objet de l'invention et, pour cette raison, ne sont données, à la fig. 2, que sous une forme schématique. L'agitateur 3 est normalement entraîné en rotation par L'intermédiaire d'un groupe moto- réducteur 4. Des moyens de chauffage sont associés à ta cuve 2, de manière à pouvoir élever la température des constituants disposés dans cette cuve. Il peut s'agir de résistances électriques internes ou, encore, de circulation d'un fluide caloriporteur entre la cuve 2 et une jaquette la doublant. Ces moyens de chauffage ne sont pas, à proprement parler, du ressort de l'invention. La cuve 2 comporte, en partie basse, un moyen d'extrusion 5 qui est, par exemple, constitué par une vis suceptible d'être entraînée en rotation, de façon continue ou intermittente, par l'intermédiaire d'un groupe motoréducteur propre 6. La sortie de La vis d'extrusion 5 est munie d'une buse ou filière 7 dont la fonction apparait dans ce qui suit. La buse ou filière 7 est prolongée par une gaine 8 rigide formant un convoyeur conduisant la matière extrudée en direction d'un poste de coupe 9. Selon l'invention, on procède tout d'abord au chauffage des différents constituants, de manière à leur faire atteindre, progressivement, la température de fusion Tf. Lorsque la température atteinte par la masse des constituants se situe au-deLà de la température Tg de transition vitreuse, l'agitateur 3 est entraîné en rotation pour assurer le mélange, par malaxage, des différents composants et produire, lorsque la température Tf est atteinte, un mélange fluide homogène. Lorsque l'obtention du mélange homogène est certaine, on procède alors, selon l'invention, à l'incorporation dans la cuve 2 de neige carbonique délivrée par l'intermédiaire d'une buse ou d'un caisson de détente 10 adapté sur le dessus de la cuve 2. Le caisson de détente 10 est équipé d'une canne d'injection 11 raccordée par un robinet 12 à une canalisation 13 d'alimentation en-anhydride carbonique liquide. Le malaxage, par l'intermédiaire de l'agitateur 3, est poursuivi pendant l'incorporation de neige carbonique, de manière à réaliser un refroidissement progressif du mélange jusqu'à atteindre un état viscoélastique ou caoutchoutique. Cet état est apprécié par mesure de température, au moyen d'une sonde 14 équipant la cuve 2. La sonde 14 déclenche un relais 15 chargé de commander la fermeture du robinet 12 et, simultanément, l'alimentation du moteur 6 pour faire tourner la vis d'extrusion 5. Le mélange refroidi est alors poussé à travers la filière ou buse 7 chargée de fournir dans le convoyeur 8 un jonc 16 de matière adhésive thermofusible refroidie, possédant une tenue mécanique suffisante pour supporter, sans étirement inconséquent ni rupture, les contraintes de cheminement et de frottement et/ou de traction qui lui sont imposées pour être dirigé vers le poste de coupe 9. S'il s'agit d'une matière adhésive thermofusible ne présentant pas de caractère adhésif à la température 'd'extrusion, le jonc 16 produit est dirigé directement vers une machine de granulation ou de sectionnement fournissant des granulés, des bâtonnets, des baguettes, des tablettes, etc... qui peuvent alors être stockés directement en vue de leur transport et conditionnement ultérieur. Lorsqu'il s'agit d'une matière adhésive thermofusible présentant un caractère adhésif à température ambiante, le jonc 16 est préalablement dirigé vers un poste d'enrobage 17 (fig. 3) dans lequel il reçoit un revêtement d'un produit absorbant et isolant, tel que du carbonate de calcium ou une cire en poudre ou liquide. Le revêtement peut être réalisé par trempage du jonc 16 dans un bac réservoir, par projection d'un produit pulvérulent ou par tout autre moyen approprié à la nature de la matière adhésive thermofusible. Le jonc 17, débarrassé de cette façon de son caractère adhésif immédiat, est alors ensuite conduit, par le convoyeur 8, en direction du poste de coupe 9. Il peut être considéré que la production de matière adhésive thermofusible ou hot melt comprend une phase de fusion et malaxage faisant intervenir une température, généralement comprise entre 100 et 220 C, selon le polymère entrant dans la composition d'une telle matière. L'obtention d'un état caoutchoutique ou viscoélastique, recherché dans la phase de refroidissement-malaxage selon le procédé de l'invention, doit permettre l'obtention, après extrusion, d'un jonc possédant une tenue mécanique suffisante pour la manipulation ultérieure. Cette condition peut être considérée comme acquise lorsque l'opération de malaxage-refroidissement a abaissé la température du mélange entre 60 et 20 C. Pour offrir plus de souplesse, le procédé de l'invention peut être mis en oeuvre en doublant la cuve 2. Dans un tel cas, tel qu'illustré par la fig. 4, l'installation comprend une cuve 2 de fusion-malaxage pourvue des mêmes éLéments constitutifs que ceux décrits ci-dessus, hormis le caisson 10 et la filière 7. La cuve 2 est montée pour alimenter par la sortie de sa vis 5 une trémie 18 de remplissage d'une cuve 2a, de même conception que la cuve 2 et dont les éléments constitutifs sont désignés par les mêmes références affectées de l'indice a. Cette cuve 2a est pourvue du caisson 10, des moyens 14, 15, de la filière 7 et du convoyeur 8. L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS: 1 - Procédé de conditionnement de matières adhésives thermofusibles obtenues par malaxage à chaud de n constituants, caractérisé en ce qu'il consiste à: - malaxer le mélange tout en introduisant un fluide cryogénique dans le malaxeur, - poursuivre le malaxage jusqu'à abaisser la température du mélange jusqu'à amener le mélange dans un état voisin de l'état caoutchoutique, - extraire en continu le mélange de la partie basse du malaxeur tout en continuant le malaxage, - diriger le mélange extrait dans une extrudeuse, - et produire par l'extrudeuse un jonc continu amené à traverser un poste de coupe. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à refroidir le mélange chaud jusqu'à une température comprise entre 60 et 20 C. 3 - Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il consiste à refroidir le mélange par détente de gaz carbonique délivré sous forme d'anhydride dans le malaxeur. 4 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il consiste, en outre, à faire défiler le jonc issu de l'extrudeuse dans une enceinte d'enrobage avec un produit à caractère absorbant et isolant. 5 - Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'enrobage est assuré par défilement du jonc dans un bac de produit pulvérulent ou liquide. 6 - Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'enrobage est assuré par défilement du jonc devant des buses de pulvérisation. 7 - Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications I à 6, caractérisé en ce qu'elle comprend: - un malaxeur comprenant une cuve (2), un mobile de malaxage interne (3), des moyens de chauffage et de régulation de la température et des moyens de soutirage (5, 6) adaptés dans le fond du réservoir, - une buse (10) de production de neige carbonique adaptée sur le dessus du réservoir et contrôlée par un robinet (12) commandé par les moyens de régulation de la température (14, 15), - et une extrudeuse (7) alimentée par les moyens de soutirage. 8 - Installation selon la revendication 7, caractérisée en ce que l'extrudeuse est adaptée à la sortie des moyens de soutirage. 9 - Installation selon la revendication 8, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens d'enrobage (17) adaptés à la sortie de l'extrudeuse.