Brevet FR2655361A1 — publié le 19910607

L'invention se rapporte à la fabrication par liage hydraulique d'étoffes nontissées hydrophiles à base de fibres de coton écru, ou d'autres fibres lignocellulosiques naturelles non traitées chimiquement, et aux produits obtenus selon le procédé. La technique de liage hydraulique a pour objet de procurer une certaine résistance mécanique à une nappe de fibres initialement nonliées, indépendamment de tout apport de liant. Le procédé de liage consiste à soumettre ces fibres à l'action de très fins jets de liquide - par exemple de l'eau - sous pression. Habituellement, ces jets sont disposés le long de rampes espacées les unes des autres et, dirigés sur la nappe de fibres qui est supportée par une toile perméable défilant à une vitesse déterminée. En passant sous ces rampes, les fibres sont entraînées par les jets de fluide qui traversent la nappe. Ceux-ci vont rebondir sur la toile et produisent l'enchevêtrement des fibres par interaction. Les liaisons ainsi créées assurent la cohésion de la nappe. Par ce procédé, il est possible d'obtenir des étoffes nontissées à partir de fibres d'origines diverses : synthétiques, naturelles, longues ou courtes, seules ou en mélange, que l'on choisit en fonction de l'usage auquel elles sont destinées. Les produits obtenus présentent généralement un drapé, une souplesse et une douceur de toucher supérieurs à ceux des nontissés fabriqués selon d'autres techniques. La demande de brevet européen EP 132028, en particulier, décrit une méthode de fabrication d'étoffes nontissées à partir de coton écru, consistant à soumettre un voile de fibres de coton écru, initialement non liées, à un enchevêtrement par jets d'eau oscillants à basse pression puis à terminer le traitement, avant séchage, par une étape de débouillissage et de blanchiment selon une quelconque technique connue, par exemple par trempage dans un autoclave à 120 C dans une solution à base de soude caustique et d'eau oxygénée. Cette dernière phase du procédé est, selon ce brevet, rendue nécessaire, notamment, par l'emploi de coton écru. En effet il s'agit de coton brut n'ayant subi d'autre nettoyage que mécanique éventuellement, et dont les fibres comportent une couche primaire constituée de cires et de graisses, qu'il s'agit d'éliminer pour les rendre hydrophiles. Ainsi le débouillissage a-t-il pour objet, en particulier, d'assurer la saponification des graisses. L'invention est fondée sur la découverte qu'il est possible, en appliquant un traitement de consolidation par jets d'eau, de conférer à une nappe de fibres naturelles telles que de coton écru, la propriété d'absorber les liquides, l'eau notamment, sans aucun traitement chimique. Le procédé conforme à l'invention pour fabriquer une étoffe nontissée à partir de fibres de coton écru, ou autres fibres lignocellulosiques naturelles comportant en surface une couche de matière rendant la fibre hydrophobe, comprend les étapes suivantes - formation par tout procédé convenable d'une nappe de fibres, non liées, sur une toile support perméable à l'eau - enchevêtrement des fibres de la nappe au moyen d'une pluralité de jets d'eau issus de rampes d'injecteurs, disposées transversalement par rapport au sens de déplacement du support. I1 est caractérisé en ce que l'énergie totale communiquée à la nappe par l'ensemble des jets est au moins égale à un seuil minimum correspondant à la valeur à laquelle ladite nappe devient hydrophile. Ce seuil dépend notamment de la nature et de l'origine des fibres (coton neuf ou fibres de récupération : débourrage, blousse de peigneuse, etc...) de la structure de la nappe (voiles de cardes superposés, nappes obtenues par voie pneumatique) du grammage et de l'épaisseur de la nappe. On a constaté en effet de façon surprenante qu'à partir d'un certain seuil d'énergie cinétique communiquée par les jets d'eau aux fibres, pour en assurer l'enchevêtrement, il se produisait une action rompant leur caractère hydrophobe initial. On a trouvé par exemple que, pour un coton écru du type peigneuse, de micronaire 3 à 5, ou du type coton neuf, de micronaire 3 à 8, ce seuil d'énergie dissipée par l'injecteur se situait entre 0,4 et 1,1 kwh par kilogramme de fibres traitées, pour des nappes dont le grammage se situe entre 25 et 200 g/m2 et de préférence entre 30 et 100 g/m2. Ainsi, par exemple, quand on évalue la mouillabilité d'un voile en coton écru en mesurant le temps qu'il met pour s'enfoncer dans l'eau après l'avoir déposé en surface, celle-ci n'est pas mesurable pour un voile de fibres non traitées, c'est-à-dire non liées par jet d'eau, car la nappe flotte en surface. Par contre, elle le devient quand le même voile a subi le traitement de l'invention, c'est-à-dire qu'il a absorbé le minimum d'énergie requis. Sans vouloir se limiter à une interprétation, il apparait que les jets d'eau ont un effet mécanique inattendu et supplémentaire de décapage sur les fibres. De façon surprenante, à partir d'une certaine quantité d'énergie absorbée l'effet est suffisant pour entrainer un décollement au moins partiel de la gaine hydrophobe avec éventuellement libération de fibrilles, rendant les parties hydrophiles des fibres accessibles aux liquides, à l'eau notamment. En outre, cette action de décapage n'entraine aucune détérioration des propriétés mécaniques du nontissé résultant, puisqu'on constate une amélioration continue de la résistance à la rupture du produit obtenu. Il est à noter que ce traitement ne conduit pas nécessairement à l'élimination des matières constituant la gaine hydrophobe. Celles-ci peuvent être retenues entre les fibres, ou rester accrochées par zones. On ne constate pas de modification importante des fonctions chimiques des fibres après traitement par jet d'eau comme le montrent les pics infrarouges, bien que le nontissé soit devenu hydrophile. La solution de l'invention présente ainsi l'avantage de permettre en une seule étape la réalisation de produits liés par jets d'eau ayant un caractère absorbant marqué, à partir de fibres de coton écru, sans nécessiter de traitement chimique complexe visant à conférer un caractère hydrophile aux fibres tel que le débouillissage. Le procédé est applicable à toutes fibres lignocellulosiques ayant un caractère hydrophobe à l'état naturel du fait de la présence en surface de matières minérales cireuses ou grasses, que l'on réduit en les traitant de manière chimique. Parmi les matières premières, le coton écru est le matériau visé en premier lieu par le procédé, mais d'autres fibres telles que le lin par exemple ne sont pas exclues. Un autre avantage est de permettre la valorisation de fibres de récupération telles que des déchets de filature par exemple ainsi le procédé permet le traitement de fibres constituées de résidus de peigneuses qui sont des fibres relativement courtes, de longueur comprise entre 5 et 25 mm. Les produits issus du procédé de l'invention trouvent des applications multiples, par exemple dans les domaines - de l'essuyage industriel ou domestique : chiffons, torchons, torchons à vaisselle - de la toilette : gants, serviettes - de la lingerie de table : nappes, serviettes - de la literie : draps de lit, taies d'oreiller , housses de traversin, etc... - du vêtement de protection. Bien qu'en général le produit soit suffisamment résistant pour être manipulé, il est possible de poursuivre le traitement au-delà du seuil minimum requis pour l'hydrophilie jusqu'à ce que l'amélioration des propriétés de résistance mécanique à la rupture atteigne un palier. Les propriétés d'hydrophilie ne sont toutefois pas augmentées dans la même proportion. Conformément à un autre aspect de l'invention, il est également possible d'incorporer à la nappe une certaine quantité de fibres synthétiques, notamment liantes ou thermofusibles, qui après un traitement approprié - thermique et/ou mécanique le cas échéant - accroissent la résistance mécanique du voile nontissé, en particulier à l'état humide. On peut incorporer par exemple jusqu'à 30 % de fibres thermoplastiques - à base de polyéthylène, polypropylène ou autre et, après élimination de l'eau, faire passer le voile dans un four chauffé à une température suffisante pour les faire fondre au moins partiellement. La matière ramollie constitue des zones d'accrochage formant des liaisons entre les fibres de coton après refroidissement à la température ambiante. L'invention a également pour objet un nontissé hydrophile comportant en majorité de fibres lignocellulosiques naturelles enchevêtrées selon un procédé de liage hydraulique caractérisé en ce que lesdites fibres n'ont subi aucun traitement chimique visant à les rendre hydrophiles. En particulier un nontissé conforme à l'invention comporte au moins 70 % de coton écru et est exempt de tout agent de mouillage, produit surfactant ou autre. En dépit de cela il présente un pouvoir d'absorption de liquides aqueux tel que son temps d immersion, mesuré selon la méthode rapportée plus loin, est inférieur à 30 secondes. En outre son coefficient d'absorption est supérieur à 9 g/g de nontissé. Enfin selon un mode particulier de réalisation, le nontissé comprend jusqu'à 30 % de fibres synthétiques. D'autres caractéristiques et avantages du procédé apparaitront à la lecture de la description, qui suit, d'un mode de réalisation non limitatif de l'invention, accompagnée des dessins en annexe sur lesquels - la figure 1 représente une installation de liage hydraulique permettant la mise en oeuvre du procédé de l'invention - la figure 2 est une représentation graphique de la résistance à la rupture du produit traité, en fonction de la quantité d'énergie, libérée par les injecteurs successifs, par kilogramme de produit traité - la figure 3 est une représentation graphique du temps d immersion du produit traité dans l'exemple en fonction de la quantité d'énergie, libérée par les injecteurs successifs, par kilogramme de produit traité - les figures 4 A et B sont des microphotographies des fibres de coton écru avant traitement - les figures 4 C et D sont des microphotographies des mêmes fibres représentées aux figures 4 A et B, après le traitement de l'invention, et extraites du nontissé. La figure 1 représente une installation de liage hydraulique du type mis au point par la Société PERFOJET. Elle comprend une première unité de liage hydraulique (10) avec une toile sans fin (12) tendue entre des rouleaux horizontaux (14) de façon à former une boucle. La toile est entrainée dans le sens de la flèche à une vitesse de défilement constante prédéterminée. Elle comprend une portion supérieure au niveau de laquelle on a disposé une première batterie de rampes d'injecteurs (16), alimentées en liquide sous pression et orientées verticalement en direction de la toile. Les rampes sont disposées perpendiculairement à la direction de défilement de la toile, et comportent des orifices d'injection répartis sur toute la largeur de la nappe. Le nombre de rampes est variable et choisi en fonction de l'étagement des pressions souhaité. De préférence il sera compris entre 3 et 10. En regard des rampes, sous la toile, des caisses aspirantes (18), communiquant avec une source de vide, ont pour fonction de récupérer l'eau, issue des injecteurs, qui a traversé la toile. L'installation comprend une deuxième unité de liage hydraulique (20) avec une toile sans fin (22) pour le traitement de la deuxième face. Elle comprend une deuxième batterie de rampes d'injecteurs (26) alimentés en liquide sous pression par des conduits non représentés. Les rampes sont associées à des caisses aspirantes (28) pour la récupération du liquide après son travail d' enchevêtrement. Comme on le voit sur la figure la nappe de fibres est déposée sur la toile (12) depuis un poste de formation de la nappe, non représenté. Avant d'être acheminé à ce poste de formation de nappe, le coton est d'abord nettoyé et débarrassé de la plupart de ses impuretés telles que graines, débris de feuilles et poussières, sur du matériel textile classique, par exemple ouvreur, nettoyeur, etc... Les flocons de fibres sont ensuite envoyés sur du matériel de nappage : carde, nappeuse pneumatique, etc.... On peut utiliser des cardes de tout type. On choisit de préférence pour des non-tissés légers, d'un poids inférieur à 100 g/m2, une carde avec brouilleur de voile qui permet d'obtenir de bons rapports de résistance sens marche sur sens travers. Le nombre de voiles de carde à superposer dépend du poids au m2 souhaité. Par exemple pour un grammage de 65 g/m2, on superpose 4 voiles de carde. Au lieu de former la nappe par cardage, on peut employer également des moyens pneumatiques du type RANDO, notamment pour les grammages plus élevés, jusqu'à 200 g/m2. La nappe ainsi formée est déposée sur la toile (12), en mouvement à une vitesse prédéterminée, d'où elle est entrainée vers la batterie de rampes d'injecteurs (16) pour le traitement sur une première face. Pour assurer le prémouillage du voile (nécessaire du fait de l'hydrophobie des fibres employées), on peut, par exemple utiliser un injecteur dont la pression est réglée à un faible niveau (30 bars), sans perturber l'arrangement des fibres. Les autres injecteurs sont réglés à des pressions variant de 40 à 250 bars, pour assurer l'enchevêtrement des fibres. Ensuite, le voile, ayant subi une première consolidation sur la première face, peut être entrainé vers la deuxième unité de liage où il sera repris par une toile de façon à présenter sa deuxième face à la batterie d'injecteurs (26).Dans l'exemple, la deuxième face est traitée de façon identique à la première. Le nontissé passe alors sur une dernière fente à vide qui permet d'évacuer la plus grande partie de l'eau. Il est ensuite séché, par exemple sur un séchoir à air traversant ou sur des tambours sécheurs, non représentés. Le cas échéant on lui fait subir un traitement de thermoliage si on a prévu d'incorporer des fibres thermoliantes dans le voile. On peut également prévoir, si on le souhaite, un poste de structuration hydraulique disposé avant le séchage bien sur. Exemple On a traité par ce procédé une nappe de fibres de coton écru du type peigneuse. La longueur moyenne des fibres était de 12 à 14 mm avec un indice micronaire 4. Le nontissé final, de grammage 65 g/m2, était constitué de 4 voiles de carde superposés. Chaque unité de liage hydraulique était composée de 4 injecteurs dont les pressions étaient respectivement à 30, 95, 125 et 125 bars. A la vitesse de machine de 30 mètres par minute, l'énergie libérée successivement par les injecteurs et mesurée au niveau des pompes, par kilogramme de nontissé, est rapportée dans le tableau ci-dessous INJECTEURS PRESSION (bars) ENERGIE PAR ENERGIE DISSIPEE RAMPE D'INJECTEURS (KWH/KG) 1 30 0,03 0,03 2 95 0,16 0,19 3 125 0,19 0,38 4 125 0,19 0,57 5 30 0,03 0,60 6 95 0,16 0,76 7 125 0,19 0,95 8 125 0,19 1,14 On a obtenu un nontissé aux caractéristiques suivantes - poids au mZ : 65 g - épaisseur : 0,42 mm - résistance à la rupture SM : 55 N d'une éprouvette de 5cm ST : 33 N de large - temps d'immersion : 30 s - coefficient d'absorption : > 9 g/g On a représenté, sur la figure 2, l'évolution de la résistance à la rupture du voile en fonction de l'énergie communiquée à la nappe par les injecteurs successifs. On constate que la résistance, aussi bien sens marche que sens travers, croit en fonction de l'énergie reçue par la nappe pour atteindre, en ce qui concerne la résistance sens travers, un palier après 0,9 kwh par kg de nontissé. On a représenté à la figure 3 pour l'exemple considéré, l'évolution du temps d'immersion représentatif de l'aptitude au mouillage, en fonction de cette même quantité d'énergie. On constate que le temps mis par l'échantillon pour s'enfoncer dans l'eau devient mesurable à partir d'un seuil minimum d'énergie qui est de 0,7 kwh par kg de nontissé pour l'exemple considéré. Le tableau ci-dessous reprend les valeurs de temps d'immersion relatives au nontissé de l'exemple d'une part et, pour un nontissé de même grammage obtenu par aiguilletage mécanique à partir des mêmes voiles de carde de coton écru d'autre part. Les temps d immersion supérieurs à 300 secondes signifient qu'après ce temps, le nontissé flottait toujours sur l'eau et qu'il ne se mouillait pas. ENERGIE LIBEREE PAR TEMPS D'IMMERSION NONTISSE LES INJECTEURS (secondes) Kwh/kg LIE MECANIQUEMENT -- 300 0,03 300 LIE 0,19 300 0,38 300 PAR 0,57 300 JETS 0,60 300 0,76 95 D'EAU 0,95 37 1,14 27 Cette mesure du temps d'immersion est employée dans la pharmacopée comme mesure de la mouillabilité du coton hydrophile. La méthode est la suivante - on utilise un panier cylindrique, préalablement séché, constitué par des fils de cuivre d'un diamètre de 0,4 mm environ. Ce panier a une hauteur de 8,0 cm, un diamètre de 5,0 cm et des mailles d'une largeur de 1,5 à 2,0 cm. Sa masse est de 2,7 + 0,3 g. On pèse le panier (m1). On prélève 1 g de nontissé en 5 endroits différents de l'échantillon. On introduit les 5 g sans tasser dans le panier que l'on pèse (m2). On prépare d'autre part un récipient de 11 cm à 12 cm de diamètre rempli d'eau à 200C environ sur une hauteur de 10 cm. On présente le panier en position horizontale au dessus de l'eau et on le laisse tomber d'une hauteur de 10 mm. On mesure au chronomètre le temps qu'il met à s'enfoncer dans l'eau. C'est ce temps en secondes qui est reporté sur la figure 3. Le coefficient d'absorption est déterminé à partir du test précédent. On retire le panier de l'eau, on le laisse égoutter pendant 30 s puis on le dépose dans un récipient taré (m3) et on pèse le tout (m4). Le coefficient d'absorption d'eau par gramme de coton rapporté plus haut dans l'exemple est donné par la formule m4 - (m + m,) C 2 m2 -m1 Les photos réalisées au microscope électronique à balayage montrent l'action décapante des jets sur la couche primaire des fibres. Les microphotographies 4 A et B montrent que les fibres avant traitement sont lisses et intactes alors que les microphotographies 4 C et D effectuées après traitement révèlent la présence de fibrilles accrochées aux fibres qui n' ont pas été autrement détériorées. On a réalisé également une spectrophotométrie infrarouge. Au niveau des pics infrarouges on constate une évolution entre deux spectres réalisés l'un avant traitement l'autre après traitement. Toutefois cette évolution n'est pas suffisante pour permettre d'en tirer des conclusions sur la disparition des matières conférant les propriétés hydrophobes à la fibre. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'une étoffe nontissée à partir de coton écru, ou autres fibres lignocellulosiques naturelles comportant en surface une couche de matières rendant la fibre hydrophobe, comprenant les étapes suivantes - formation d'une nappe de fibres, non liées, sur une toile perméable à l'eau, - enchevêtrement des fibres de la nappe au moyen d'une pluralité de jets d'eau issus de rampes d'injecteurs, disposées transversalement par rapport au sens de déplacement du support, caractérisé en ce que l'énergie totale communiquée à la nappe par l'ensemble des jets est au moins égale à un seuil minimum correspondant à la valeur à laquelle ladite nappe devient hydrophile. 2. Procédé de fabrication d'une étoffe nontissée à partir de coton écru selon la revendication 1 caractérisé en ce que le seuil d'énergie est compris entre 0,4 et 1,1 kwh par kg de fibres traitées. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que ladite nappe est de grammage compris entre 25 et 200 g/m2 de préférence entre 30 et 100 g/m2. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il consiste à traiter successivement les deux faces de la nappe. 5. Procédé selon la revendication précédente caractérisé en ce que le nombre d'injecteurs est compris entre 3 et 10 pour chaque face. 6. Procédé selon l'une des revendications 4 et 5 caractérisé en ce que le premier injecteur est à basse pression de façon à assurer le mouillage de la nappe sans déplacer les fibres. 7. Procédé selon l'une des revendications 4 à 6 caractérisé en ce que le traitement de liage est effectué par jets d'eau dont la pression en sortie d'injecteur est réglée à une valeur moyenne ou haute, entre 40 et 250 bars. 8. Nontissé hydrophile comportant en majorité des fibres lignocellulosiques naturelles, enchevêtrées selon un procédé de liage hydraulique caractérisé en ce que lesdites fibres n'ont subi aucun traitement chimique visant à les rendre hydrophiles. 9. Nontissé hydrophile selon la revendication 8 caractérisé en ce qu'il comporte au moins 70 % de coton écru et est exempt de tout agent de mouillage. 10. Nontissé hydrophile selon la revendication 9 caractérisé en ce qu'il présente une mouillabilité telle que le temps d'immersion d'un échantillon est inférieur à 90 secondes et de préférence à 30 secondes. 11. Nontissé hydrophile selon l'une des revendications 9 et 10 caractérisé en ce que son coefficient d'absorption est supérieur à 9 g/g. 12. Nontissé selon l'une des revendications 8 à 11 caractérisé en ce qu il comprend jusqu'à 30 % de fibres synthétiques.