Brevet FR2776955A1 — publié le 19991008

MATERIAUX COMPOSITES ABSORBANTS DE LIQUIDE AQUEUX La présente invention se rapporte à l'industrie des composites multicouches aptes à absorber un liquide aqueux et à gonfler, et en particulier aux composites bi-couches et aux articles les contenant tels que les câbles pour le transport d'énergie et les articles d'hygiène. Les composites auxquels se rapporte l'invention peuvent être utilisés dans différentes industries. En particulier dans l'industrie des câbles électriques, pour la téléphonie et les fibres optiques et dans l'industrie des articles d'hygiène pour bébés, pour l'incontinence adulte et l'hygiène féminine. Les câbles comportent au moins trois parties distinctes qui sont, en allant du coeur vers l'extérieur - un noyau conducteur - un composite absorbant apte à gonfler - une couche externe isolante. Les composites absorbants sont connus et largement utilisés dans l'industrie des câbles. Pour cette application ils sont introduits dans le câble pour assurer son étanchéité lors de l'entrée accidentelle d'eau. En effet, lorsque l'eau pénètre dans le câble suite à la détérioration de la couche externe, le composite absorbe ce liquide et en gonflant empêche la propagation de l'eau. Les composites utilisés dans les câbles sont généralement à base de produit absorbant en poudre, pris entre deux couches de matériau non tissé. Un tel composite, dit composite absorbant tri-couches, est connu et largement décrit. Par exemple, EP 0188959 décrit des câbles électriques contenant des matériaux composites à base de poudre hydroexpansible telle que les polymères acryliques modifiés, les amidons greffés, les polyacrylamides, la carboxyméthyl cellulose, enfermée entre deux couches de matériau non tissé. Ladite poudre est fixée au non tissé par un liant hydrosoluble. Les composites absorbants tri-couches décrits ci-haut posent le problème de l'efficacité de la poudre absorbante. En effet, celle-ci reste enfermée entre deux couches de non tissé et ne peut pas gonfler librement. De plus il reste des espaces vides dans le câble, dans lesquels l'eau peut se répandre. De ce fait, la quantité d'eau que la poudre peut absorber reste limitée. Ce problème est partiellement résolu par EP 0378940 qui décrit des matériaux composites pour câbles comprenant une poudre hydroexpansible et une poudre thermocollante prises en sandwich entre un support plat et un support partiellement hydrosoluble. Au contact de l'eau le support hydrosoluble se solubilise partiellement en donnant une certaine liberté à la poudre qui va s'expanser rapidement en formant un bourrelet et empêcher ainsi la propagation de l'eau. Mais, malgré la présence du support hydrosoluble, la liberté de la poudre reste partielle et son efficacité limitée. La demanderesse a maintenant trouvé que ce problème peut être résolu par l'utilisation dans les câbles d'un composite absorbant bi-couches. En effet, la demanderesse a trouvé que la liberté d'expansion de la poudre et son efficacité peuvent être accrues par la suppression de la couche externe du composite absorbant, c'est-à-dire en remplaçant le composite tri-couches: non tissé / poudre absorbante / non tissé par un composite bi-couches: non tissé / poudre absorbante. La demanderesse a aussi découvert qu'on peut encore améliorer la liberté d'expansion de la poudre absorbante en contrôlant sa distribution et la quantité fixée sur le non tissé. En effet, la demanderesse a trouvé que lorsque la poudre absorbante est distribuée ponctuellement sur le non tissé et de préférence sous forme de monocouche, sa liberté d'expansion et son efficacité sont accrues. Car dans ces conditions les particules de la poudre absorbante ne sont plus emprisonnées et forment entre elles des canaux facilitant ainsi la circulation du liquide et son absorption par la poudre. Le premier objet de l'invention est un composite absorbant apte à gonfler caractérisé en ce que ledit composite est constitué de deux couches: un support souple à base de matériau non tissé et au moins une poudre aborbante fixée audit support par l'intermédiaire d'une colle thermofusible. De manière générale la masse de la colle est de 2 à 100 g par m2 de non tissé et la masse de la poudre absorbante est de 5 à 300 g par m2. Les matériaux non tissés utilisés dans l'industrie du câble sont généralement les polyesters non tissés liés thermiquement ou chimiquement et les polyoléfines telles que le polypropylène. Ces matériaux peuvent éventuellement être chargés de manière à devenir semi-conducteurs. Les non tissés préférés pour réaliser l'invention sont les polyesters, caractérisés par une surface lisse et un poids de 10 à 100 g/m2, ou encore les polyesters chargés ayant un poids de 50 à 300 g/m2. D'une manière générale par colle thermofusible on entend un mélange constitué d'un polymère, d'une résine, d'une huile ou cire et de divers additifs. Les colles selon l'invention sont celles décrites par WO 97/12007. A titre indicatif, les colles utilisées pour la mise en oeuvre de l'invention sont notamment les colles thermofusibles auto adhésives ou non ayant un point de fusion proche de 150 C et un indice de fluidité compris entre 0,5 et 1000. Elles sont généralement constituées de polymères. Parmi ceux-ci les polymères à base d'éthylène et d'acrylate d'alkyle occupent une position privilégiée. En général l'acrylate d'alkyle est choisi parmi l'acrylate de méthyle, I'acrylate de butyle et le 2, éthylhexylacrylate. On peut aussi, comme colle thermofusible, utiliser les copolymères éthylène - acétate de vinyle ou les copolymères styrène - butadiène styrène, ou encore les colles réactives telles que les polyuréthanes. De manière avantageuse on utilise le copolymère éthylène / acétate de vinyle caractérisé par un taux d'acétate de 10 à 45 % en poids. La colle est déposée sur le non tissé à I'aide d'un rouleau gravé comme décrit plus loin. Elle recouvre partiellement ou totalement la surface du non tissé. Lorsqu'on souhaite donner le maximum de liberté d'expansion à la poudre absorbante, la surface recouverte par la colle est de 10 % à 80 % de la surface totale du non tissé et représente de 2 à 100 g par m2 de non tissé. La poudre absorbante selon l'invention est une poudre naturelle ou industrielle. Elle est homogène et de fine granulométrie. Elle est généralement choisie dans le groupe constitué de polymères acryliques modifiés, d'amidons greffés, de polyacrylamides, des dérivés de la cellulose tels que la carboxyméthyl cellulose. La poudre absorbante préférée selon l'invention est une poudre à base de polyacide acrylique partiellement neutralisé et réticulé désigné ci- après par SAP. Elle est caractérisée par une taille de particules inférieure à 800, pm et un taux d'absorption, d'une solution aqueuse contenant 0,9 % de NaCI, pouvant atteindre 100 g par g de SAP. Cette poudre peut être obtenue selon différents procédés tels que ceux décrits par FR 2 710 342 et FR 2 732 973. La poudre absorbante doit couvrir au moins la totalité de la surface de la colle. La quantité de poudre fixée sur le non tissé est de 5 à 300 g par m2 de non tissé. Les composites de l'invention tels que décrits précédemment peuvent être utilisés dans toutes les applications mettant en oeuvre une poudre absorbante. On peut citer à titre indicatif les câbles pour le transport d'énergie, les couches culottes pour bébés, les serviettes hygiéniques pour l'incontinence adulte et pour l'hygiène féminine. De manière générale, dans ces applications, la poudre absorbante est emprisonnée entre deux couches de matériau non tissé. La demanderesse a découvert que le remplacement d'un tel système par les composites bi-couches de l'invention procure, comme décrit précédemment, un certain nombre d'avantages, tels que l'efficacité de la poudre et la réduction du coût. Une des manières de réaliser le composite absorbant bi-couches est la suivante: La couche de non tissé est placée entre deux rouleaux, I'un d'eux a une surface lisse, I'autre a une surface gravée. Le déplacement du non tissé est assuré par la rotation des rouleaux. La colle thermofusible est fondue dans une cuve placée en contact direct avec le rouleau gravé. De ce fait la colle fondue vient toucher la surface du rouleau. Celui-ci en tournant entraîne la colle fondue et la dépose sur le non tissé. La poudre absorbante est ensuite saupoudrée sur le non tissé enduit de colle. Les motifs gravés sur le rouleau contrôlent la quantité de colle déposée sur le non tissé ainsi que la surface recouverte et de ce fait la quantité de poudre absorbante fixée. Le composite ainsi préparé est caractérisé de la manière suivante * Quantité de colle La quantité de colle est déterminée par pesée lors de la fabrication du composite. * Quantité de poudre absorbante (SAP) Une détermination de la quantité de SAP est effectuée par pesée lors de la fabrication du composite. Elle peut également être déterminée sur le produit final par un dosage de sodium: les SAP (copolymère d'acide acrylique et d'acrylate de sodium réticulé) contiennent une quantité de sodium fixe imposée par le taux de neutralisation. Ainsi la détermination par une électrode spécifique de la quantité de sodium dans le composite après extraction et la connaissance de la teneur en sodium de la poudre permettent de déterminer la quantité de SAP présente dans le composite. * Performances On s'intéresse principalement à la détermination de la hauteur de gonflement du SAP déterminée de la manière suivante: 0,1 g de SAP est introduit dans un réceptacle sur lequel est placé un couvercle. Ce couvercle est percé de trous afin de laisser passer le liquide. On verse ensuite 100 ml d'eau distillée ce qui entraîne le gonflement du SAP. Le déplacement du couvercle (dO au gonflement du SAP) donne une hauteur de gonflement en mm. On s'intéresse à la hauteur de gonflement à 1 et 3 minutes. Exemples Les composites des exemples 1 à 6 sont préparés et caractérisés comme décrit précédemment. * Les produits utilisés pour la réalisation de ces exemples sont - non tissé: soit un polyester lié thermiquement ayant un poids de g par m2 désigné ci-après par PE I, soit un polyester chargé noir du carbone ayant un poids de 65 g/m2 désigné ci-après par PE II - colle de type autoadhésif thermofusible à 100 % de matière active. Elle se présente sous forme de blocs autoprotégés. Son point de ramollissement se situe entre 71 et 81 C. Sa forme liquide permet un dépôt constant sur le rouleau gravé et un transfert homogène sur le non tissé. Elle est constituée essentiellement d'un copolymère type éthylène-acétate de vinyle. - Poudre superabsorbante Les SAP utilisés sont: - des billes unitaires non agglomérées ayant une granulométrie optimisée centrée sur 280 pm (ciaprès désignés par TAC 45) - des billes en "choux fleur" caractérisées par un taux d'absorption de 70 g/g (ci-après désignées par S 35) - des billes agglomérées de diamètre de 450 pm et un taux d'absorption de 65 g/g (désignées par D 60). * Pour réaliser ces exemples deux rouleaux gravés ont été utilisés. L'un référencé A permet une couverture de 25 % et un dépôt de colle de 8 g par m2, l'autre référencé B permet une couverture de 19 % et un dépôt de colle de 4,5 g par m2. Le tableau suivant résume les caractéristiques et les performances des composites préparés. Exemple n o I 2 3 4 5 6 non tissé PEI PEI PE I PEI PE II PE II rouleau gravé A B A A A A SAP utilisé D 60 D 60 S 35 TAC 45 D 60 S 35 SAP fixé en g/m2 182 214 60 63 183 51 gonflement 1 min en mm 18,3 17,5 18,1 16 18,2 18,2 gonflement 3 min en mm 18,9 18,6 18,1 18,3 19,2 18,2 REVENDICATIONS 1. Matériau composite susceptible d'absorber un liquide aqueux et de gonfler caractérisé en ce que ledit composite est un composite bi- couches contenant: - un support souple de matériau non tissé - de 5 à 300 g par m2 de non tissé d'une poudre absorbante fixée sur le non tissé par l'intermédiaire d'une colle thermofusible autoadhésive. 2. Composite selon la revendication 1 caractérisé en ce que la poudre absorbante couvre de 10 à 80 % de la surface totale du non tissé. 3. Composite selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que la poudre absorbante est choisie dans le groupe constitué de polymères acryliques modifiés tels que le polyacide acrylique partiellement neutralisé et réticulé, des amidons greffés, de polyacrylamides, des dérivés de la cellulose tels que la carboxyméthylcellulose. 4. Composite selon la revendication 3 caractérisé en ce que la poudre absorbante est le polyacide acrylique partiellement neutralisé et réticulé. 5. Composite selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que le matériau non tissé est un polyester lié thermiquement ou chimiquement ou une polyoléfine telle que le polypropylène. 6. Composite selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que la colle thermofusible autoadhésive est choisie dans le groupe contenant: - les copolymères éthylène-acétate de vinyle - les copolymères styrène-butadiène-styrène - les colles réactives telles que les polyuréthanes - les colles à base de polymères obtenus à partir de l'éthylène et d'un acrylate alkyle tels que l'acrylate de méthyle, I'acrylate de butyle ou le 2 éthylhexylacrylate. 7. Composite selon la revendication 6 caractérisé en ce que la colle thermofusible autoadhésive est un copolymère éthylène-acétate de vinyle. 8. Câble pour le transport d'énergie électrique, de télécommunications caractérisé en-ce qu'il renferme un composite bi-couches absorbant selon l'une des revendications 1 à 7. 9. Article d'hygiène tels que les couches culottes, les serviettes pour l'incontinence adulte et l'hygiène féminine caractérisé en ce qu'il renferme un composite bi-couches absorbant selon l'une des revendications 1 à 7.