Brevet FR2821361A1 — publié le 20020830

Granule constitué d'un agglomérat de particules de matière thermoplastique et de particules d'additif, son utilisation et un procédé pour sa fabrication L'invention concerne un granule constitué d'un agglomérat de particules de matière thermoplastique et de particules d'additif, son utilisation et un procédé pour sa fabrication. Les matières thermoplastiques sont communément mises en oeuvre au départ de granules dont le diamètre moyen est compris entre 1 et 5mm. Cette forme de présentation de la matière thermoplastique présente notamment l'avantage de s'écouler facilement dans les machines de mise en oeuvre. Les agents moussants chimiques destinés à expanser les matières thermoplastiques sont fréquemment utilisés sous forme de granules de mélange maître. Ceux-ci sont constitués par le mélange et la granulation d'un polymère thermoplastique avec une forte proportion d'agents moussants. Lors de la mise en oeuvre de l'objet à fabriquer on additionne une quantité appropriée de granules de mélange maître aux granules de la matière thermoplastique. Puisque l'agent moussant doit se décomposer et produire le gaz moussant lors de la mise en Zr > oeuvre de l'objet final en matière thermoplastique, on doit veiller à ce qu'il ne se décompose pas prématurément lors de la granulation du mélange maître. Afin d'atteindre cet objectif, il est connu d'utiliser, pour la granulation, un polymère porteur, différent de celui constituant l'objet final, dont la température de mise en oeuvre est inférieure à la température de décomposition de l'agent moussant. Cette technique présente l'inconvénient que le polymère porteur, utilisé pour la granulation, se retrouve dans l'objet final, dans des proportions significatives, et peut en affecter les propriétés. Afin d'éviter ce désavantage, il est connu (brevet SOLVAY U. S. 4.425. 443) de fabriquer les granules de mélange maître par compactage, à une température inférieure à celle de décomposition de l'agent moussant, d'un agglomérat de particules de matière thermoplastique et de particules d'agent moussant. Ce procédé connu permet de choisir, pour la fabrication du granule de mélange maître, la même matière thermoplastique que celle qui constitue l'objet final mis en oeuvre. Des granules produits par un tel procédé présentent toutefois le désavantage d'être friables et de posséder de mauvaises propriétés mécaniques, notamment une mauvaise résistance à l'abrasion. L'invention vise dès lors à remédier aux inconvénients précités des - granules connus, en fournissant des granules comprenant un agglomérat de' particules de matière thermoplastique et de particules d'agent moussant qui aient de bonnes propriétés mécaniques. En conséquence, l'invention concerne un granule constitué d'un agglomérat de particules, le dit agglomérat comprenant des particules d'au moins un polymère porteur et des particules d'au moins un additif, se caractérisant en ce que l'agglomérat comprend un agent liant. Par polymère porteur on entend un polymère constitutif du granule, qui porte l'additif. Il est souvent distinct du polymère que l'on désire additiver, appelé par la suite matière thermoplastique , dans lequel le granule est introduit. Par particule on entend un petit élément monolithique de matière qui est d'un seul tenant et qui n'est donc pas constitué d'une juxtaposition d'éléments plus petits. Le granule selon l'invention peut être de forme quelconque, par exemple sphérique ou cylindrique. Son diamètre peut être très variable. En général, ce diamètre est supérieur à 500film. D'autre part, il est de préférence inférieur à 5mm. Le granule conforme à l'invention est constitué d'un agglomérat de particules. On entend par là que le granule n'est pas monolithique. Il résulte de la juxtaposition d'un ensemble de particules distinctes. Parmi ces particules, certaines seront des particules de polymère porteur, d'autres seront des particules d'additif. De préférence, ces particules de nature différente sont bien mélangées dans le granule, pour assurer son homogénéité. Une conséquence importante de la juxtaposition des particules de polymère porteur et des particules d'additif, est que ces dernières ne sont pas plongées dans une matrice continue de polymère porteur. Selon l'invention, l'agglomérat comprend un agent liant. La fonction de cet agent liant est d'assurer la cohésion mécanique du granule. L'agent liant peut se présenter sous forme solide ou liquide. L'agent liant se présente avantageusement sous forme de particules solides. Au sein du granule, afin de remplir leur fonction de manière optimum, les particules d'agent liant sont alors préférentiellement situées entre les particules de polymère porteur et/ou les particules d'additif. La forme et la taille des particules d'agent liant, une fois mis en oeuvre au sein du granule, sont avantageusement adaptées à cette situation interstitielle, en épousant la forme des particules de polymère porteur et/ou d'additif. De nombreuses substances peuvent être sélectionnées comme agent liant. Par exemple, parmi les polymères, le polyméthacrylate de méthyle, la cire de polyéthylène ou la polycaprolaetone donnent d'excellents résultats. Dans un mode de réalisation avantageux du granule conforme à. l'invention, l'agent liant est compatible avec au moins un polymère porteur. La notion de compatibilité est ici entendue au sens chimique bien connu de l'homme du métier. A titre d'exemple, le polyméthacrylate de méthyle est compatible avec le polyfluorure de vinyle et le polychlorure de vinyle, la polycaprolactone est compatible avec le polychlorure de vinyle. Dans le granule conforme à l'invention, le polymère porteur peut être de tout type : thermodurcissable ou thermoplastique. A titre d'exemple on peut citer : les polyesters, les polyamides, les polyuréthannes, les polyoléfines, le polystyrène. Selon les circonstances, il peut être avantageux de combiner, au sein du granule, plusieurs polymères porteurs. Dans un mode de réalisation avantageux de l'invention, au moins un polymère porteur est un polymère thermoplastique sélectionné parmi le polypropylène (homopolymère et copolymère), le polyéthylène (homopolymère et copolymère), le polychlorure de vinyle et le polyfluorure de vinyle. L'additif peut être tout type d'additif pour polymère. Ces additifs, bien connus de l'homme du métier, assurent des propriétés améliorées au polymère, telles que résistance au feu, aux rayonnements, meilleure stabilité chimique. Il peut être avantageux, selon les circonstances de combiner, dans le granule conforme à l'invention, plusieurs additifs différents. Dans un mode d'exécution préféré du granule selon l'invention, au moins un des additifs est un agent moussant chimique. Les agents moussants chimiques sont des additifs solides qui, lorsqu'ils sont chauffés au-delà d'une certaine température, se décomposent et libèrent un gaz qui provoque l'expansion du polymère. Ils permettent de réduire la densité du polymère expansé jusqu'à un facteur voisin de 2 et plus par rapport au même polymère non expansé. Dans une variante avantageuse de ce mode d'exécution, l'agent moussant chimique est un mélange de sels de sodium et d'acide polycarboxyliques ou un azodicarbonamide. Les mélanges de sels de sodium et d'acides polycarboxyliques sont des agents moussants endothermiques. Dans cette famille, les mélanges de bicarbonate de sodium et d'acide citrique sont les plus utilisés. Leur température de décomposition est située entre 140 et 180 C. Les azodicarbonamides sont des agents moussants exothermiques. Leur température de décomposition peut être plus élevée et dépasser 200 C. On peut aussi utiliser un mélange de ces deux familles. Dans le granule conforme à l'invention, la température de début de décomposition de l'agent moussant peut être supérieure, égale ou. inférieure à la température de mise en oeuvre minimum du ou de chaque polymère porteur. Par température de mise en oeuvre on entend la température, bien connue de l'homme du métier, à laquelle le polymère est suffisamment ramolli pour pouvoir être façonné aisément. Il est à noter que dans le cas de polymères semicristallins, cette température est supérieure à leur température de fusion. Cependant il est particulièrement avantageux que la température de début de décomposition de l'agent moussant soit inférieure à la température de mise en oeuvre minimum du ou de chaque polymère porteur. Dans un mode de réalisation avantageux du granule selon l'invention, l'agglomérat comprend de 15 à 70% de particules d'agent moussant, de 25 à , ID 84,5% de particules de polymère et de 0,5 à 5% d'agent liant. Un tel granule, comprenant une proportion importante d'agent moussant, peut être utilisé comme mélange maître. Dans un autre mode de réalisation du granule selon l'invention, l'agglomérat comprend de 0, 5 à 5% de particules d'agent moussant, de 90 à lt > t > 99% de particules de polymère porteur et de 0,5 à 5% d'agent liant. Ce mode de réalisation permet d'utiliser le granule tel quel pour la mise en oeuvre. Il présente l'avantage de ne pas requérir d'opération de mélange supplémentaire. De plus, le polymère porteur étant dans ce cas identique à la matière thermoplastique que l'on désire expanser, un produit final de grande homogénéité et pureté est obtenu. L'invention concerne également l'utilisation de granules conformes à l'invention pour expanser une matière thermoplastique, selon laquelle la matière thermoplastique est compatible avec au moins un polymère porteur. Dans une telle utilisation, l'inconvénient, décrit plus haut des mélanges maîtres connu est fortement atténué puisque la compatibilité des polymères en présence assure au produit final expansé de bonnes propriétés. Dans une variante préférée de cette utilisation, la matière thermoplastique est la même que le ou un des polymère (s) porteur (s). L'invention concerne également un procédé pour la fabrication de granules ID conformes à l'invention selon lequel, dans une première étape, les particules de polymère porteur, les particules d'àdditif et l'agent liant sont mélangés. Selon l'invention, dans une seconde étape, le mélange obtenu est aggloméré par compactage. Le mélange des particules de polymère porteur, des particules d'additif et l'agent liant est réalisé par exemple dans un tonneau tournant ou un mélangeur à hélice. Le mélange peut se faire avec ou sans apport de chaleur. De préférence il est réalisé à froid, sans apport externe de chaleur. Dans la seconde étape, tout outil de compactage peut être utilisé pour former les agglomérats de particules. Il est essentiel d'appliquer une pression suffisante pour amener les particules en contact avec l'agent liant, de manière à ce que celui-ci puisse remplir sa fonction. Parmi les nombreux types de compacteurs qui peuvent être utilisés pour produire les granules conformes à l'invention, citons : . les compacteurs à galets, qui forcent, par l'action de galets rotatifs, le mélange que l'on désire compacter à passer à travers une filière à trous. Un couteau rotatif situé sous la filière découpe en granules les filaments qui en sortent ; les compacteurs à pastillage : les granules sont obtenus par l'action de pression dans un moule rempli du mélange à compacter ; les compacteurs à engrenages : le mélange est compacté par passage entre deux roues dentées. Le ruban formé est découpé en granules. Le système de compactage est de préférence maintenu à température contrôlée, pour éviter son échauffement progressif en fonctionnement. Cependant, lors du compactage, il se peut que, suite à l'action de la pression, des particules de polymère porteur ou que l'agent liant subisse un échauffement. En conséquence, une fusion partielle de ces matières peut survenir. Toutefois, l'existence, au sein du granule conforme à l'invention, de particules de polymère porteur juxtaposées distingue ce granule des granules de l'art antérieur dans lesquels le polymère porteur a subi une fusion totale et dans lesquels l'individualité des particules constitutives a donc disparu. Dans un mode de réalisation préféré du procédé de fabrication de granules, le compactage est effectué par un compacteur à engrenages. Zr) Les exemples dont la description suit vont faire apparaître l'intérêt de l'invention, de manière non limitative. Exemple 1R On a formé dans un mélangeur rapide à hélice à température ambiante de 20 C, 10 kg d'un mélange poudreux constitué de 80% de particules de polyfluorure de vinyle ayant une granulométrie moyenne de 200um, 20% de- particules, de granulométrie moyenne de 30u.lm, d'un agent moussant chimique endothermique à base de bicarbonate de sodium et d'acide citrique, commercialisé par la société LEHMANN & VOSS sous la marque LUVOPORE. Ce mélange a été introduit dans un compacteur à engrenage. Le compactage est réalisé dans l'entrefer de deux roues dentées tournant en sens contraire l'une par rapport à l'autre. Ces roues exercent une pression sur le ruban compacté qui se forme, pour le faire avancer. A la sortie du compacteur, le ruban s'est avéré avoir de si mauvaises propriétés mécaniques, qu'une simple pression des doigts suffisait à le pulvériser. L'introduction du ruban dans le broyeur a reconstitué le mélange poudreux introduit dans le compacteur. Exemple 2 On a procédé comme dans l'exemple précédent, sauf que 5% en poids (c'est-à-dire 500 g) de particules, de granulométrie moyenne 100um, de polyméthacrylate de méthyle assurant la fonction d'agent liant ont été ajoutées au mélange. Ce mélange a été compacté comme dans l'exemple 1. Le ruban compacté, qui présentait une bonne résistance mécanique a ensuite été introduit dans un broyeur. Les granules formés dans le broyeur ont enfin été tamisés pour en extraire la fraction granulométrique comprise entre 1500 et 2500um. REVENDICATIONS 1. Granule constitué d'un agglomérat de particules, le dit agglomérat 1 comprenant des particules d'au moins un polymère porteur et des particules d'au moins un additif, caractérisé en ce que l'agglomérat comprend également un agent liant. 2. Granule selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'agent liant est compatible avec au moins un polymère porteur. 3. Granule selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que au moins un additif est un agent moussant chimique. 4. Granule selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'agent moussant chimique est un mélange de sel de sodium et d'acide polycarboxylique ou un azodicarbonamide. 5. Granule selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que au moins un polymère porteur est un polymère thermoplastique sélectionné parmi le polypropylène, le polyéthylène, le polychlorure de vinyle et le polyfluorure de vinyle. 6. Granule selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que l'agglomérat comprend, en poids, de 15 à 70% de particules d'agent moussant chimique, de 25 à 84,5% de particules de polymère porteur et de 0,5 à 5% d'agent liant. 7. Granule selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que l'agglomérat comprend, en poids, de 0,5 à 5% de particules d'agent moussant chimique, de 90 à 99% de particules de polymère porteur et de 0,5 à 5% d'agent liant. 8. Utilisation de granules conformes à l'une quelconque des revendications 3 à 7, pour expanser une matière thermoplastique, caractérisée en ce que la matière thermoplastique est compatible avec au moins un polymère porteur. 9. Procédé de fabrication de granules conformes à l'une quelconque des revendications 1 à 7 selon lequel, dans une première étape, les particules de polymère porteur, les particules d'additif et l'agent liant sont mélangés, caractérisé en ce que, dans une seconde étape., le mélange obtenu est aggloméré par compactage. 10. Procédé de fabrication selon la revendication précédente; caractérisé en ce que le compactage est effectué par un compacteur à engrenage.