Brevet FR2873706A1 — publié le 20060203

La présente invention concerne une matière première du type colorant ou additif pour alimentation d'une machine de transformation de matières thermoplastiques ou élastomériques du type extrusion ou injection. L'invention concerne également des procédés de fabrication de cette matière première. Une machine de transformation de matières thermoplastiques ou élastomériques, telle qu'une extrudeuse ou une presse à injecter, utilise le plus souvent des colorants ou additifs, appelés couramment "mélangesmaîtres" ou "masterbatch", sous forme de granulés afin de permettre une fonte rapide et homogène de ces matières premières en vue de la transformation subséquente à réaliser. Les machines sont équipées à cet effet d'une ou plusieurs trémies de mélange des différentes matières (matière(s) de base, colorant(s), additif(s)...) formant la composition à transformer, cette ou ces trémies étant pourvues de doseurs volumétriques ou pondéraux, le plus souvent pilotés électroniquement. Une telle machine de transformation est la plupart du temps amenée à fabriquer des séries de pièces de natures différentes, ces pièces pouvant par exemple être en des matériaux ou compositions de matériaux différents, ou en des couleurs différentes. L'utilisation des matières premières du type colorant ou additif sous forme de granulés classiques a pour inconvénient important d'obliger à un nettoyage minutieux de la ou des trémies de mélange et des doseurs entre chaque série de pièces, afin d'empêcher que des granulés correspondant à l'alimentation d'une série de pièces précédentes, ainsi que des poussières provenant de ces granulés et de leurs frottements internes dans les trémies ou les conduits d'alimentation, ne viennent polluer la matière de la série suivante. Ce nettoyage implique un travail fastidieux à accomplir et une immobilisation de la machine le temps de son accomplissement. La machine doit de plus fonctionner pendant une certaine durée avant que la production de la série de pièces suivante puisse commencer, afin que l'on soit sûr de l'absence de particules ou granulés résiduels de la série précédente. Les poussières ou particules issues des matières premières du type colorant ou additif sous forme de granulés classiques ont de plus tendance à se répandre autour de la machine, obligeant à un nettoyage régulier de l'atelier. Par ailleurs, certaines matières premières du type colorant ou additif ont des conditions de mise en oeuvre exigeantes, et doivent notamment avoir une humidité très réduite ou être mélangées et fondues sous une atmosphère pauvre en oxygène. A défaut, les qualités des produits obtenus pourraient être altérées. Les matières premières du type colorant ou additif sous forme de granulés classiques offrent de ce point de vue des surfaces de contact importantes de leurs produits actifs avec l'air ambiant et ont par conséquent pour inconvénient de nécessiter dans certains cas des traitements préalables à leur introduction dans la machine, notamment un traitement de dessiccation. Les machines doivent alors être pourvues d'équipements de dessiccation du type étuve ou, selon les cas, de dispositifs de diffusion de gaz inerte ou réducteur sur le mélange de matières premières, ce qui constitue une contrainte notable. Les matières premières du type colorant ou additif sous forme de granulés classiques ont également pour inconvénient d'avoir un contact étendu avec notamment les parois des trémies de mélange, ce qui peut les polluer. Par ailleurs, les granulés classiques sont constitués de matières actives (pigments minéraux ou organiques, éléments chimiques anti-UV, antioxydant, anti-feu, antistatique) mais aussi de liant. Ces liants permettent d'agglomérer les matières actives sous forme de granulés ayant une certaine cohésion, qui permettent eux-mêmes de faciliter l'alimentation de la machine et d'éviter l'émission de poussières causant une pollution aérienne importante. La tenue "mécanique" ou physico-chimique minimale requise pour les granulés classiques impose d'avoir souvent des pourcentages de liant importants, entre 40 et 50 % pour les liants de pigments minéraux par exemple et parfois plus de 60 % pour les liants de pigments organiques. Ces pourcentages élevés de liants sont évidemment dommageables à une bonne dispersion des matières actives dans la matière principale à transformer, et augmentent inutilement le volume et le poids des mélanges-maîtres ("masterbatchs") à alimenter. En outre, pour limiter les effets d'adhésion, souvent de nature électrostatique, des granulés classiques et particules contre les parois des trémies ou conduits d'alimentation, ces granulés sont enrichis en éléments antistatiques. Ces éléments antistatiques ont pour inconvénients d'être onéreux et surtout de migrer ultérieurement vers la surface de la matière une fois transformée en pièces ou composants, ce qui engendre très fréquemment de nombreux problèmes du type: manque d'imprimabilité ou de possibilité de collage, défauts d'aspects, etc.. La présente invention vise à remédier à tout ou partie de ces 10 inconvénients. À cette fin, la matière première du type colorant ou additif qu'elle concerne est formée de granulés comprenant chacun: - une enveloppe extérieure en une matière thermoplastique compatible avec la matière thermoplastique ou élastomérique à transformer, et - un "coeur" constitué par une matière pulvérulente ou granulaire, incluant une ou plusieurs matières actives destinées à être mêlées à la ou aux matières d'alimentation de la machine. Les granulés selon l'invention permettent d'éliminer la dispersion de la matière pulvérulente ou granulaire au niveau d'une ou plusieurs trémies d'alimentation ou de doseurs, et d'éliminer ainsi la nécessité de nettoyer minutieusement cette ou ces trémies entre chaque série de pièces. Ces granulés éliminent de plus tout contact, ou tout au moins un contact étendu, de la matière pulvérulente ou granulaire avec les parois d'une trémie, réduisant ainsi le risque de pollution de cette matière par ces parois. En cas de changement de matière première, notamment en cas de changement de colorant ou d'additif, il suffit d'interrompre l'alimentation en granulés à la fin de la production d'une série de pièces et d'alimenter la machine avec les granulés de la série de pièces suivantes. La taille des granulés de la matière première selon l'invention est avantageusement supérieure, par exemple entre 1,2 et 3 fois, à celle des granulés classiques, ce qui permet de réaliser le passage d'une série de pièces à une autre de manière beaucoup plus simple et rapide qu'avec une matière première, un colorant ou un additif selon la technique antérieure. Cette granulométrie plus élevée permet également de réduire très nettement la tendance de la matière première à se répandre autour de la machine. L'enveloppe peut avoir une épaisseur de paroi comprise entre 5p et 500p par exemple. Etant destinée à être fondue et mélangée à la matière à transformer, la matière constitutive de cette enveloppe est compatible avec la matière principale à transformer, comme dit précédemment; par exemple, dans le cas où cette matière principale à transformer est une polyoléfine, la matière de l'enveloppe peut être par exemple un polyéthylène haute ou basse densité, mais le plus souvent, l'on choisira une matière du type EVA (Ethylène Vinyl Acétate) qui se trouve être compatible avec la plupart des matières thermoplastiques. L'enveloppe est avantageusement fermée de manière étanche par rapport à l'air ambiant. Chaque granulé de la matière première selon l'invention permet ainsi d'empêcher ou de limiter le contact de la matière pulvérulente ou granulaire qu'il contient avec l'air ambiant ou avec les parois des trémies ou conduits. Ce granulé réduit par conséquent la nécessité de traitement préalable de la matière première ou la nécessité éventuelle de dispositifs de diffusion de gaz inerte ou réducteur à l'intérieur de la machine, et réduit de plus la nécessité d'incorporer dans les mélangesmaîtres des éléments antioxydants, anti-UV ou antistatiques par exemple, qui sont très coûteux. Dans une version préférée de l'invention, la matière constitutive de l'enveloppe du granulé est dopée en éléments antistatiques. Cette matière constitutive de l'enveloppe, qui représente en masse généralement moins de 5 % de la masse totale du granulé, peut ainsi être davantage dopée en pourcentage que ne le sont les granulés classiques, ce qui renforce les propriétés antistatiques obtenues; en effet, dans le cas où un granulé classique est dopé à 2 % en éléments antistatiques, même si, dans un matériau selon l'invention, l'on dope la matière de l'enveloppe à 10 %, ce qui garantit une efficacité bien supérieure en terme de contact extérieur, il ne sera mis en fait au total que 10 % X 5 % = 0,5 % en masse d'élément antistatique, ce qui est quatre fois moins important que les 2 % en moyenne dans les granulés classiques et est donc très avantageux aussi bien en termes économiques qu'en termes de qualité de la pièce transformée. Cette dernière présente beaucoup moins de risques de migration ultérieure de l'additif du fait du pourcentage moyen de cet additif beaucoup plus faible. Par ailleurs, ledit "coeur" du matériau selon l'invention peut inclure un liant permettant d'agglomérer les particules ou granules de la ou des matières actives qu'il comprend; ce liant peut être du type de ceux utilisés pour les granulés classiques mais grâce à ladite enveloppe, peut être présent en un pourcentage beaucoup plus faible (entre 0 et 50 % selon les cas par exemple) que dans un granulé classique, ce qui permet de faciliter grandement la dispersion de la ou desdites matières actives au sein de la matière principale à transformer. Le "coeur" du granulé peut, pour des colorants par exemple, être constitué de 70 à 90 % de pigments minéraux et de 10 à 30 % de liant. Ce liant peut être un mélange d'EVA et de cires, ou bien de 50 à 60 % de pigments organiques et de 40 à 50 % de liant (ici encore le liant étant un mélange d'EVA et de cires). Dans certains cas il sera possible de constituer un coeur ne comprenant aucun liant d'où une économie et une très grande facilité de dispersion. L'invention concerne également des procédés de fabrication de la 20 matière première précitée. Un procédé selon l'invention comprend les étapes consistant à : introduire la matière pulvérulente ou granulaire dans une gaine allongée en matière thermoplastique; - à souder cette gaine de proche en proche pour former des segments de gaine ayant des dimensions correspondant à celle de granulés à obtenir, et - à sectionner la gaine au niveau des zones de soudure, pour former les granulés. La gaine a de préférence une faible épaisseur de paroi, par exemple 10 à 200 microns, et peut présenter, pour sa zone creuse intérieure, une 30 section transversale de plusieurs mm2 à plusieurs cm2. Un autre procédé selon l'invention comprend les étapes consistant à : réaliser une coextrusion de la ou desdites matières actives (avec ou sans liant) et de l'enveloppe, et - pincer à chaud et couper ou cisailler afin de constituer des granulés enrobés de façon relativement étanche. Le liant peut être par exemple du type EVA + cires et la matière de l'enveloppe peut être du type EVA ou PEBD (polyéthylène basse densité). Le conduit dans lequel arrive la matière en fusion de l'enveloppe peut être transversal au conduit d'extrusion des éléments actifs et du liant (principe connu de co-extrusion dit par "tête d'équerre"), ladite matière en fusion se répartissant naturellement autour du boudin formé par l'extrusion des éléments actifs et du liant éventuel et constituant ainsi une enveloppe fine continue. REVENDICATIONS 1 Matière première du type colorant ou additif pour alimentation d'une machine de transformation de matières thermoplastiques ou élastomériques du type extrusion ou injection, caractérisée en ce qu'elle est formée de granulés comprenant chacun: - une enveloppe extérieure en une matière thermoplastique compatible avec la matière thermoplastique ou élastomérique à transformer, et - un "coeur" constitué par une matière pulvérulente ou granulaire, incluant une ou plusieurs matières actives destinées à être mêlées à la ou aux matières d'alimentation de la machine. 2 Matière première selon la revendication 1, caractérisée en ce que la taille des granulés dont elle est formée est supérieure à celle des granulés classiques, par exemple entre 1,2 et 3 fois supérieure. 3 Matière première selon la revendication 1 ou la revendication 2, 15 caractérisée en ce que ladite enveloppe a une épaisseur de paroi comprise entre 5p et 500p. 4 Matière première selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que ladite enveloppe est fermée de manière étanche par rapport à l'air ambiant. 5 Matière première selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la matière constitutive de ladite enveloppe est dopée en éléments antistatiques. 6 Matière premières selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que ledit "coeur" n'inclut aucun liant en addition à la ou aux matières 25 actifs qui le constituent. 7 Matière première selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que ledit "coeur" inclut un liant permettant d'agglomérer les particules ou granules de la ou des matières actives qu'il comprend. 8 Matière première selon la revendication 7, caractérisée en ce que le 30 liant est présent en un pourcentage beaucoup plus faible que dans un granulé classique. 9 Procédé de fabrication de la matière première selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à : - introduire la matière pulvérulente ou granulaire dans une gaine allongée 5 en matière thermoplastique; - à souder cette gaine de proche en proche pour former des segments de gaine ayant des dimensions correspondant à celle de granulés à obtenir, et - à sectionner la gaine au niveau des zones de soudure, pour former les granulés. 10 Procédé de fabrication de la matière première selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à : - réaliser une coextrusion de la ou desdites matières actives (avec ou sans liant) et de l'enveloppe, et - pincer à chaud et couper ou cisailler afin de constituer des granulés enrobés de façon relativement étanche. 11 Procédé de fabrication de la matière première selon la revendication 10, caractérisé en ce que le conduit dans lequel arrive la matière en fusion de l'enveloppe est transversal au conduit d'extrusion des éléments actifs et du liant éventuel (principe connu de co-extrusion dit par "tête d'équerre").