Brevet FR2880039A1 — publié le 20060630

Procédé de fabrication de surfaces non tissées La présente invention concerne un nouveau procédé de fabrication de surfaces non tissées. Elle concerne plus particulièrement un procédé de fabrication de surfaces non tissées par le procédé de filage direct en fondu de filaments continus disposés sous forme de lo nappe. Les surfaces non tissées sont très largement utilisées dans de nombreuses applications comme la réalisation de revêtements de surface, par exemple. Ces surfaces sont obtenues selon plusieurs procédés, tels que le procédé humide qui consiste à mettre en suspension des fibres dans un liquide contenant avantageusement un produit permettant le liage. Ces fibres sont accueillies sur une surface collective pour réaliser une nappe qui est calandrée et séchée pour former la surface non tissée. Un autre procédé également utilisé est appelé procédé par voie sèche. Ce procédé consiste à former une nappe avec des fibres coupées, cardées et mises sous forme de voile puis la nappe est traitée pour lui donner de la cohésion. Par cette voie sèche, il est également possible de fabriquer des nappes à partir de fils ou filaments continus. Toutefois, dans le cas de fils ou filaments continus, le procédé le plus utilisé est le 25 procédé de filage en voie fondue appelé filage direct . Ce procédé consiste à extruder un ou plusieurs polymères à travers une ou plusieurs filières pour obtenir plusieurs filaments qui seront étirés par des moyens pneumatiques et déposés sur une surface collectrice pour former une nappe. La cohésion de cette nappe peut être obtenue selon différents procédés tells qu'imprégnation par une résine ou par thermoliaison. Dans ce cas, certains filaments sont fabriqués à partir d'un polymère de point de fusion ou ramollissement plus faible que ceux des autres filaments. La cohésion est alors obtenue par un traitement thermique de la nappe. Pour obtenir une nappe présentant de bonnes propriétés et une bonne homogénéité, il est impératif d'une part d'obtenir une distribution régulière des filaments continus sur la surface collectrice et d'autre part que les filaments déposés présentent des caractéristiques et des propriétés homogènes. Dans les procédés de filage direct en continu, il peut être difficile de produire des filaments ou fils continus homogènes et une distribution régulière de ceux-ci. En effet, les filaments unitaires sortant de chaque trou de filière sont rassemblés en un fil Io multifilamentaire. Cette convergence des filaments est obtenue de manière pneumatique. Toutefois, comme cela est précisé dans le brevet US 4758134, des charges électrostatiques sont générées sur les filaments produisant une dispersion de ceux-ci et empêchant un déroulement correct du procédé. Ce brevet propose pour limiter l'effet nuisible de ces charges électrostatiques, de travailler en atmosphère humide. Cette solution présente également des inconvénients notamment quand les polymères utilisés sont sensibles à l'humidité, comme par exemple les polyamides. Un des buts de la présente invention est, notamment, de remédier à ces inconvénients en proposant l'utilisation d'une composition à base de polymères thermoplastiques présentant des propriétés permettant d'éviter l'effet perturbant des charges électrostatiques soit en évitant la génération de charges électrostatiques soit en permettant leur évacuation. A cet effet, la présente invention propose un procédé de fabrication de surfaces non- tissées par le filage direct en fondu de filaments à partir d'une composition à base de polymères thermoplastiques comprenant une alimentation de la composition dans une pluralité de filières comportant chacune plusieurs orifices de filage, puis une alimentation des filaments obtenus dans un dispositif d'étirage pneumatique et une étape de mise en nappe des filaments continus étirés, caractérisé en ce que la composition à base de polymères thermoplastiques alimentée dans les filières comprend au moins un polymère thermoplastique et au moins un additif modifiant polymèrique comprenant au moins des unités récurrentes de formules générales suivantes: -[-C R1 HN Hl- 1 O O t0 R3 N J Il -1-A R4 A B--R3 Bt III f B RT A B R5 B A R3 B- IV Dans lesquelles: R1, R2, R3, R4 différents ou identiques représentent des chaînes hydrocarbures aliphatiques, cycloaliphatiques ou aromatiques comprenant de 2 à 18 atomes de carbone R5 représente un radical polyéther de poids moléculaire compris entre 400 et 200 000. A et B représente les groupements CO, NH ou 0, quand A représente CO, B représente NH ou O et inversement to Et en ce que le polymère comprend au moins l'une des unités récurrentes I ou II et au moins une des unités récurrentes III ou IV. Le procédé de fabrication des filaments peut comprendre une alimentation de chaque filament dans le dispositif d'étirage pneumatique ou une convergence de groupes de filaments pour former plusieurs fils multifilamentaires qui sont alimentés dans le dispositif d'étirage pneumatique puis disposés sur une surface réceptrice pour former une nappe. Comme les filaments sont réalisés en une composition polymèrique présentant des propriétés permettant soit d'éviter la formation de charges électrostatiques soit de favoriser leur évacuation, les charges électrostatiques éventuellement générées à la surface des filaments entre la filière et l'étape de mise sous forme de nappe sont évacuées très rapidement. Ainsi, les filaments restent parallèles entre eux et peuvent être entraînés dans tout le dispositif avant la mise sous forme de nappe sans dispersion et déviation de leur chemin de défilement. Selon une autre caractéristique de l'invention, la concentration en additif polymérique modifiant dans la composition est comprise entre 1 % et 30 % en poids par rapport au poids de composition totale, avantageusement entre 1 % et 15 % en poids. L'additif polymérique modifiant de l'invention comprend avantageusement une structure thermoplastique, de préférence de nature similaire à la structure du polymère thermoplastique de la composition, et une structure comprenant des chaînes polyoxyalkylènes. La structure thermoplastique peut être une structure polyester ou polyamide. Comme polyesters convenables comme additifs polymériques modifiants pour le procédé de l'invention ont peut citer les copolyesters obtenus par polymérisation de monomères diacides et diols, les diols étant constitués par un mélange d'alkylenediols tels que le glycol, le butanediol ou le propanediol, avec un polyoxyalkylénediol. Comme polyamides convenables comme additifs polymériques modifiants de l'invention, on peut citer les copolyamides obtenus par polymérisation de monomères diacides, diamines ou lactames usuels. Toutefois, des monomères présentant une structure particulière sont ajoutés aux monomères usuels.. Ces monomères présente avantageusement des ponts éther dans leur structure et sont de préférence des composés contenant une chaîne polyoxyalkylène et présentant des fonctions terminales réactives avant les fonctions des autres monomères, telles que par exemple, des fonctions amines, acides ou hydroxyles. De tels composés comprenant des fonctions amines sont notamment commercialisés par la société HUNTSMAN sous l'appelation JEFFAMINES. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, l'additif polymérique modifiant est, avantageusement, un copolyamide comprenant des unités récurrentes présentant des chaînes polyoxyalkylènes permettant une modification de la capacité des polyamides à se charger électrostatiquement et d'évacuer les charges électrostatiques éventuellement formées. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'additif polymérique modifiant présente 3o une viscosité en fondu plus faible que celle du polymère thermoplastique formant la matrice de la composition. Ainsi, lors de la fusion et du filage de la composition, l'additif modifiant migre en surface du filament. Cette migration en surface modifie les propriétés de surface, notamment en augmentant la conductivité de surface des fils. Dans les formules ci-dessus, l'unité récurrente de formule I correspond au produit de la réaction de polymérisation entre un diacide choisi dans le groupe comprenant l'acide succinique, l'acide adipique, l'acide téréphthalique, l'acide isophtalique, l'acide décanoïque, l'acide dodécanoïque ou leurs mélanges, et une diamine choisie dans le groupe comprenant l'hexaméthylène diamine, la 2-méthyl pentaméthylène diamine, la métaxylilène diamine ou leurs mélanges. Cette liste n'a pas un caractère exhaustif et d'autres diacides ou diamines peuvent être utilisés. L'unité récurrente de formule II correspond au produit de polycondensation de lactames ou aminoacides choisis dans le groupe comprenant le caprolactame, l'acide to aminoundécano'ique, l'acide aminododécanoïque ou leur mélanges. De même, cette liste n'a pas de caractère exhaustif et d'autres lactames ou aminoacides peuvent être utilisés. Les additifs conformes à l'invention sont obtenues par polymérisation d'un mélange de monomères correspondant aux formules générales suivantes: HO C Ri C OH (V) 0 O H2N R2 NH2 B R5B (viii) Dans lesquelles: R1, R2, R3, différents ou identiques représentent des chaînes hydrocarbures aliphatiques, cycloaliphatiques ou aromatiques comprenant de 2 à 18 atomes de carbone R5 représente un radical polyéther de poids moléculaire compris entre 400 et 200 000. B représente les fonctions COOH, NH2 ou OH. Pour contrôler la viscosité en fondu de l'additif et limiter sa réactivité dans le mélange avec le polymère thermoplastique, la polymérisation est mise en oeuvre en présence de composés monofonctionnels, limiteur de la longueur des chaînes, selon les procédés connus de fabrication de polymères. Comme composés monofonctionnels, on peut citer les acides monofonctionnels, les amines monofonctionnelless. Ainsi, l'acide acétique, l'acide propionique, le tritertiobutyle, la benzyl amine sont des composés préférés. Avantageusement, la concentration pondérale des monomères de formule VIII dans le mélange de monomères est comprise entre 1 et 20 % en poids de l'ensemble des monomères, avantageusement entre 1% et 10%. to Des polyamides répondant à la définition ci-dessus sont décrits, par exemple, dans la demande de brevet WO 94/23101. Ces polyamides sont obtenus en utilisant notamment comme monomère principal et usuel des lactarnes ou aminoacides tels que par exemple, le caprolactame, l'acide aminoundécanoïque, l'acide aminododécanoïque. Les polyamides thermoplastiques peuvent également être obtenus par polymérisation d'une diamine telle que l'hexaméthylène diamine avec un diacide tel que l'acide adipique en présence ou non d'un catalyseur selon les procédés de polymérisation classiques mis en oeuvre pour la fabrication du polyamide 6.6, par exemple. Selon l'invention, le monomère polyoxyalkylène diamine est ajouté dans le milieu de polymérisation, soit en début avec les monomères diamines, diacides ou le sel formé par les monomères diacides et diamines ou au cours du procédé de polymérisation comme par exemple, avant ou pendant l'étape de mise sous vide du polymère pour obtenir le degré de polymérisation souhaité. Comme polymères thermoplastiques convenables, on peut citer le polyamide 6, le polyamide 6,6, leurs mélanges et copolyamides, le polyamide 12, le polyéthylène glycol, le polypropylène glycol, le polybutylène glycol, leurs mélanges et copolyesters. La composition peut comprendre d'autres composants usuellement utilisés dans la fabrication des fils ou fibres tels que les additifs de stabilisation chaleur, les additifs pour améliorer la tenue du polymère au vieillissement tels que les additifs anti-UV, les pigments, les colorants, les matifiants, les nucléants, des cires. Les compositions de l'invention sont obtenues par mélange du polymère thermoplastique avec l'additif polymérique modifiant et éventuellement d'autres additifs comme ceux énumérés ci-dessus. Ce mélange peut être réalisé par tous les procédés classiques. Un des procédés préférés est un rnélange de ces composants dans une vis sans fin comprenant une ou plusieurs vis et extrusion à travers une filière pour former un jonc. Ce jonc est ensuite coupé pour obtenir des granulés de taille et poids désirés. Ces granulés sont utilisés et alimentés, après éventuellement un séchage, dans l'installation de filage et de fabrication des surfaces non tissées. Toutefois, sans sortir du cadre de l'invention, il est également possible d'ajouter l'additif polymérique modifiant pur ou sous forme de solution concentrée dans un polymère hôte (mélange-maître), dans le polymère thermoplastique fondu juste avant l'alimentation dans la filière de filage du non-tissé. Les articles non tissés formés à partir des compositions en polymères thermoplastiques sont produits par un procédé classique consistant à extruder la composition polymérique fondue à travers une ou plusieurs filières pour former un ensemble de filaments. De tels procédés sont notamment décrits dans les brevets américains 3968307; 4052146, 4406850, 4424257, 4424258, 4830904, 5534339, 5783503, 5895710, 6074590 et 6207276. Les filaments sont étirés pneumatiquement et déposés sur une surface collective pour former une nappe. La liaison des filaments de la nappe est réalisée par tous moyens connus. Avec les compositions de l'invention, les filaments sortant des filières restent parallèles entre eux et peuvent être déposés après étirage sur la surface de manière homogène et avec une distribution régulière. En effet, on n'observe aucune répulsion entre les filaments et donc aucune déviation de la direction de défilement des filaments ni adhérence aux parois métalliques de l'installation. Selon l'invention, les filaments peuvent présenter des formes de section très variées. En outre, il est possible, sans sortir du cadre de l'invention, de réaliser des filaments en différents polymères thermoplastiques, notamment des filaments bicomposants. Dans ce cas, l'un des polymères thermoplastiques doit être un polymère présentant une structure conforme à l'invention. D'autres avantages, détails de l'invention apparaîtront plus clairement au vu des exemples donnés ci-dessous à titre d'illustration uniquement et sans aucun caractère 3o limitatif. Exemple 1 comparatif La fabrication d'un polyamide PA 6,6 est réalisée en ajoutant dans un réacteur de polymérisation 3149 g de Sel Nylon sec (sel obtenu par réaction stoechiométrique entre une molécule d'acide adipique et une molécule d'hexaméthylène diamine) dans 2941 g d'eau avec 0,21 g de poudre d'acétate de cuivre monohydraté pur, 7,56 g de poudre de bromure de potassium à 99,5 % de pureté en poids, 3,96 g d'acide phénylphosphonique à 98 % de pureté en poids. Ce mélange réactionnel est chauffé jusqu'à 112 C: la pression autogène de 1,2 bar to absolus est ensuite régulée à cette valeur par distillation d'eau pendant une phase de concentration jusqu'à l'obtention d'une température de 120 C. Le mélange réactionnel est ensuite chauffé jusqu'à 215 C sans distillation d'eau. A cette température, la pression autogène atteint une valeur de 17,5 bar absolus et est régulée à cette valeur par distillation d'eau pendant une phase de distillation sous pression jusqu'à l'obtention d'une température de 230 C. Lorsque la température du mélange réactionnel atteint une valeur de 220 C pendant cette phase de distillation sous pression, on ajoute 13,6 g d'une suspension aqueuse de dioxyde de titane à 5 % en poids. Lorsque la température de 230 C est atteinte, la pression est diminuée jusqu'à la pression atmosphérique pendant une phase de décompression au terme de laquelle la température du mélange réactionnel atteint la valeur de 275 C. Le mélange réactionnel est maintenu à 275 C en phase de finition pendant 10 minutes: le polymère est ensuite coulé sous forme d'un jonc, refroidi et granulé par coupe des joncs. L'indice de viscosité du polymère A obtenu, déterminé à partir des granulés, est de 140 ml/g. Il est déterminé par la mise en oeuvre de la méthode normalisée ISO EN 307. Les groupements terminaux amines et acides sont respectivement mesurés à 43 et 76 meq/kg par potentiométrie en milieu solvant trifluoroéthanol/chloroforme (50/50 en volume). Ce polymère est appelé polymère A.. Exemple 2: fabrication d'un additif I conforme à l'invention On fabrique un copolymère à base de polyamide 6,6 à partir de 240.2 g d'une solution aqueuse d'un sel d'hexaméthylène diammonium concentré à 64% en poids et à laquelle sont ajoutés: 6 mg d'antimousse 12.945g de Jeffamine ED 600 (commercialisée par la société Huntsmann) 3.453g d'acide adipique. 0.345 g d'acide acétique. Le polyamide est fabriqué selon le procédé standard de polymérisation comprenant une étape de concentration de la solution suivie d'une étape de polycondensation dans un réacteur autoclave agité, avec une phase d'environ 47 min de distillation sous un palier en pression de 17,5 bars pour laquelle la température finale est de 250 C, une phase de décompression d'environ 36 min de 17,5 bars à 1 bar à température finale de 273 C et une phase de finition d'environ 20 min pour laquelle la température finale est de 272 C. On obtient un copolymère à base de PA6,6 d'indice de viscosité de 73 ml/g Exemple 3: fabrication d'un additif II conforme à l'invention On fabrique un copolymère à base de polyamide 6,6 à partir de 240.2g d'une solution aqueuse d'un sel d'hexaméthylène diammonium concentré à 64% en poids et à laquelle sont ajoutés: 5 mg d'antimousse 0.6962g d'hexaméthylène diamine (solution dans l'eau à 32.4% en poids) 0.9216g d'acide adipique 0.345g d'acide acétique100%. Le polyamide est fabriqué selon le procédé suivant dans un réacteur autoclave agité: une étape de concentration de la solution suivie d'une étape de polycondensation, avec une phase d'environ 47min de distillation sous un palier à une pression de 17,5 bars pour laquelle la température finale est de 250 C. La polymérisation est continuée par une phase de décompression de 17.5 bars à 1 bar qui est interrompue à 10 bars afin d'introduire 18.5g d'une solution aqueuse de Jeffamine ED 2003 (commercialisée par la société Huntsmann) à 70% en poids dans l'eau, la température masse est maintenue à 260 C. Après cet ajout la décompression est achever, la phase de décompression dure environ 50 minutes, la température finale est de 272 C. La phase de finition dure environ 20 min, la température finale est de 272 C. On obtient un copolymère à base de PA6-6 d'indice de viscosité de 72 ml/g. Exemple 4 Des essais de réalisation de fabrication de fibres ou fils ont été réalisés en utilisant le polymère A de l'exemple 1 sans additif conforme à l'invention et avec des concentrations différentes des additifs I et Il décrits dans les exemples 2 et 3,comme indiqué dans le tableau 1 cidessous. Dans ces exemples l'additif I ou Il est ajouté au polymère A dans une extrudeuse monovis et extrudé sous forme de jonc pour former des granulés par découpe des joncs, selon les techniques connues. Les compositions ou polymère ainsi obtenus sont respectivement séchés puis refondus à 295 C et extrudés à travers une filière comprenant 34 trous de 0,23 mm de diamètre. La vitesse de la composition dans les trous de filière est de 19,4 m/min. Les filaments sont refroidis en sortie de filière par une soufflerie d'air froid. Les filaments sont aspirés dans un système d'aspiration constitué par un pistolet de lancement habituellement utilisé dans les procédés de filage. Les filaments sont évacués de ce pistolet à une vitesse de 4000 m/min. Les filaments subissent un taux d'étirage de 200 environ. Pour contrôler et déterminer si les filaments sortant du pistolet sont chargés électrostatiquement, le jet de filaments est dirigé verticalement sur la surface d'un carton incliné à environ 45 par rapport à la verticale. L'accrochage de filaments à la surface du carton et la répulsion des fils entre eux sont des indices de la présence de charges électrostatiques. Le champ électrostatique présent à proximité du jet de filaments sortant du pistolet est également déterminé en positionnant un staticmeter (appareil commercialisé sous la dénomination Staticmeter model 212 par la société ELECTRO-TECH SYSTEMS Inc Glenside USA), à environ 3 cm (1 pouce) de l'axe du jet de filaments. Cet appareil est soit relié à la terre soit non relié. Des mesures sont effectuées dans les deux configurations. L'absence de charges électrostatique se traduit par un champ électrostatique voisin de zéro. Les résultats obtenus avec les compositions de l'invention et un polyamide sans additif sont indiqués dans le tableau ci-dessous Essai Composition Résultat Staticmeter kV/inch Polymère de base Additifs polymérique modifiant (% en poids) 4A Polymère A de 6 / 10 comparatif l'exemple 1 4B Polymère A de 5 % de l'additif de l'exemple 2 / 4 l'exemple 1 2 4C Polymère A de 2 % de l'additif de l'exemple 1 / 3 l'exemple 1 3 4D Polymère A de 5 % de l'additif de l'exemple - 1 / 1.5 l'exemple 1 3 4E Polymère A de 8 % de l'additif de l'exemple - 1.5 / 0.5 l'exemple 1 3 En outre, aucune adhérence aux parois métalliques ou à la surface du carton n'a été constatée pour les essais de l'invention contrairement à l'essai 4A comparatif. Revendications 1. Procédé de fabrication de surface non-tissées par filage direct en fondu de filaments à partir d'une composition à base de polymères thermoplastiques comprenant une alimentation de la composition dans une pluralité de filières comprenant chacune plusieurs orifices de filage, une alimentation des filaments dans un dispositif d'étirage pneumatique et une étape de mise en nappe des filaments obtenus, caractérisé en ce to que la composition à base de polymères thermoplastiques comprend au moins un polymère thermoplastique et au moins un additif polymérique modifiant polymère comprenant au moins des unités récurrentes de formules générales suivantes: 1C R H R2 H J 1 O O -- [ Ç R3 HI II O -[- A R4 A B R5 B III B R3 A B IV Dans lesquelles: R,, R2, R3, R4 différents ou identiques représentent des chaînes hydrocarbures aliphatiques, cycloaliphatiques ou aromatiques comprenant de 2 à 18 atomes de carbone R5 représente un radical polyéther de poids moléculaire compris entre 400 et 200 000. A et B représente les groupements CO, NH ou O, quand A représente CO, B représente NH ou 0 et inversement Et en ce que le polymère comprend au moins l'une des unités récurrentes I ou II et au moins une des unités récurrentes III ou IV. 2. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'additif polymérique modifiant est présent dans la composition à une concentration pondérale comprise entre 1 /O et 30 /O de la composition totale. 3. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'additif polymérique modifiant to est présent dans la composition à une concentration pondérale comprise entre 1 % et 15 % de la composition totale. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'additif polymérique modifiant est obtenu par polyrnérisation des monomères de formules 15 suivantes: HO C R1 C OH (V) 0 0 H2N R2 NH2 (VI) B R5 B (VIII) Dans lesquelles: R,, R2, R3, différents ou identiques représentent des chaînes hydrocarbures aliphatiques, cycloaliphatiques ou aromatiques comprenant de 2 à 18 atomes de carbone R5 représente un radical polyéther de poids moléculaire compris entre 400 et 200 000. B représente les fonctions COOH, NH2 ou OH, en présence d'un composé monofonctionnel limitateur de chaîne. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le limitateur de chaîne est choisi dans le groupe comprenant les acides monofonctionnels, les amines monofonctionnels. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que les composés monofonctionnels sont choisis dans le groupe comprenant l'acide acétique, l'acide propionique, le tritertiobutyle, la benzyl amine. 7. Procédé selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que le monomère de formule VIII est présent à une concentration pondérale comprise entre 1 % et 20 0/0 dans le mélange de monomères de formules V et/ou VI et/ou et de monomères VIII. 8. Procédé selon l'une des revendications 1, 2, 7 ou 8, caractérisé en ce que l'unité 1; récurrente de formule I est obtenue par réaction entre un diacide choisi dans le groupe comprenant l'acide succinique, l'acde adipique, l'acide téréphthalique, l'acide isophtalique, l'acide dodécanoïque ou leurs mélanges, et une diamine choisie dans le groupe comprenant l'hexaméthylène diamine, la 2-méthyl pentaméthylène diamine, la métaxylilène diamine. 9. Procédé selon l'une des revendications 1, 2, 7, 8 ou 9, caractérisé en ce que l'unité récurrente de formule II est obtenu par polycondensation de lactames ou aminoacides choisis dans le groupe comprenant le caprolactame, l'acide aminoundécanoïque, l'acide aminododécanoïque. 10. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la composition comprend des additifs choisis dans le groupe comprenant les additifs de stabilisation chaleur, les additifs pour améliorer la tenue du polymère au vieillissement tels que les additifs anti-UV, les pigments, les colorants, les matifiants, les nucléants, les cires. 11. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'additif polymérique modifiant est mélangé avec le polymère thermoplastique avant extrusion sous forme de jonc et découpe desdits jonc sous forme de granulés. 12. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'additif polymérique modifiant est mélangé avec le polymère thermoplastique avant introduction dans la filière de filage.