Brevet FR3010093A1 — publié le 20150306

MONOFILAMENT A BASE D'UNE COMPOSITION DE POLYAMIDE DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne un monofilament à base d'une composition de polyamide et son processus de fabrication. CONTEXTE TECHNIQUE Les monofilaments de polymère, tels que les monofilaments de polyamide, sont couramment utilisés dans les brosses à dents ainsi que dans d'autres articles ménagers ou industriels de type brosse. Les polyamides 6.12 et 6.10 sont les deux exemples les plus courants de polymères utilisés dans de telles applications. Les monofilaments de polyamide sont fabriqués à l'aide d'un processus d'extrusion. A l'échelle industrielle, le processus d'extrusion se déroule à grande vitesse et sur une longue période de temps. Dans ces circonstances, la stabilité du produit polymère (en particulier la stabilité de traitement et la stabilité de couleur), que ce soit au cours du temps ou à température élevée, est fondamentale. Il est par conséquent nécessaire de fournir des monofilaments constitués d'une composition de polyamide possédant une meilleure stabilité (en particulier une stabilité de traitement et une stabilité de couleur). RESUME DE L'INVENTION Un premier objet de la présente invention concerne un monofilament constitué d'une composition de polyamide comprenant au moins 70 % en poids d'un polyamide résultant de la condensation des composés suivants : - une diamine aliphatique comprenant 4 à 18 atomes de carbone, conjointement avec - un diacide (cyclo)aliphatique comprenant 10 à 18 atomes de carbone, et avec - un acide monocarboxylique aliphatique comprenant 2 à 12 atomes de carbone en tant qu'agent d'arrêt de chaîne. Selon un mode de réalisation, l'acide monocarboxylique aliphatique est l'acide acétique et/ou l'acide laurique. Selon un mode de réalisation, la diamine aliphatique comprend 5 à 12 atomes de carbone, de préférence 6 atomes de carbone. Selon un mode de réalisation, le polyamide est : - un polyamide 6.10 ayant un groupe terminal acétamide ; ou - un polyamide 6.10 ayant un groupe terminal lauramide ; ou - un polyamide 6.12 ayant un groupe terminal acétamide ; ou - un polyamide 6.12 ayant un groupe terminal lauramide. Selon un mode de réalisation, la composition de polyamide comprend au moins 75 % en poids, de préférence au moins 80 % en poids ou au moins 85 % en poids ou au moins 90 % en poids ou au moins 95 % en poids ou au moins 98 % en poids ou au moins 99 % en poids dudit polyamide. Selon un mode de réalisation, la composition de polyamide comprend, de préférence est constitué de, un ou plusieurs agents de blanchiment optique et/ou un ou plusieurs agents antioxydants, en complément dudit polyamide. Un autre objet de la présente invention concerne un processus de fabrication de monofilament, consistant à extruder une composition de polyamide à travers une filière, dans lequel la composition de polyamide comprend au moins 70 % en poids d'un polyamide résultant de la condensation des composés suivants : - une diamine aliphatique comprenant 4 à 18 atomes de carbone, conjointement avec - un diacide (cyclo)aliphatique comprenant 10 à 18 atomes de carbone, et avec - un acide monocarboxylique aliphatique comprenant 2 à 12 atomes de carbone en tant qu'agent d'arrêt de chaîne. Selon un mode de réalisation, l'acide monocarboxylique aliphatique est l'acide acétique et/ou l'acide laurique. Selon un mode de réalisation, la composition de polyamide est telle que décrite ci-dessus. Un autre objet de la présente invention concerne l'utilisation d'un acide monocarboxylique aliphatique comprenant 2 à 12 atomes de carbone en tant qu'agent d'arrêt de chaîne, afin de stabiliser un monofilament constitué d'une composition de polyamide comprenant au moins 70 % en poids d'un polyamide résultant de la condensation des composés suivants : - une diamine aliphatique comprenant 4 à 18 atomes de carbone, conjointement avec un diacide (cyclo)aliphatique comprenant 10 à 18 atomes de carbone. Selon un mode de réalisation, l'acide monocarboxylique aliphatique est l'acide acétique et/ou l'acide laurique. Selon un mode de réalisation, la composition de polyamide est telle que décrite ci-dessus. Un autre objet de la présente invention concerne un article d'hygiène comprenant un ou plusieurs monofilaments décrits ci-dessus, ledit article d'hygiène étant de préférence une brosse à dents. Un autre objet de la présente invention concerne un article de nettoyage comprenant un ou plusieurs monofilaments décrits ci-dessus, ledit article de nettoyage étant de préférence une brosse. La présente invention permet de pallier les inconvénients de l'art antérieur. En particulier, l'invention permet de proposer des monofilaments constitués d'une composition de polyamide possédant une meilleure stabilité (en particulier une meilleure stabilité de traitement et/ou une meilleure stabilité de couleur), tout en préservant les propriétés mécaniques requises des monofilaments - ou même en améliorant lesdites propriétés mécaniques, conformément à certains des modes de réalisation Ce résultat est obtenu en utilisant l'acide laurique et/ou l'acide acétique (ou un autre acide monocarboxylique aliphatique comprenant 2 à 12 atomes de carbone) en tant qu'agent d'arrêt de chaîne du polyamide. Il s'est avéré que ce type d'agent d'arrêt de chaîne améliore la stabilité du polyamide, tout en préservant (ou même en améliorant) les propriétés mécaniques des monofilaments. En outre, il s'est avéré que ce type d'agent d'arrêt de chaîne est supérieur aux autres agents d'arrêt de chaîne conventionnels, qui tendent à induire des effets indésirables. Par exemple, l'acide benzoïque est un agent d'arrêt de chaîne conventionnel, mais sa présence nécessite d'augmenter la température de traitement et génère des composés benzoïques indésirables. De même, l'acide stéarique est un autre agent d'arrêt de chaîne conventionnel, mais sa présence conduit à des monofilaments ayant une texture ou un toucher gras/huileux, les rendant inadéquats pour la plupart des applications. La laurylamine est un autre agent d'arrêt de chaîne possible, mais elle conduit à une coloration indésirable du produit. DESCRIPTION DES MODES DE REALISATION L'invention est présentée plus en détail dans la description suivante, sans limitation. Toutes les proportions sont en pourcentage en poids sauf mention contraire. L'invention fait usage d'une composition de polyamide à base de polyamide désigné par l'acronyme PA X.Y, où X est un nombre entier allant de 4 à 18 (de préférence 5 à 12) et Y est un nombre entier allant de 10 à 18 (de préférence 10 à 12). X et Y représentent les résidus respectifs issus de la condensation d'une diamine aliphatique et d'un diacide (cyclo)aliphatique, de préférence un diacide aliphatique. De préférence, il est fait usage de PA 6.12 (polyhexaméthylène dodécanamide) ou de PA 6.10 (polyhexaméthylène décanamide). En outre, un acide monocarboxylique aliphatique comprenant 2 à 12 atomes de carbone est utilisé en tant qu'agent d'arrêt de chaîne dans le processus de polymérisation qui conduit au polyamide PA X.Y. Cet agent d'arrêt de chaîne peut être linéaire ou ramifié, de préférence linéaire. Il peut être substitué ou non et est de préférence non substitué. L'acide acétique et/ou l'acide laurique sont les agents d'arrêt de chaîne préférés à utiliser dans le processus de polymérisation qui conduit au polyamide PA X.Y. L'acide acétique est l'acide de formule CH3COOH. L'acide laurique est l'acide de formule Cil H23COOH. D'autres agents d'arrêt possibles comprennent les acides monocarboxyliques linéaires suivants : C2H5COOH ; C31-17COOH ; C41-19COOH ; C5H11COOH ; C6H13COOH ; C7Hi5COOH ; C51-117COOH ; C9H19COOH et C10H21CO0H. L'acide monocarboxylique réagit avec les groupes terminaux amine du polyamide pour donner des groupes terminaux amide en C2-C12, par exemple 30 des groupes terminaux acétamide/lauramide, de formules respectives -(NHCO-CH3) et -(NHCO-C11l-123). L'expression « polyamide à groupe terminal amide en C2-C12 » utilisée dans la présente demande de brevet signifie qu'au moins une partie des molécules individuelles de polyamide possède au moins un groupe terminal 35 amide en C2-C12 (par exemple, un groupe terminal acétamide et/ou lauramide). Mais il convient de souligner qu'il s'agit d'une notion statistique et que, généralement, certaines molécules individuelles de polyamide ne possède aucun groupe terminal amide, certaines molécules individuelles de polyamide possèdent un groupe terminal amide (à une extrémité de la chaîne polyamide) et certaines molécules individuelles de polyamide possèdent deux groupes terminaux amide (aux deux extrémités de la chaîne polyamide). Selon un mode de réalisation, un seul des acides monocarboxyliques susmentionnés est utilisé en tant qu'agent d'arrêt de chaîne, par exemple uniquement l'acide acétique ou uniquement l'acide laurique. Il est également possible d'utiliser des mélanges de deux ou plus des acides monocarboxyliques susmentionnés en tant qu'agent d'arrêt de chaîne (par exemple, l'acide acétique et l'acide laurique), auquel cas le polyamide PA X.Y obtenu comprend divers groupes terminaux amide. Par ailleurs, des mélanges de deux ou plus des polyamides PA X.Y à groupe terminal amide en C2-C12 susmentionnés peuvent être utilisés : par exemple un mélange de PA 6.12 à groupe terminal lauramide ou acétamide et de PA 6.10 à groupe terminal lauramide ou acétamide. Cependant, il est préférable de n'utiliser qu'un polyamide PA X.Y à groupe terminal amide en C2-C12, par exemple uniquement PA 6.10 à groupe terminal lauramide ou acétamide, ou uniquement PA 6.12 à groupe terminal lauramide ou acétamide. Le polyamide PA X.Y à groupe terminal amide en C2-C12 a de préférence un poids moléculaire compris entre 10 000 et 40 000 g/mol. Le polyamide PA X.Y à groupe terminal amide en C2-C12 peut être par exemple préparé par polymérisation par fusion. Le polyamide est obtenu dans un premier temps en chauffant, à température élevée et sous pression élevée, un mélange comprenant les monomères (diamine et diacide), de l'eau (pour faciliter l'agitation du milieu), l'agent d'arrêt de chaîne et des additifs facultatifs (stabilisant thermique, agent démoussant, etc.). Cette étape est généralement effectuée à une température de 100 à 300 °C et à une pression de 3 à 35 bar. La vapeur d'eau est ensuite éliminée par dégazage et la pression est réduite jusqu'à atteindre la pression atmosphérique. Au cours d'une troisième étape, la polycondensation se produit sous balayage d'azote ou sous vide, afin d'obtenir le poids moléculaire désiré. La teneur en agent d'arrêt de chaîne introduit est calculée en fonction du poids moléculaire désiré. Une gamme possible est de 25 à 100 mmol par kg de polymère. Selon un mode de réalisation préféré, la composition de polyamide comprend le polyamide PA X.Y à groupe terminal amide en C2-C12 susmentionné en tant qu'unique composant polyamide dans la composition. En variante, un ou plusieurs autres composés polyamide peuvent être inclus dans la composition en complément de celui-ci (lesdits autres composés polyamide étant préparés avec ou sans agent d'arrêt de chaîne). La proportion en poids du polyamide PA X.Y à groupe terminal amide en C2-C12 dans la composition (totale) est d'au moins 70 %, de préférence d'au moins 75 % ou d'au moins 80 % ou d'au moins 85 % ou d'au moins 90 % ou d'au moins 95 % ou d'au moins 98 % ou d'au moins 99 %. Les autres polyamides, s'ils sont présents, peuvent être par exemple, choisis parmi PA 11 et PA 12. Des copolyamides peuvent également être utilisés. D'autres additifs possibles peuvent être présents, tels que : - des agents de blanchiment optique (en quantité inférieure à 0,1 % par rapport à la composition totale) ; - des antioxydants (en quantité inférieure à 1 % par rapport à la composition totale) ; De manière avantageuse, la composition de polyamide utilisée dans la présente invention ne contient aucun additif outre ceux susmentionnés. En particulier, de manière avantageuse, cette composition de polyamide ne contient aucun agent de remplissage ou matériau de renfort. La composition de polyamide peut être préparée par formulation du polyamide PA X.Y à groupe terminal amide en C2-C12 avec les autres composants facultatifs. La composition est généralement récupérée sous la forme de granulés ou de granules. La composition de polyamide ci-dessus est utilisée pour fabriquer un monofilament. Un monofilament est un fil composé d'un seul brin de fibre synthétique sans torsion. La composition de polyamide est de préférence fournie sous forme de granulé. Elle est en général alimentée par une trémie dans le cylindre d'une extrudeuse comprenant une vis rotative. La vis rotative entraine les granules à l'intérieur du cylindre, qui est chauffé à la température de fusion désirée (pouvant aller par exemple, de 250 °C à 300 °C). Il peut être avantageux de fixer un profil de chauffage pour le cylindre dans lequel plusieurs zones chauffantes contrôlées indépendamment augmentent graduellement la température du cylindre de l'arrière (où le matériau entre) vers l'avant. Cela permet au matériau de fondre graduellement à mesure qu'il traverse le cylindre et diminue le risque de surchauffe qui peut entraîner une dégradation du polymère. En variante, la température de fusion peut être maintenue en exerçant une pression et une simple friction à l'intérieur du cylindre. Des moyens de refroidissement peuvent être fournis si trop de chaleur est générée. A l'avant du cylindre, la composition fondue quitte la vis et peut passer à travers un paquet de tamis pour éliminer tous les contaminants présents dans la masse fondue. Les tamis peuvent être renforcés par une plaque perforée. L'assemblage paquet de tamis/plaque perforée peut également servir pour créer une contre-pression dans le cylindre. Une contre-pression peut être requise pour une fusion uniforme et un mélange correct de la composition. La combinaison de la plaque perforée et du paquet de tamis peut également préformer la composition dans une orientation longitudinale. La composition fondue pénètre dans une filière, qui donne sa forme au monofilament. Le monofilament peut ensuite être refroidi, par exemple, en le trempant dans un bain d'eau. Si des additifs doivent être présents, ils peuvent être ajoutés lors de la formulation du polyamide en granules, ou alternativement ils peuvent être directement alimentés (sous forme liquide ou de granulé) dans l'extrudeuse conjointement avec les granules de polyamide. Les monofilaments ainsi obtenus peuvent avoir un diamètre allant de 0,02 mm à 3 mm, de préférence de 0,05 mm à 1,6 mm. Les monofilaments selon la présente invention peuvent être utilisés pour fabriquer divers types de brosses, et en particulier des brosses à dents. D'autres applications comprennent les filaments abrasifs, les brosses à poils synthétiques, le fil dentaire, les filtres, la toile pour machine à papier, les pinceaux et les articles cosmétiques. EXEMPLES Les exemples qui suivent illustrent l'invention sans toutefois en limiter la portée. Exemple 1 - processus de polymérisation Les composants suivants ont été introduits dans un réacteur sous agitation : 23,26 kg d'acide dodécanedioïque ; - 11,73 kg d'hexaméthylènediamine ; - 157,63 g d'acide acétique ; - 2 kg d'eau ; et - 1,32 g d'agent antimousse (huile de silicone). Le réacteur a été progressivement chauffé sous agitation jusqu'à ce que la température intérieure ait atteint 240 °C, tandis que l'eau formée a été éliminée afin de maintenir une pression interne de 14 bar. La pression interne du réacteur a été réduite à la pression atmosphérique pendant 1 heure puis une purge à l'azote a été effectuée jusqu'à ce que la viscosité requise ait été atteinte. Exemple 2 - stabilité La stabilité de viscosité et la stabilité de couleur ont été évaluées pour les quatre composés polyamide préparés selon l'exemple 1 ou par analogie avec l'exemple 1, à savoir le polyamide standard PA 6.12 (= PA 6.12 préparé sans agent d'arrêt de chaîne), le polyamide standard PA 6.10 (= PA 6.10 préparé sans agent d'arrêt de chaîne), le polyamide formulé PA 6.12 (= PA 6.12 préparé avec l'agent d'arrêt de chaîne) et le polyamide formulé PA 6.10 (= PA 6.10 préparé avec l'agent d'arrêt de chaîne). La stabilité de viscosité a été évaluée en surveillant l'évolution de la viscosité à l'état fondu à 260 °C dans un rhéomètre à plaques parallèles. La stabilité de couleur a été évaluée en contrôlant visuellement les échantillons après un traitement de 30 minutes dans un four à 250 °C. Les résultats sont résumés dans le tableau 1 ci-dessous. Propriété PA 6.12 PA 6.10 PA 6.12 PA 6.10 standard standard formulé formulé Stabilité de + 140 % + 150 % + 35 % + 40 % viscosité Stabilité de couleur marron marron jaune jaune Tableau 1 Ces résultats démontrent que les compositions selon la présente invention fournissent une meilleure stabilité que les compositions standard. Exemple 3 - propriétés physiques et mécaniques Le point de fusion et la flexibilité nette de la résine des quatre compositions préparées selon l'exemple 1 (ou par analogie avec l'exemple 1) ont été évaluées. Le point de fusion a été déterminé par calorimètre différentiel à balayage (à 20 °C/min). La flexibilité nette de la résine a été déterminée à l'aide d'essais mécaniques. Les résultats sont résumés dans le tableau 2 ci-dessous. Propriété PA 6.12 PA 6.10 PA 6.12 PA 6.10 standard standard formulé formulé Point de fusion 215 °C 223 °C 215 °C 223 °C Flexibilité nette de 2100 MPa 2250 MPa 2100 MPa 2150 MPa la résine Tableau 2 Les résultats ci-dessus démontrent que les principales propriétés mécaniques sont peu affectées par l'ajout de l'agent d'arrêt de chaîne. REVENDICATIONS1. Monofilament constitué d'une composition de polyamide comprenant au moins 70 % en poids d'un polyamide résultant de la condensation des composés suivants : - une diamine aliphatique comprenant 4 à 18 atomes de carbone, conjointement avec - un diacide (cyclo)aliphatique comprenant 10 à 18 atomes de carbone, et avec - un acide monocarboxylique aliphatique comprenant 2 à 12 atomes de carbone en tant qu'agent d'arrêt de chaîne. 2. Monofilament selon la revendication 1, dans lequel l'acide monocarboxylique aliphatique est l'acide acétique et/ou l'acide laurique. 3. Monofilament selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel la diamine aliphatique comprend 5 à 12 atomes de carbone, de préférence 6 atomes de carbone. 4. Monofilament selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel le polyamide est : - un polyamide 6.10 ayant un groupe terminal acétamide ; ou - un polyamide 6.10 ayant un groupe terminal lauramide ; ou - un polyamide 6.12 ayant un groupe terminal acétamide ; ou - un polyamide 6.12 ayant un groupe terminal lauramide. 5. Monofilament selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel la composition de polyamide comprend au moins 75 % en poids, de préférence au moins 80 % en poids ou au moins 85 % en poids ou au moins 90 % en poids ou au moins 95 % en poids ou au moins 98 % en poids ou au moins 99 % en poids dudit polyamide. 6. Monofilament selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel la composition de polyamide comprend, de préférence est constitué de, un ou plusieurs agents de blanchiment optique et/ou un ou plusieurs agents antioxydants, en complément dudit polyamide. 7. Processus de fabrication de monofilament, consistant à extruder une composition de polyamide à travers une filière, dans lequel la composition de polyamide comprend au moins 70 % en poids d'un polyamide résultant de la condensation des composés suivants : - une diamine aliphatique comprenant 4 à 18 atomes de carbone, conjointement avec - un diacide (cyclo)aliphatique comprenant 10 à 18 atomes de carbone, et avec - un acide monocarboxylique aliphatique comprenant 2 à 12 atomes de carbone en tant qu'agent d'arrêt de chaîne. 8. Processus selon la revendication 7, dans lequel la composition de polyamide est telle que décrite dans l'une des revendications 1 à 6. 9. Utilisation d'un acide monocarboxylique aliphatique comprenant 2 à 12 atomes de carbone en tant qu'agent d'arrêt de chaîne, afin de stabiliser un monofilament constitué d'une composition de polyamide comprenant au moins 70 % en poids d'un polyamide résultant de la condensation des composés suivants : - une diamine aliphatique comprenant 4 à 18 atomes de carbone, conjointement avec - un diacide (cyclo)aliphatique comprenant 10 à 18 atomes de carbone. 10. Utilisation selon la revendication 9, dans laquelle la composition de polyamide est telle que décrite dans l'une des revendications 1 à 6. 11. Article d'hygiène comprenant un ou plusieurs monofilaments selon l'une des revendications 1 à 6, ledit article d'hygiène étant de préférence une brosse à dents. 12. Article de nettoyage comprenant un ou plusieurs monofilaments selon l'une des revendications 1 à 6, ledit article de nettoyage étant de préférence une brosse.35