Brevet FR3053905A1 — publié le 20180119

La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un matériau plan en matériau plastique destiné à la fabrication de sacs d'emballage, et une machine de mise en oeuvre de ce procédé. Pour emballer toutes sortes de produits, par exemple des courses, il a été courant d'utiliser, au cours des dernières décennies, des sacs d'emballage en matière plastique destinés à un usage unique, ces sacs étant réalisés en un film d'une épaisseur de l'ordre de 15 microns. Ce type de sacs est devenu nettement moins désirable de nos jours, voire est en voie d'interdiction, du fait de la diffusion de matière plastique dans l'environnement qui résulte de son utilisation. Il devient donc souhaitable de réaliser des sacs d'emballage résistants et réutilisables, en une épaisseur comprise entre 35 et 60 microns. Il serait concevable de purement et simplement augmenter l'épaisseur du matériau plan utilisé jusqu'à 35 à 60 microns ; cependant, l'utilisation du surcroît de matière nécessaire pour réaliser ce matériau n'est guère écologique, et l'augmentation de coût n'est guère acceptable d'un point de vue économique. Il serait également concevable de charger ledit matériau plan de particules de produits recyclés, de façon à obtenir l'épaisseur requise, ces produits étant peu onéreux ; le grammage du matériau plan serait cependant élevé, de l'ordre de 48 à 53 g/m2, ce qui serait une contrainte pratique importante. Il n'existe donc pas de procédé satisfaisant d'obtention d'un matériau plan de l'épaisseur précitée, et la présente invention a pour objectif de remédier à cette lacune. À cet effet, le procédé qu'elle concerne comprend les étapes consistant à : - utiliser une machine d'extrusion/gonflage comprenant trois extrudeuses aboutissant dans une filière unique apte à réaliser la co-extrusion d'une gaine, et comprenant, à distance de la filière, des rouleaux de pincement/tirage de la gaine extrudée, lesdites extrudeuses étant aptes à extruder des polyoléfines ; - prévoir l'introduction, dans l'extrudeuse destinée à extruder une couche centrale de la paroi de la gaine, d'un agent d'expansion réalisant, au niveau de l'extrudeuse et/ou de la filière, une expansion de la matière destinée à constituer cette couche centrale ; - déterminer l'entrefer de la filière à une valeur comprise entre 1 mm et 2,5 mm ; 3053905 2 - déterminer le taux de gonflage de la gaine à une valeur comprise entre 1,2 et 4; - déterminer la vitesse d'extrusion de la gaine et la vitesse de rotation des rouleaux de pincement/tirage de telle sorte que le rapport de ces vitesses soit 5 compris entre 1:4 et 1:40, de sorte que la machine produise un étirement longitudinal de la gaine simultanément au gonflage de cette gaine ; - introduire ledit agent d'expansion dans l'extrudeuse destinée à extruder ladite couche centrale de la paroi de la gaine ; - réaliser la co-extrusion de la gaine au moyen des trois extrudeuses de façon 10 que cette gaine ait une paroi formée de deux couches latérales non expansées et de ladite couche centrale expansée, cette paroi ayant, à la sortie de la filière, une épaisseur totale comprise entre 1 mm et 2,5 mm ; - réaliser le gonflage de la gaine et l'étirement longitudinal de cette gaine de manière à obtenir, après gonflage et étirement, une gaine dont la paroi a une 15 épaisseur comprise entre 35 et 60 microns. Il sera compris que, par le terme "entrefer ", on désigne l'espace compris entre le poinçon et le corps de la filière. Il sera également compris que par le terme "taux de gonflage", il est fait référence au rapport entre rayon de la gaine après gonflage et le rayon de cette 20 gaine avant gonflage. L'invention a ainsi consisté à concevoir de co-extruder une gaine à deux couches latérales non expansées et à une couche centrale expansée et à réaliser un étirement radial et longitudinal simultané de cette gaine en sortie de filière de façon à obtenir l'épaisseur de paroi recherchée, comprise entre 35 et 60 microns. 25 Ce faisant, l'inventeur a pris le contre-pied d'une certitude qu'ont les personnes compétentes dans la fabrication de gaines ou de films pour une application à la fabrication de sacs d'emballage, selon laquelle il n'est pas concevable de réaliser une gaine ou un film de faible épaisseur, à savoir de l'ordre de 50 à 60 microns, incluant une couche expansée. En effet, il est bien connu 30 qu'avec ce genre d'épaisseurs, les micro-bulles produites par l'expansion sont plus grosses que l'épaisseur désirée pour la gaine, ce dont il résulte qu'une partie des bulles que comprend la couche expansée vient crever en surface de la couche. Il en résulte alors des défauts majeurs d'extrusion, de profil et d'imprimabilité de la gaine, laquelle se présente d'ailleurs plus sous la forme d'une sorte de "dentelle" que sous la forme d'une gaine. 3053905 3 En concevant de réaliser une co-extrusion de trois couches de polyoléfines, dont une couche centrale expansée et deux couches latérales non expansées, l'inventeur a découvert que les deux couches latérales, outre la possibilité d'obtenir les caractéristiques de résistance, d'aspect, de soudabilité et d'imprimabilité 5 requises pour la gaine obtenue, permettait également une contention et un contrôle de l'expansion du matériau de la couche centrale, et que l'étirement radial et longitudinal simultané de cette gaine en sortie de filière permettait d'obtenir l'épaisseur de paroi recherchée, comprise entre 35 et 60 microns, sans affecter la structure de la paroi de la gaine ainsi obtenue. 10 Il apparaît que cette gaine est résistante, bien que constituée d'une quantité de matériau réduite du fait de la structure expansée de sa couche centrale, et qu'elle présente des faces externes lisses, dont au moins une est apte à être thermosoudée et l'autre est apte à être imprimée. La gaine ainsi obtenue a une masse de l'ordre de 35 g/m2 pour une épaisseur de 50 microns 15 L'inventeur a en outre conçu qu'il était nécessaire que l'agent d'expansion réalise l'expansion au sein de l'extrudeuse destinée à réaliser la couche centrale, de telle sorte que l'expansion soit réalisée, sinon totalement, tout au moins très majoritairement, au moment du passage de la matière au travers de la filière d'extrusion, afin qu'un bon contrôle de l'expansion de ladite couche centrale soit 20 obtenu. Le procédé peut comprendre une étape finale de découpe longitudinale de la gaine, pour l'obtention d'un film. Cette gaine ou ce film constitue le matériau plan destiné à la fabrication de sacs d'emballage. 25 De préférence, les déterminations de l'entrefer, du taux de gonflage et du rapport des vitesses d'extrusion de la gaine et de rotation des rouleaux de pincement/tirage sont telles que chaque couche latérale de la paroi de la gaine ait, après gonflage, une épaisseur d'au moins 4 microns. Ces déterminations sont de préférence telles que chaque couche latérale de 30 la paroi de la gaine ait, après gonflage et étirement longitudinal, une épaisseur de 10 microns et que la couche centrale ait, après gonflage et étirement longitudinal, une épaisseur de 30 microns. Selon une possibilité, l'agent d'expansion est du gaz carbonique ou de l'azote, et l'étape d'introduction de ce gaz dans l'extrudeuse est réalisée par ajout 35 de gaz à l'intérieur de la chambre à vis que comprend cette extrudeuse, en amont 3053905 4 de la sortie de cette chambre, de telle sorte que la vis réalise un mélange intime de-ce gaz et de la matière plastique en fusion à l'intérieur de la chambre. Selon une autre possibilité, l'agent d'expansion est un additif chimique dégageant du gaz carbonique en cas d'élévation de température et l'opération 5 d'introduction de cet additif dans l'extrudeuse est réalisée par ajout de l'additif à l'intérieur de la chambre à vis que comprend cette extrudeuse, en amont de la sortie de cette chambre, de telle sorte que la vis réalise un mélange intime de ce gaz et de la matière plastique en fusion présente à l'intérieur de la chambre. L'agent d'expansion peut notamment être un mélange d'acide citrique et de 10 bicarbonate de soude dosé à 1 % dégageant du gaz carbonique en cas d'élévation de température, et l'opération d'introduction de cet additif dans l'extrudeuse est réalisée par ajout de ce mélange à l'intérieur de la chambre à vis que comprend cette extrudeuse, en amont de la sortie de cette chambre de telle sorte que la vis réalise un mélange intime de ce mélange et de la matière plastique en fusion 15 présente à l'intérieur de la chambre. Le procédé peut comprendre : - l'utilisation d'une machine d'extrusion/gonflage incluant, en supplément des trois extrudeuses précitées, au moins une extrudeuse supplémentaire aboutissant dans la filière, et 20 - lors de la réalisation de la co-extrusion, la co-extrusion d'au moins une couche supplémentaire sur la face d'au moins une couche latérale qui est opposée à ladite couche centrale. L'invention concerne également une machine de d'extrusion/gonflage comprenant, de manière connue en soi, extrudeuses aboutissant dans une filière 25 unique apte à réaliser la co-extrusion d'une gaine, et comprenant, à distance de la filière, des rouleaux de pincement/tirage de la gaine extrudée, lesdites extrudeuses étant aptes à extruder des polyoléfines ; la machine inclut en outre des moyens de réglage de l'entrefer de la filière, des moyens de réglage du taux de gonflage de la gaine extrudée et des moyens de réglage de la vitesse de 30 rotation des rouleaux de pincement/tirage ; selon l'invention, la machine comprend : - trois extrudeuses aboutissant dans ladite filière unique ; - un moyen d'introduction, dans l'extrudeuse destinée à extruder une couche centrale de la paroi de la gaine, d'un agent d'expansion réalisant, au niveau de 3053905 5 l'extrudeuse et/ou de la filière, une expansion du matériau destiné à constituer cette couche centrale. Lorsque l'agent d'expansion est un gaz, ledit moyen d'introduction peut être sous la forme d'une conduite débouchant dans la chambre à vis que comprend 5 ladite extrudeuse ; lorsque l'agent d'expansion est un additif chimique, ledit moyen d'introduction peut être simplement l'ouverture par laquelle le matériau à extruder est introduit dans ladite extrudeuse. De préférence, les couches latérales et la couche centrale de la gaine sont en polyéthylène ; elles peuvent également être en polypropylène. 10 Le film en matériau plastique est obtenu par découpe longitudinale de la gaine. L'invention sera bien comprise, et d'autres caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront, en référence au dessin schématique annexé, représentant, à titre d'exemple non limitatif, une forme de réalisation de la machine d'extrusion 15 qu'elle concerne. La figure 1 est une vue très schématique et simplifiée, partiellement en coupe, d'une machine d'extrusion / gonflage permettant la mise en oeuvre du procédé selon l'invention ; et la figure 2 est une vue de côté, à échelle très agrandie, d'une portion de la 20 paroi d'une gaine obtenue par la machine selon la figure 1. La figure 1 représente la machine 1 d'extrusion / gonflage, comprenant trois extrudeuses 2a, 2b, 2c, une filière 3 de co-extrusion, un guide 4 permettant de diriger une gaine extrudée 5 vers une paire de rouleaux 6 de pincement/tirage de cette gaine 5, et une bobine 7 d'enroulement de la gaine ainsi produite. 25 Chaque extrudeuse 2a, 2b, 2c inclut une chambre chauffée 10, dans laquelle débouche une trémie 11 d'alimentation en matière à extruder, et une vis 12, également chauffée, de poussée de la matière à extruder vers la filière 3. Les extrudeuses 2a, 2b, 2c sont reliées à cette filière par des conduites 13. Parmi ces extrudeuses 2, celles référencées 2a et 2c sont latérales par 30 rapport à celle référencée 2b, qui est donc centrale ; cette extrudeuse centrale 2b comprend une conduite 15 débouchant dans sa chambre 10, qui permet l'introduction d'un agent d'expansion dans la matière qu'elle est destinée à extruder. La filière 3 présente un anneau d'extrusion ayant une forme circulaire et 35 produisant par conséquent la gaine tubulaire 5, et est équipée, au niveau de la 3053905 6 zone interne de cet anneau, de buses 18 de diffusion d'un gaz de gonflage de la gaine 5 produite par la machine 1. La filière d'extrusion 3 est subdivisée en trois conduites respectives alimentées chacune par l'une des extrudeuses 2a, 2b, 2c et comprend un poinçon 5 de réglage de l'entrefer de cette filière, cet entrefer pouvant être réglé entre 1 et 2,5 mm. Les trois extrudeuses 2a, 2b et 2c débouchent à l'aide des conduites 13 dans la filière 3. Les extrudeuses 2a, 2b et 2c permettent de co-extruder, à la sortie de la 10 filière 3, une gaine 5 dont la paroi visible sur la figure 2 est formée de deux couches latérales 20a, 20c non expansées et de ladite couche centrale expansée 20b, les couches latérales étant réalisées par les extrudeuses 2a et 2c respectivement et la couche centrale étant réalisée par l'extrudeuse 2b. Le débit des buses 18 est réglable de manière à ce que le taux de gonflage 15 de la gaine 5 soit compris entre 1,2 et 4, ce taux étant le rapport entre rayon de la gaine 5 après gonflage et le rayon de cette gaine avant gonflage. La paire de rouleaux 6 permet de pincer la gaine 5 ainsi formée de façon à fermer le volume interne de cette gaine et à permettre le gonflage de celle-ci. La vitesse d'extrusion de la gaine 5 et la vitesse de rotation de ces rouleaux 6 sont 20 réglables de telle sorte que le rapport de ces vitesses soit compris entre 1:4 et 1:40. Ces rouleaux 6 produisent ainsi également un étirement longitudinal de la gaine 5 simultanément au gonflage de cette gaine. Selon un exemple pratique, le diamètre de l'anneau d'extrusion est de 200 mm ; la matière est extrudée en sortie de la filière 3 selon un débit de 25 170 kg/h ; il est recherché l'obtention d'une gaine 5 ayant une laize (c'est-à-dire une largeur à plat) de 1140 mm ; l'entrefer de la filière 3 est réglé à une épaisseur totale de 1,4 mm, se divisant en des ouvertures d'extrusion des couches latérales ayant chacun une épaisseur de 0,280 mm et une ouverture d'extrusion de la couche centrale ayant une épaisseur de 0,840 mm ; le taux de gonflage est réglé 30 à 3,63 et le taux de tirage (c'est-à-dire le rapport entre lesdites vitesses) est réglé à 9,39. Chaque trémie 11 est alimentée en polyoléfines sous forme de granules, à l'aide de doseurs. Ces granules peuvent notamment être différents polyéthylènes. Dans les extrudeuses 2a et 2c d'extrusion des couches latérales, des granules de 35 polyéthylène moyenne densité (MDPE) et de polyéthylène basse densité linéaire 3053 905 7 (LLDPE) sont alimentés. Ces granules peuvent inclure des additifs et / ou des catalyseurs mais ne contiennent pas d'agent d'expansion. D'autres additifs de mise en forme peuvent être ajoutés pour aider à la mise en forme de la matière. La matière obtenue est répartie de manière homogène à l'aide d'un mandrin à 5 spirales permettant une meilleure diffusion de la matière sur toute la circonférence de la filière de forme circulaire. Dans l'extrudeuse 2b, des granules de polyéthylène à basse densité et un agent d'expansion sont introduits au moyen de la trémie 11 et un agent d'expansion est introduit dans la chambre 10 par la conduite 15. Cet agent 10 d'expansion est un additif endothermique dégageant du gaz carbonique en cas d'élévation de température, notamment du bicarbonate de soude et de l'acide citrique, dosé à 1 %. La vis 12 réalise alors un mélange intime de cet agent d'expansion et de la matière plastique en fusion à l'intérieur de la chambre et entre les spires de la vis. L'extrudeuse 2b et la vis 12 sont chauffées à une température 15 comprise par exemple entre 160 et 220°C. L'expansion de la couche centrale 20b commence dans la chambre d'extrusion 10 et se termine dans la filière 3. La machine ainsi paramétrée réalise un étirement radial et un étirement longitudinal simultanés de la gaine 5, permettant d'obtenir, après ces étirements, une gaine 5 ayant une paroi dont l'épaisseur totale est comprise entre 35 et 60 20 microns. Chaque couche latérale 20a, 20c présente au final une épaisseur de l'ordre de 10 microns et ladite couche centrale 20b expansée présente une épaisseur de l'ordre de 30 microns. Sur la figure 2, les cercles de la couche centrale 20b représentent les bulles 25 de gaz carbonique emprisonnées dans la couche centrale et entourées de part et d'autres par les couches latérales 20a et 20c. L'invention fournit ainsi un procédé de fabrication d'une gaine résistante, ayant une épaisseur comprise entre 35 et 60 microns. La gaine ainsi obtenue a une masse de l'ordre de 35 g/m2 pour une épaisseur de 50 microns. Elle fournit 30 par découpe longitudinale un film en matériau plastique destiné à la fabrication de sacs d'emballage. Il va de soi que l'invention n'est pas limitée au procédé décrit ci-dessus à titre d'exemple mais qu'elle comprend tous les équivalents techniques et variantes des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons. Ainsi, il serait possible d'utiliser un 35 additif chimique en lieu et place d'un gaz pour réaliser l'expansion de la matière 3053905 8 constituant la couche centrale, auquel cas cet additif serait introduit au niveau de la trémie 11 et son mélange avec ladite matière se ferait en amont de la vis 12. REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'un matériau plan en matériau plastique destiné à la fabrication de sacs d'emballage, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à : - utiliser une machine d'extrusion/gonflage comprenant trois extrudeuses (2a, 2b, 2c) aboutissant dans une filière (3) unique apte à réaliser la co-extrusion d'une gaine (5), et comprenant, à distance de la filière (3), des rouleaux (6) de pincement/tirage de la gaine (5) extrudée, lesdites extrudeuses (2a, 2b, 2c) étant aptes à extruder des polyoléfines ; - prévoir l'introduction, dans l'extrudeuse (2b) destinée à extruder une couche centrale (20b) de la paroi de la gaine (5), d'un agent d'expansion réalisant, au niveau de l'extrudeuse (2b) et/ou de la filière (3), une expansion de la matière destinée à constituer cette couche centrale ; - déterminer l'entrefer de la filière (3) à une valeur comprise entre 1 mm et 15 2,5 mm ; - déterminer le taux de gonflage de la gaine (5) à une valeur comprise entre 1,2 et 4 ; - déterminer la vitesse d'extrusion de la gaine (5) et la vitesse de rotation des rouleaux (6) de pincement/tirage de telle sorte que le rapport de ces vitesses soit 20 compris entre 1:4 et 1:40, de sorte que la machine produise un étirement longitudinal de la gaine (5) simultanément au gonflage de cette gaine ; - introduire ledit agent d'expansion dans l'extrudeuse (2b) destinée à extruder ladite couche centrale de la paroi de la gaine (5) ; - réaliser la co-extrusion de la gaine (5) au moyen des trois extrudeuses (2a, 25 2b, 2c) de façon que cette gaine (5) ait une paroi formée de deux couches latérales (20a, 20c) non expansées et de ladite couche centrale (20b) expansée, cette paroi ayant, à la sortie de la filière (3), une épaisseur totale comprise entre 1 mm et 2,5 mm ; - réaliser le gonflage de la gaine (5) et l'étirement longitudinal de cette gaine 30 de manière à obtenir, après gonflage et étirement, une gaine (5) dont la paroi a une épaisseur comprise entre 35 et 60 microns. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une étape finale de découpe longitudinale de la gaine (5), pour l'obtention d'un film. 3053905 10 3. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que les déterminations de l'entrefer, du taux de gonflage et du rapport des vitesses d'extrusion de la gaine (5) et de rotation des rouleaux (6) de pincement/tirage sont telles que chaque couche latérale (20a, 20c) de la paroi de 5 la gaine (5) ait, après gonflage, une épaisseur d'au moins 4 microns. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que les déterminations de l'entrefer, du taux de gonflage et du rapport des vitesses d'extrusion de la gaine (5) et de rotation des rouleaux (6) de pincement/tirage sont telles que chaque couche latérale (20a, 20c) de la paroi de la gaine (5) ait, après 10 gonflage et étirement longitudinal, une épaisseur de 10 microns et que la couche centrale (20b) ait, après gonflage et étirement longitudinal, une épaisseur de 30 microns. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'agent d'expansion est du gaz carbonique ou de l'azote, et en ce que l'étape d'introduction de ce gaz dans l'extrudeuse (2b) est réalisée par ajout de gaz à l'intérieur de la chambre (10) à vis que comprend cette extrudeuse (2b), en amont de la sortie de cette chambre, de telle sorte que la vis (12) réalise un mélange intime de ce gaz et de la matière plastique en fusion à l'intérieur de la chambre (10). 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'agent d'expansion est un additif chimique dégageant du gaz carbonique en cas d'élévation de température et l'opération d'introduction de cet additif dans l'extrudeuse (2b) est réalisée par ajout de l'additif à l'intérieur de la chambre (10) à vis que comprend cette extrudeuse, en amont de la sortie de cette chambre, de telle sorte que la vis (12) réalise un mélange intime de ce gaz et de la matière plastique en fusion présente à l'intérieur de la chambre (10). 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'agent d'expansion est un mélange d'acide citrique et de bicarbonate de soude dosé à 1% dégageant du gaz carbonique en cas d'élévation de température, et en ce que l'opération d'introduction de cet additif dans l'extrudeuse (2b) est réalisée par ajout de ce mélange à l'intérieur de la chambre (10) à vis que comprend cette extrudeuse, en amont de la sortie de cette chambre (10) de telle sorte que la 3053905 11 vis (12) réalise un mélange intime de ce mélange et de la matière plastique en fusion présente à l'intérieur de la chambre. 8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend : 5 - l'utilisation d'une machine d'extrusion/gonflage incluant, en supplément des trois extrudeuses précitées, au moins une extrudeuse supplémentaire aboutissant dans la filière, et - lors de la réalisation de la co-extrusion, la co-extrusion d'au moins une couche supplémentaire sur la face d'au moins une couche latérale qui est opposée 10 à ladite couche centrale. 9. Machine de d'extrusion/gonflage de mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 8, incluant des extrudeuses (2a, 2b, 2c) aboutissant dans une filière (3) unique apte à réaliser la co-extrusion d'une gaine (5), et comprenant, à distance de la filière (3), des rouleaux (6) de pincement/tirage de la 15 gaine (5) extrudée, lesdites extrudeuses (2a, 2b, 2c) étant aptes à extruder des polyoléfines, la machine incluant en outre des moyens de réglage de l'entrefer de la filière (3), des moyens de réglage du taux de gonflage de la gaine (5) extrudée et des moyens de réglage de la vitesse de rotation des rouleaux (6) de pincement/tirage, 20 caractérisée en ce qu'elle comprend : - trois extrudeuses (2a, 2b, 2c) aboutissant dans ladite filière (3) unique ; - un moyen d'introduction, dans l'extrudeuse (2b) destinée à extruder la couche centrale (20b) de la paroi de la gaine (5), d'un agent d'expansion réalisant, au niveau de l'extrudeuse (2b) et/ou de la filière (3), une expansion du matériau 25 destiné à constituer cette couche centrale (20b). 10. Gaine (5) en matériau plastique obtenue par le procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les couches latérales (20a, 20c) et la couche centrale (20b) de la gaine (5) sont en polyéthylène ou en polypropylène. 30 11. Film en matériau plastique obtenu par découpe longitudinale de la gaine (5) selon la revendication 10.