Brevet FR3110592A1 — publié le 20211126

La présente invention a pour objet une poudre fonctionnelle super-absorbante à propriétés adhésives comprenant des grains d’un polymère super-absorbant SAP revêtus d’une couche superficielle discontinue de liant organique, lesdits grains présentant une granulométrie médiane d50 comprise entre 15 µm et 200 µm. La présente invention a également pour objet un procédé de fabrication d’une telle poudre fonctionnelle super-absorbante, ainsi que l’utilisation de cette poudre pour protéger des surfaces contre le pénétration de l’eau, notamment pour la protection de fibres optiques immergées dans l’eau. Figure pour l’abrégé : FIG. 1 . POUDRE FONCTIONNELLE SUPER-ABSORBANTE A PROPRIETES ADHESIVES La présente invention concerne de manière générale une poudre fonctionnelle super-absorbante à propriétés adhésives par voie sèche, la fabrication d’une telle poudre et l’utilisation de cette poudre pour la protection de surfaces et en particulier de la surface de fibres optiques immergées dans l’eau. A l’heure actuelle, les poudres fonctionnelles super-absorbantes sont fixées sur des surfaces hydrosensibles par voie humide (solvant) en dispersant des particules super-absorbante dans une solution de liant organique jouant le rôle d’adhésif. Cependant, ce procédé par voie humide limite de façon significative la capacité d’absorption d’eau des particules super-absorbantes par formation d’une pellicule étanche de liant organique sur une grande partie de leur surface lors de la dispersion de ces dernières dans la solution de liant organique. Afin de remédier à ces inconvénients le Demandeur a mis au point une poudre fonctionnelle super-absorbante à propriétés adhésives par voie sèche comprenant des grains d’un polymère super-absorbant SAP revêtus d’une couche superficielle discontinue de liant organique, les grains présentant une granulométrie médiane d50 comprise entre 15 µm et 200 µm. Par polymère super-absorbant SAP (acronyme anglais pour désigner « superabsorbent polymer »), est un polymère apte à absorber et conserver de très grandes quantités d'un liquide (par exemple de l’eau ou un liquide organique) en comparaison avec sa propre masse. Il peut ainsi absorber jusqu'à cent ou plusieurs milliers de fois sa masse en liquide. Le liquide absorbé peut être de l'eau ou un liquide organique. Par liant organique, on entend, au sens de la présente invention, un liant organique fusible solide à température ambiante. Il s’agit dans le cadre de la présente invention de polymères thermoplastiques ou thermodurcissables présentant une température de transition vitreuse ou de fusion compatibles avec la sensibilité thermique des substrats à protéger. La propriété d’absorption de la poudre fonctionnelle super-absorbante selon l’invention est assurée par le polymère super-absorbant SAP, tandis que la fonction adhésive de la poudre fonctionnelle super-absorbante selon l’invention est assurée par la couche superficielle discontinue de liant organique recouvrant les grains de la poudre, qui permet ainsi à la composition d’adhérer sur des surfaces à protéger et ainsi former un film. D’un point de vue microstructural, comme illustré sur , les particules de SAP n’étant que partiellement revêtues de liant organique, prenant par exemple la forme de satellites déposés sur les particules de SAP, une partie de la surface des particules de SAP reste disponible pour la captation de l’eau. Les satellites de liant assurent, quant à eux, l’adhésion sur les substrats. Cette fonctionnalisation partielle de la surface des particules de polymère absorbant est notamment obtenue en ajustant la proportion de liant dans la formulation. Ainsi, de manière avantageuse, le polymère super-absorbant SAP peut représenter de 50 % à 90 % en poids du poids total de la poudre super-absorbante (1), et de préférence de 60 % à 70 % en poids du poids total de la poudre super-absorbante (1). De manière avantageuse, le liant organique peut représenter de 10 % à 50 % en poids du poids total de la poudre super-absorbante. De manière avantageuse, le polymère super-absorbant SAP peut être un copolymère de polyacrylate de sodium, ou un copolymère de polyacrylamide, ou un copolymère de carboxyméthylcellulose, ou un copolymères d’alcool polyvinylique, ou un copolymère d’oxyde de polyéthylène, ou un copolymère de polyacrylonitrile. Dans le cadre de la présente invention, le polymère super-absorbant SAP sera de préférence un copolymère de polyacrylate de sodium. De manière avantageuse, le liant organique peut être une résine thermoplastique ou une résine thermodurcissable. Dans le cadre de la présente invention, le liant organique sera de préférence une résine thermoplastique appartenant au groupe constitué par les polyoléfines, les cires, les alcools et acétates polyvinyliques, et les polyéthylènes glycols, ou bien une résine thermodurcissable choisie parmi les résines époxy et les résines polyester. La présente invention a également pour objet un procédé de fabrication de la poudre selon l’invention. Selon l’invention, le procédé comprend les étapes suivantes : A) une étape de mélange de particules de polymère super-absorbant SAP présentant une granulométrie médiane d50 comprise entre 10 µm et 350 µm avec une poudre de liant organique présentant une granulométrie médiane d50 comprise entre 10 µm et 100 µm, pour obtenir un mélange pulvérulent ; B) une étape d’extrusion dudit mélange pulvérulent à une température comprise entre 60°C et 150°C, à l’issue de laquelle on obtient une pâte (extrudat); C) une étape de laminage et solidification consistant à laminer l’extrudat ainsi obtenu entre des cylindres froids, jusqu’à obtenir une bande solidifiée d’épaisseur comprise entre 0.5 à 3 mm ; D) une étape de concassage et micronisation de ladite bande solidifiée (300) pour obtenir une poudre fonctionnelle super-absorbante (1) comprenant des grains (10) présentant une granulométrie médiane d50 comprise entre 15 µm et 200 µm. L’étape A peut-être précédée d’une étape préliminaire de broyage du liant organique au cas où le produit initial ne présenterait pas les caractéristiques granulométriques attendues. C’est notamment le cas des résines thermodurcissable qui sont généralement disponible commercialement sous forme de flakes de quelques millimètres. La première étape du procédé selon l’invention est l’étape de mélange de particules de polymère super-absorbant SAP avec la poudre de liant organique (étape A). Afin de réaliser des mélanges homogènes avant la phase d’extrusion, il est préférable de pouvoir disposer de matières premières sous forme pulvérulentes et de granulométrie contrôlée. Ainsi, on utilisera, à titre de particules de polymère super-absorbant SAP, des particules d’un polymère de type SAP tel que décrit précédemment. De même, on utilisera à titre de poudre de liant organique, une poudre d’un iant organique fusible et solide à température ambiante tel que défini précédemment. De manière avantageuse, on pourra en outre introduire dans le mélange pulvérulent, des additifs choisis parmi les plastifiants, les tensioactifs, les antioxydants, les agents dégazant, les agents d’étalement et les indicateurs colorés de présence d’eau. Les particules de polymère super-absorbant SAP, ainsi que la poudre de liant organique fusible étant des composants organiques réactifs, on pourra avantageusement ajouter dans le mélange pulvérulent réalisé à l’étape A, un agent durcisseur et/ou catalytique afin d’améliorer la tenue mécanique du dépôt par des réactions de réticulation. La deuxième étape du procédé selon l’invention est l’étape d’extrusion du mélange pulvérulent obtenu à l’issue de l’étape A (étape B). Cette étape doit être de préférence réalisée à des températures compatibles avec la mise en œuvre du liant et inférieure à la température de dégradation thermique du SAP. Ainsi, l’étape B- d’extrusion du mélange pulvérulent devra être réalisée à une température inférieure à 150°C, pour ne pas dégrader thermiquement les particules de SAP. De préférence, l’étape B- d’extrusion du mélange pulvérulent pourra être réalisée à une température comprise entre 50°C et 120°C. La troisième étape du procédé selon l’invention est l’étape de laminage et solidification de l’extrudat obtenu à l’issue de l’étape B (étape C). De manière avantageuse, les cylindres utilisés pour laminer l’extrudat pourront être refroidis avec de l’eau réfrigérée à une température comprise entre 10°C et 15°C afin de limiter les phénomènes de condensation d’eau lors du refroidissement. La quatrième étape du procédé selon l’invention est l’étape de concassage et micronisation de la bande solidifiée obtenue à l’issue de l’étape C de laminage et solidification. Cette étape peut être avantageusement être suivie d’une étape de tamisage E pour obtenir des grains de poudre fonctionnelle super-absorbante selon l’invention dans une tranche granulométrique déterminée. La poudre fonctionnelle super-absorbante selon l’invention ainsi obtenue présente une structure singulière, où le liant organique recouvre de façon discontinue les particules de polymère super-absorbant SAP, comme illustré sur ci-après. La présente invention a encore pour objet l’utilisation de la poudre fonctionnelle super-absorbante selon l’invention, pour revêtir des surfaces de différents types de supports (fils, plaques, tissus,…), et notamment pour la protection de composants hydrosensibles, par exemple pour la protection de fibres optiques immergées dans l’eau afin d’éviter toute pénétration d’eau suite à un défaut d’étanchéité de la gaine protectrice de ces fibres. La fixation de la poudre fonctionnelle super-absorbante selon l’invention sur ces supports peut être réalisée selon différents procédés (lit fluidisé, poudrage, trempage, etc.) afin d’apporter la propriété super-absorbante au support. En particulier, la poudre fonctionnelle selon l’invention pourra être avantageusement être utilisée pour protéger des surfaces de supports de type fils, plaque ou tissus, de préférence pour la protection de composants hydrosensibles. L’application vise en particulier à protéger des câbles immergés (fibres optiques ou autres câbles véhiculant des flux électroniques) de la pénétration d’eau, pouvant notamment être occasionné par un défaut d’étanchéité de la gaine protectrice, comme illustré par . D’autres avantages et particularités de la présente invention résulteront de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexes dans lesquelles : est une image prise au microscope optique montrant des grains d’un exemple de poudre fonctionnelle super-absorbante selon l’invention, constitués d’un cœur en polymère super-absorbant SAP (polyacrylate de sodium) revêtu d’une couche superficielle discontinue de résine époxy. est une image prise au microscope optique montrant des particules de polymère super-absorbant SAP (polyacrylate de sodium) utilisées pour réaliser un premier exemple de poudre fonctionnelle super-absorbante selon l’invention ; montre une image prise au microscope optique d’un fil de polyester non revêtu, et une autre image prise au microscope optique d’un fil de polyester identique revêtu de la poudre fonctionnelle selon l’invention telle que réalisée dans l’exemple 1 ; montre une image prise au microscope optique du fil en polyester revêtu de [Fig. 3] avant immersion dans de l’eau (image de gauche) et une image prise au microscope optique du fil en polyester revêtu de [Fig. 3] après immersion dans de l’eau (image de droite); est une représentation schématique de l’utilisation de poudre fonctionnelle pour la protection de fibres optiques immergées, la fibre optique est entourée d’une protection à base de fils revêtus de polymère super-absorbant à leur tour sont recouverts d’une gaine en polyéthylène protégeant également des UV. , [Fig. 2] et [Fig. 5] sont décrites en détail dans la partie descriptive de l’invention qui précède. et [Fig. 4] sont décrites plus en détail au niveau des exemples qui suivent, qui illustrent l’invention sans en limiter la portée. EXEMPLES DISPOSITIFS ET INSTRUMENTATION extrudeuse commercialisée sous la dénomination commerciale TSA Italie, laminoir constitué de deux cylindres espacés l’un de l’autre de 2 mm environ, Broyeur microniseur commercialisé par la société Hosokawa MICRON FRANCE sous la marque Hosokawa®, PRODUITS DE DEPART poudre de polyacrylate de sodium de granulométrie d50 de l’ordre de 20 µm, commercialisée sous le grade commercial CA180N, poudre de liant organique : poudre résine époxy commercialisée sous la marque Epotec® YD905 et dont les caractéristiques sont indiquées dans le tableau 1 ci-dessous : Caractéristiques Normes Valeurs Poids équivalent Epoxy ASTM D 1652-04 930 g/eq Viscosité à 150ºC ASTM D 4287-00 70 – 102 P Point de ramollissement ASTM D 6090-99 110 °C Densité relative ASTM D 1298 1.16 – 1.18 g/cc Additifs : Aradur 2844 (durcisseur commercialisé par la société Huntsman), Benzoin A (dégazant commercialisé par la société Alfa Aesar) , 2-Méthylimidazol (catalyseur de réticulation commercialisé par la société Alfa Aesar), Resiflow PV88 (Agent d’étalement commercialisé par la société Worlee). CARACTERISATION : ANALYSE MORPHOLOGIQUE Les observations au microscope optique sont réalisées à l’aide d’un microscope optique ( et [Fig. 2]). EXEMPLE 1 Réalisation du mélange pulvérulent de matières premières conformément à l’étape A du procédé selon l’invention . On a réalisé un mélange pulvérulent des matières premières en vue de les extruder à l’étape B, notamment la poudre de SAP telle qu’illustrée sur et la poudre de liant organique, dans les proportions indiquées ci-après ans le tableau 2 : Composants % massique Epotec 46.6 Aradur 2844 1.5 2 Méthylimidazol 0.1 Benzoin A 10188 0.4 Resiflow PV 88 1.4 C180 N 50 EXEMPLE 2 Extrusion du mélange pulvérulent de l’exemple 1 pour obtenir un extrudat conformément à l’étape B du procédé selon l’invention. Le mélange pulvérulent de l’exemple 1 (obtenu à l’issue de l’étape A du procédé selon l’invention) est extrudé à une température de 120°C, à l’issue de laquelle on obtient un extrudat se présentant sous forme d’une pâte visqueuse. EXEMPLE 3 Laminage de l’extrudat pour obtenir une bande solidif i ée conformément à l’étap e C du procédé selon l’invention. La pâte visqueuse de l’exemple 2, obtenue à l’issue de l’étape B du procédé, est ensuite transportée par une bande transporteuse vers le laminoir, dont les cylindres de laminage sont de préférence refroidis par de l’eau réfrigérée et dont la température est maintenue entre 10°C et 15°C. Si les cylindres n’étaient pas refroidis, il faudrait dans ce cas diminuer la vitesse de défilement de la bande transporteuse au niveau des cylindres. On obtient alors une bande solidifiée et refroidie, dont l’épaisseur est de l’ordre de 2 mm. EXEMPLE 4 Concassage et micronisation de la bande solidifiée de l’exemple 3 conformément à l’étape D du procédé selon l’invention. La bande solidifiée de l’exemple 3 est alors concassée grossièrement à l’aide d’un système mécanique pour obtenir des copeaux (usuellement désignés par le terme anglais « chips ou flakes») de forme irrégulière et présentant une épaisseur de l’ordre de 2 mm et une longueur de 1 cm environ). Ces copeaux sont ensuite micronisés à l’aide du broyeur microniseur à une vitesse de 2000 tr/min, jusqu’à obtenir une poudre fonctionnelle super-absorbante comprenant des grains présentant une granulométrie médiane d50 comprise entre 15 µm et 200 µm, telle qu’illustrée sur . On procède ensuite à une étape de tamisage pour récupérer la tranche inférieure à 125 µm. EXEMPLE 5 Effet d’un revêtement de fils en polyester par la poudre fonctionnelle super-absorbante selon l’invention. On fixe par poudrage, sur un fil en polyester, de la poudre fonctionnelle super-absorbante selon l’invention telle qu’obtenue à l’exemple 4 (image située à droite de ). Ce fil revêtu va être ensuite immergé dans de l’eau. On réalise la même expérience à l’aide d’un fil témoin en polyester identique non revêtu) (image située à gauche de [Fig. 3]). permet de comparer la structure du fil revêtu conformément à la présente invention, avant et après absorption d’eau. En d’autres termes, [Fig. 4] permet de visualiser le phénomène de gonflement du fil revêtu lié à l’action de l’eau. Le fil en polyester revêtu conforme à la présente invention permet d’absorber au moins 200 g d’eau, alors que le fil en polyester revêtu par voie humide n’en absorbe qu’au plus 60 à 100 g par gramme de fibre. Poudre fonctionnelle super-absorbante à propriétés adhésives comprenant des grains d’un polymère super-absorbant SAP revêtus d’une couche superficielle discontinue de liant organique, lesdits grains présentant une granulométrie médiane d50 comprise entre 15 µm et 200 µm. Poudre fonctionnelle super-absorbante selon la revendication 1, dans laquelle ledit polymère super-absorbant SAP représente de 50 % à 90 % en poids du poids total de la poudre, et de préférence de super-absorbante à propriétés 60 % à 70 % en poids du poids total de la poudre super-absorbante à propriétés. Poudre fonctionnelle super-absorbante (1) selon les revendications 1 ou 2, dans laquelle ledit liant organique représente de 10 % à 50 % en poids du poids total de la poudre. Poudre fonctionnelle super-absorbante selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle ledit polymère super-absorbant SAP est un copolymère de polyacrylate de sodium, ou un copolymère de polyacrylamide, ou un copolymère de carboxyméthylcellulose, ou un copolymères d’alcool polyvinylique, ou un copolymère d’oxyde de polyéthylène, ou un copolymère de polyacrylonitrile. Poudre fonctionnelle super-absorbante selon la revendication 4, dans laquelle ledit polymère super-absorbant SAP est un copolymère de polyacrylate de sodium. Poudre fonctionnelle super-absorbante selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle ledit liant organique est une résine thermoplastique ou une résine thermodurcissable. Poudre fonctionnelle super-absorbante selon la revendication 6, dans laquelle ledit liant organique est une résine thermoplastique appartenant au groupe constitué par les polyoléfines, les cires, les alcools et acétates polyvinyliques, et les polyéthylènes glycols. Poudre fonctionnelle super-absorbante selon la revendication 6, dans laquelle ledit liant organique est une résine thermodurcissable appartenant au groupe constitué par les résines époxy et les résines polyester. Procédé de fabrication d’une poudre fonctionnelle super-absorbante telle que définie selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, comprenant les étapes suivantes : une étape de mélange de particules de polymère super-absorbant SAP présentant une granulométrie médiane d50 comprise entre 10 µm et 350 µm avec une poudre de liant organique présentant une granulométrie médiane d50 comprise entre 10 µm et 100 µm, pour obtenir un mélange pulvérulent ; une étape d’extrusion dudit mélange pulvérulent à une température comprise entre 60°C et 150°C, à l’issue de laquelle on obtient une pâte ; une étape de laminage et solidification consistant à laminer ledit extrudat entre des cylindres froids jusqu’à obtenir une bande solidifiée d’épaisseur comprise entre 0.5 à 3 mm ; une étape de concassage et micronisation de ladite bande solidifiée pour obtenir une poudre fonctionnelle super-absorbante comprenant des grains présentant une granulométrie médiane d50 comprise entre 15 µm et 200 µm ; Procédé selon la revendication 9, dans laquelle lors de l’étape A), on introduit en outre, dans ledit mélange pulvérulent, des additifs choisis parmi les plastifiants, les tensioactifs, les antioxydants, les agents dégazant, les agents d’étalement, les agents durcisseurs et/ou catalytiques et les indicateurs colorés de présence d’eau. Procédé selon l’une des revendications 9 et 10, comprenant en outre, à l’issue de l’étape D, une étape de tamisage E) pour obtenir des grains de poudre fonctionnelle super-absorbante dans une tranche granulométrique déterminée. Utilisation de la poudre fonctionnelle super-absorbante à propriétés adhésives telle que définie selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, pour revêtir des surfaces de supports de type fils, plaques ou tissus, de préférence pour la protection de composants hydrosensibles.