EP1453995B1

EP1453995B1 - Procede de fabrication de monofilaments de polypropylene, monofilaments de polypropylene et leur utilisation

Info

Publication number: EP1453995B1
Application number: EP02787899A
Authority: EP
Inventors: Gustav Schütze
Original assignee: Rhodia Industrial Yarns AG
Current assignee: ExNex AG
Priority date: 2001-12-05
Filing date: 2002-12-03
Publication date: 2007-11-21
Anticipated expiration: 2022-12-03
Also published as: KR100583668B1; WO2003048434A1; BR0215107A; ES2301695T3; PT1453995E; AU2002352212B2; US20050067733A1; TWI227756B; AU2002352212A1; CN1311110C; CA2468876C; DE60223714D1; ZA200403799B; EP1453995A1; CN1599810A; KR20040071169A; DE60223714T2; CA2468876A1; TW200304510A; JP2005511906A

Description

L'invention concerne un procédé de fabrication de monofilaments d'un polypropylène présentant un indice de viscosité en fondu (MFI) 230 °C/2,16 kg de 2 à 16 g/10 min, qui possèdent un diamètre supérieur à 0,050 mm et une résistance à l'abrasion améliorée; elle concerne également des monofilaments de ce polypropylène, ainsi que leur utilisation.
Les articles textiles à deux dimensions en polypropylène sont d'un grand intérêt, en tant que moyens de filtration résistant chimiquement et mécaniquement, pour la filtration dans les industries chimique, pharmaceutique et alimentaire. Dans ce domaine, on demande surtout des monofilaments relativement grossiers, qui possèdent un diamètre supérieur à 0,050 mm.
Les monofilaments de polypropylène pur présentent l'inconvénient de former beaucoup de poussières par suite de la faible résistance de cette substance à l'abrasion lors du processus de tissage. Le problème de l'abrasion est connu également pour d'autres thermoplastiques. C'est ainsi que l' EP-A2-0 784 107 cite des monofils filés à l'état fondu, de polyamide, polyester ou polypropylène, destinés aux toiles des machines à papier et aux fils des coupe-bordures. Selon ce brevet, on obtient des monofilaments résistant à l'abrasion à l'aide de 70 à 99 % en poids de polymère fibrogène et de 1 à 30 % en poids d'un caoutchouc de polyéthylène/polypropylène, modifié à l'anhydride maléique, et d'autres additifs. Les exemples se limitent toutefois, en ce qui concerne le polymère fibrogène, au polyamide 6 et au polyéthylènetéréphtalate, ainsi qu'à un copolyamide de PA66 et de PA6. Les vitesses de filage ne sont pas précisées.
Grâce à l' EP-A-1059370 , on connaît également un procédé de fabrication de multifilaments de polypropylène destinés à des applications textiles. Comme matériau de départ, on utilise un polypropylène isotactique, catalysé par un métallocène, dont l'indice de viscosité en fondu doit être supérieur à 19 g pour 10 minutes si l'on veut atteindre les caractéristiques de retrait souhaitées. En effet, pour obtenir un faible retrait, des valeurs élevées du MFI sont nécessaires. On trouve décrits des multifilaments FOY (Fully Oriented Yarns [= fils totalement orientés]) de 10 dpf (= denier par filament) [0,03953 mm] et POY (Partially Oriented Yarns [= fils partiellement orientés]) de 2 dpf (= deniers par fibre) [0,01768 mm]. En ce qui concerne les fils fabriqués, seules figurent des indications générales. On ne trouve pas décrits de monofilaments.
Le problème de l'invention consiste à mettre à disposition un procédé économique de fabrication de monofilaments grossiers de polypropylène, résistant à l'abrasion. Un autre problème de l'invention consiste à fabriquer des monofilaments grossiers de polypropylène, qui présentent une résistance améliorée vis-à-vis de l'abrasion lors du tissage.
Un autre problème encore consiste à mettre à disposition l'utilisation de monofilaments grossiers, possédant une bonne résistance à l'abrasion, pour la fabrication d'articles techniques à deux dimensions, notamment destinés à la filtration.
Le problème est résolu selon l'invention grâce au fait que l'on ajoute au polypropylène 20 à 0,01 % en poids d'un additif en amont de l'extrudeuse, on file la matière fondue dans un bain d'eau, on l'étire et on la bobine.
Comme polypropylène, on utilise de préférence un homopolymère possédant un indice de viscosité en fondu de plus de 2 g/10 min, de préférence de 6 à 13 g/10min, en particulier de 12 à 13 g/10 min. Un MFI de plus de 16 g/10 min présente l'inconvénient de donner des caractéristiques mécaniques insuffisantes et une mauvaise résistance à l'abrasion.
II est approprié d'utiliser un additif constitué d'une combinaison de lubrifiant, charge et stabilisant thermique. Comme combinaison de lubrifiant, charge et stabilisant thermique, 0,5 à 1,2 % en poids de cires de polyéthylène, de carbonate de calcium et de phénols à encombrement stérique se sont révélés convenir particulièrement.
Dans une autre variante, il est approprié d'utiliser comme additif 0,05 à 1,0 % en poids, en particulier 0,3 à 1,0 % en poids, d'un lubrifiant. Conviennent particulièrement, comme lubrifiant, les sels métalliques des acides carboxyliques, les hydrocarbures linéaires ou ramifiés, les élastomères fluorés, les polydiméthylsiloxanes.
Dans une autre variante encore, il est approprié d'utiliser comme additif des charges. Comme charges, 0,01 à 0,1 % en poids d'aérosils et 0,1 à 1,0 % en poids de carbonate de calcium se sont révélés convenir particulièrement.
Dans une autre variante encore, il est approprié d'utiliser comme additif 0,1 à 0,8 % en poids d'un stabilisant thermique. Les phénols, les phosphites et les phosphonites à encombrement stérique se sont révélés convenir particulièrement.
Dans une autre variante encore, il est approprié d'utiliser comme additif 1 à 20 % en poids d'un copolymère de polypropylène/polyéthylène possédant un point de fusion ≥ 140 °C.
Il est approprié que les monofilaments possèdent une résistance d'au moins 50 cN/tex, pour un allongement correspondant à l'effort de traction maximal (allongement à la rupture) de moins de 35 %, de préférence moins de 30 %. En effet, une résistance inférieure à 50 cN/tex présente l'inconvénient de multiplier les casses de fil lors du processus de tissage.
Il est par ailleurs important que les monofilaments présentent une abrasion de moins de 0,05 %. En effet, lorsque l'abrasion est supérieure à 0,05 %, il se produit des irrégularités lors du tissage, dues à un encrassement trop rapide des peignes. Cela oblige à raccourcir les intervalles entre nettoyages, ce qui diminue la productivité du métier.
Il est approprié que les monofilaments se caractérisent par une énergie de rupture relative > 100 % après traitement de 24 heures à 120 °C, en particulier après vieillissement en étuve. Cela offre l'avantage d'accroître la durée de vie des filtres, lorsqu'ils sont soumis à une sollicitation thermique relativement forte et à des produits chimiques agressifs.
Les monofilaments selon l'invention conviennent particulièrement à la fabrication d'articles à deux dimensions destinés à la filtration dans les industries chimique, pharmaceutique et alimentaire.
On va maintenant décrire l'invention de façon plus détaillée, à l'aide d'exemples.

Polymère

Comme polymères fibrogènes, on a utilisé lors des essais cinq polypropylènes différents, en vente dans le commerce, dont l'indice de viscosité en fondu (MFI) 230 °C/2,16 kg varie de 6,0 à 13,0 g/10 min. On mélange chaque fois 50 kg de granulé de polypropylène, en utilisant des fûts de 100 kg et un mélangeur excentrique. Le mélangeage s'effectue, en fonction de l'additif, selon deux procédés différents. Les différents procédés sont expliqués dans les exemples. Le mélange granulé/additif est admis directement dans l'extrudeuse et fondu.

Conditions de filage
Extrudeuse :	diamètre : 40 mm; longueur du cylindre : UD = 25
Pression de l'extrudeuse :	80 bar débit: 19,76 kg/h
	5 zones chauffantes
Pompe de filage:	cylindrée : 10 cm³/tours
Bloc de filage :	à chauffage électrique
Pompe de titrage :	23,19 tours/min
Filières :	diamètre : 0,7 mm longueur du capillaire : 3 x D
Bain d'eau :	distance entre filière et bain d'eau : 45 mm température : 30 °C

Bancs d'étirage et canaux de chauffage

Banc d'étirage 1 : 7 galettes; diamètre des galettes : 230 mm; 1 canal de chauffage
Banc d'étirage 2 : 7 galettes; diamètre des galettes : 230 mm; 1 canal de chauffage
Banc d'étirage 3 : 7 galettes; diamètre des galettes : 230 mm; 2 canaux de chauffage
Banc d'étirage 4 : 4 galettes; diamètre des galettes : 230 mm

Préparation de filage

solution aqueuse à 5 %

Préparation des échantillons

Exemples 2, 5, 6 et 7

Dans le cas des additifs pulvérulents, tels que charges, lubrifiant, stabilisant thermique, etc., on commence par rouler pendant une demi-heure le granulé dans un adhésif, tel que Baysilon M 100® (marque commerciale de la firme Bager AG), puis on ajoute le reste des additifs et l'on mélange pendant 1,5 heure de plus.

Exemple 4

Dans le cas des polyoléfines modifiées, on mélange pendant une heure le mélange de granulés constitué de polypropylène et de polyoléfine modifiée PP/PE, à point de fusion > 140 °C.

Les exemples ont été résumés au Tableau 1.

Tableau 1

Exemple	Additifs	Diamètre [mm]	Résistance [cN/tex)	Allongement correspondant à l'effort de traction maximal [%]	Énergie de rupture spécifique [cN.cm/dtex]	Constante mécanique [cN/tex]	Régularité du titre [U%]	Énergie de rupture relative dans le cas d'un veillissement en étuve de 24h/120°C	Abrasion [%]
1	0	0,159	55,6	18,4	0,349	238,5	2,43	77,3	0,1717
2	0,15/0,3/0,3	0,160	57,7	19,3	0,373	253,5	1,66	183,6	0,0156
	5
3	0	0,160	54,7	19,1	0,354	239,1	1,80	76,2	0,5543
4	10	0,159	51,1	19,1	0,329	223,3	1,82	180,2	0,0254
5	0,5	0,160	54,8	17,9	0,334	231,8	2,60	69,0	0,017
6	0,15/0,15	0,159	55,3	18,2	0,344	235,9	2,16	68,3	0,018
7	0,15/0,3/0,3 5	0,159	55,6	18,6	0,356	239,8	2,31	71,0
8	0	0,160	54,3	19,1	0,35	237,1	1,94	139,8	0,0128
9	0	0,160	56,3	19,4	0,37	248,0	1,67	103,3	0,0386

* Énergie de rupture en pourcentage de la valeur initiale
Exemple 1 (exemple de référence 1) : polypropylène à MFI de 13,0 g/10 min
Exemple 2 : polypropylène à MFI de 6,0 g/10 min, avec une combinaison comme additif
Exemple 3 (exemple de référence 2) : polypropylène à MFI de 12,0 g/10 min
Exemple 4 : polypropylène à MFI de 12,0 g/10 min, avec du PP/PE à point de fusion > 140 °C comme additif
Exemple 5 : polypropylène à MFI de 13,0 g/10 min, avec un lubrifiant comme additif
Exemple 6 : polypropylène à MFI de 13,0 g/10 min, avec une combinaison à base de stabilisants thermiques comme additif
Exemple 7 : polypropylène à MFI de 13,0 g/10 min, avec une combinaison comme additif
Exemple 8 : polypropylène à MFI de 13,0 g/10 min, avec stabilisation anti-gas fading
Exemple 9 : polypropylène à MFI de 9,0 g/10 min, avec stabilisation anti-gas fading

Pour permettre des explications plus détaillées, on a représenté les résultats graphiquement et photographiquement.
Ici,

la Fig. 1 montre un graphique en colonnes indiquant l'énergie de rupture spécifique, le vieillissement en étuve et l'abrasion en fonction de l'addition d'un additif selon l'exemple 2;
-la Fig. 2 montre le comportement à l'abrasion en fonction de l'addition d'un additif selon l'exemple 4;
la Fig. 3a montre le comportement à l'abrasion en fonction de l'addition d'un additif et du métrage fabriqué, selon l'exemple de référence (exemple 1);
la Fig. 3b montre le comportement à l'abrasion en fonction de l'addition d'un additif et du métrage fabriqué, selon l'exemple de réalisation (exemple 8).

À la Fig. 1, la paire de colonnes de gauche représente l'énergie de rupture spécifique, celle du milieu le vieillissement en étuve et celle de droite l'abrasion, en fonction de l'addition d'un additif selon l'exemple 2. Les colonnes de gauche reflètent l'état de la technique, celles de droite représentent les résultats obtenus avec les monofilaments selon l'invention. Cette figure fait apparaître, en ce qui concerne l'abrasion, une amélioration de plus de 100 %. Or, 100 % d'abrasion en moins signifient au minimum une durée de fonctionnement deux fois plus longue pour le métier à tisser, avant qu'il ne faille le nettoyer. On obtient des résultats analogues pour l'énergie de rupture relative. Ici, la colonne de droite de la paire de colonnes du milieu fait également apparaître une amélioration de plus de 50 %. L'énergie de rupture spécifique, indiquée par la colonne de droite de la paire de colonnes de gauche, montre, elle aussi, une amélioration par rapport à l'état de la technique.
La Fig. 2 diffère de la Fig. 1 par le fait qu'elle indique l'abrasion en fonction de l'addition d'un additif selon l'exemple 4.
La Fig. 3a montre des photographies représentant l'état des peignes d'un métier à tisser après fabrication de 100 m, 200 m et 300 m de tissu à l'aide de monofilament de polypropylène pur [essai de référence (exemple 1)]. L'encrassement par le duvet de polypropylène après 300 m est si important qu'il a fallu arrêter le métier.
La Fig. 3b montre des photographies représentant l'état des peignes d'un métier à tisser après fabrication de 100 m, 200 m et 300 m de tissu à l'aide du monofilament selon l'invention [exemple de réalisation (exemple 8)]. Même après fabrication de 300 m de tissu , la quantité de duvet produite reste inférieure à celle obtenue pour 100 m dans l'exemple de référence.

Méthodes de mesure :

Indice de viscosité en fondu selon ASTM D1238
Détermination du titre selon SN 197 012 et SN 197 015, complétées par DIN 53830
Le calcul de la constante mécanique CM est réalisé selon la formule suivante: $CM = \sqrt{D} \cdot F [cN / tex]$

Description des essais d'abrasion

Fabrication des ensouples sectionnelles

Les ensouples sectionnelles, de 1000 m chacune, ont été fabriquées à l'aide des monofils de 80 bobines des différentes variantes.

Essais de tissage

Les essais de tissage sont réalisés sur un métier à rubans.

Production maximale possible : 4000 tours/min
La foule est formée grâce à des excentriques.
Mode de travail : sans rentrée de trame
Densité des fils de chaîne : 22,80 fils/cm
Peigne : ouverture: 0,175 mm
- épaisseur des dents : 0,264 mm
- largeur des dents : 7,0 mm
Vitesse de rotation du métier à tisser : 1000 tours/min
Vitesse de tissage : 10 m/h
Armure : toile à draps L1/1

Évaluation du comportement à l'abrasion :

évaluation visuelle des peignes
détermination gravimétrique de la quantité de duvet produite

Lors de l'examen visuel, on photographie les peignes après une durée de fonctionnement de 100 m ou 200 m, de préférence de 300 m, et on leur attribue un classement.
L'évaluation du comportement à l'abrasion selon la méthode gravimétrique est décrite ci-dessous. Pour cela, on recueille la totalité du duvet formé, après une durée de fonctionnement de 300 m, on la pèse et on la rapporte au poids des fils de chaîne à l'aide de la formule suivante : $dépôt en % = \frac{masse des dépôt \cdot 100}{nombre de fils de chaîne \cdot \frac{longueur des fils de chaîne \cdot titre}{10000}}$
Les monofilaments selon l'invention, qui possèdent un diamètre ≥ 0,050 mm, conviennent à la fabrication, sans abrasion, des tissus destinés à la filtration.
Grâce au procédé selon l'invention et au monofilament selon l'invention, on est parvenu pour la première fois à tisser pratiquement sans abrasion du monofilament de polypropylène et à accroître considérablement la durée de fonctionnement du métier à tisser. Ce monofilament convient particulièrement à la fabrication des tissus qui sont utilisés pour la filtration dans les industries chimique, pharmaceutique et alimentaire.

Claims

Procédé de fabrication de monofilaments d'un polypropylène présentant un indice de viscosité en fondu (MFI) 230 °C/2,16 kg de 2 à 16 g/10 min, possédant un diamètre supérieur à 0,050 mm et une résistance à l'abrasion améliorée, caractérisé en ce que l'on ajoute au polypropylène 20 à 0,01 % en poids d'un additif en amont de l'extrudeuse, on file la matière fondue dans un bain d'eau, on l'étire et on la bobine.
Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on utilise comme additif 0,5 à 1,2 % en poids d'une combinaison de lubrifiant, charge et stabilisant thermique.
Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on utilise comme additif 0,05 à 1,0 % en poids d'un lubrifiant.
Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on utilise comme additif 0,01 à 1,0 % en poids de charges.
Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on utilise comme additif 0,1 à 0,8 % en poids d'un stabilisant thermique.
Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on utilise comme additif 1 à 20 % en poids d'un copolymère de polypropylène/polyéthylène possédant un point de fusion ≥ 140 °C.
Monofilaments d'un polypropylène présentant un indice de viscosité en fondu (MFI) 230 °C/2,16 kg de 2 à 16 g/10 min, possédant un diamètre supérieur à 0,050 mm et une résistance à l'abrasion améliorée, caractérisés par une résistance d'au moins 50 cN/tex, pour un allongement correspondant à l'effort de traction maximal (allongement à la rupture) de moins de 35 %, de préférence moins de 30 %.
Monofilaments selon la revendication 7, caractérisés par une abrasion de moins de 0,05 %.
Monofilaments selon la revendication 7, caractérisés par une énergie de rupture relative > 100 % après traitement de 24 heures à 120 °C.
Utilisation des monofilaments selon les revendications 7 à 9 pour la fabrication d'articles à deux dimensions destinés à la filtration dans les industries chimique, pharmaceutique et alimentaire.