FR3095772A1 - Process for manufacturing movable objects or parts of movable objects in optionally biodegradable polymer - Google Patents

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Abstract

Procédé de fabrication d'objets mobiliers ou de parties d’objets mobiliers en polymère optionnellement biodégradable. Le procédé permet la réalisation de parties ou d'objets mobiliers entiers en polymère plastique, avec une économie de matériaux, de matériel et d'énergie de production comparé aux procédés classiques que sont, soit le roto-moulage thermique des polymères plastique tels que polyamide ou polyéthène, soit le moulage polyuréthanne semi-rigide RIM à peau intégral, soit les stratifiés avec âme en mousse plastique injectée à l'intérieur de la carapace de l'objet. Le procédé utilise les propriétés mécaniques élevées et la possibilité d'utilisation par des machines de coulée simple à froid, en un temps rapide, sans utilisation d'outillage important nécessaire aux procédés thermiques ou pour les RIM à peau intégral. La réalisation se fait par roto-moulage à froid, sans usage de four qui implique un long chauffage et sans usage d'onéreux systèmes de cuisson par circulation d'un fluide dans un moule roto-moulage. Les élastomères polyuréthanne polyurée, permettant, à froid, sous forme liquide, dans un moule roto-moulé, d'obtenir, même en couches très minces, des peaux et des membranes de surface qui, associées à un remplissage en mouse PU semi-rigide de faible densité, ont de très hautes résistances à la déchirure, à la contrainte statique et à la flexion statique. En outre, l'utilisation, dans ces systèmes, de polyols polyesters de la famille poly-adipate rend ces systèmes hydrolysables sous l'action prolongée de l'humidité. Notamment quand ils sont linéaires, ils s'hydrolysent en quelques mois sous forme d'acides et de diols, biodégradables.Process for the manufacture of movable objects or parts of movable objects in optionally biodegradable polymer. The process allows the production of parts or whole movable objects in plastic polymer, with a saving of materials, equipment and production energy compared to conventional processes such as thermal rotomoulding of plastic polymers such as polyamide or polyethene, either the semi-rigid RIM full-skin polyurethane molding, or the laminates with a plastic foam core injected inside the shell of the object. The process makes use of the high mechanical properties and the possibility of use by simple cold casting machines, in a fast time, without the use of large tools required for thermal processes or for full skin RIMs. The production is done by cold rotational molding, without the use of an oven which involves long heating and without the use of expensive cooking systems by circulating a fluid in a rotational molding mold. Polyurethane polyurea elastomers, allowing, cold, in liquid form, in a rotomoulded mold, to obtain, even in very thin layers, skins and surface membranes which, associated with a semi-rigid PU foam filling of low density, have very high resistance to tearing, static stress and static bending. In addition, the use, in these systems, of polyester polyols of the poly-adipate family makes these systems hydrolyzable under the prolonged action of humidity. Especially when they are linear, they hydrolyze in a few months in the form of acids and diols, which are biodegradable.

Description

Procédé de fabrication d'objets mobiliers ou de parties d’objets mobiliers en polymère optionnellement biodégradable.Process for manufacturing movable objects or parts of movable objects in optionally biodegradable polymer.

La présente invention a pour objet d'obtention d'un coût économique dans la réalisation d'objets mobiliers ou de parties d'objets mobiliers en polymère plastique (matière plastique) avec comme option supplémentaire, la possibilité de les rendre bio-dégradables une fois broyés et enterrés ou une fois atterrissant malheureusement dans la mer.The object of the present invention is to obtain an economic cost in the production of movable objects or parts of movable objects in plastic polymer (plastic material) with the additional option of making them biodegradable once crushed and buried or once unfortunately landing in the sea.

L'invention constitue un progrès et une réduction économique par rapport aux 3 procédés couramment utilisés aujourd'hui :The invention constitutes progress and an economic reduction compared to the 3 processes commonly used today:

- Le roto-moulage des thermo-plastiques tel que propylène ou polyamide qui demandent soit que le micro roto-mouleur se situe dans le four avec une longue durée d'obtention de la température et un coût thermique élevé ou un moule très onéreux associant un circuit tubulaire de chauffe, intégré dans le moule ce qui le rend extrêmement coûteux.- The rotational molding of thermo-plastics such as propylene or polyamide which require either that the micro roto-molder is located in the oven with a long duration of obtaining the temperature and a high thermal cost or a very expensive mold associating a tubular heating circuit, integrated in the mold which makes it extremely expensive.

Comparativement à ce système, la présente invention propose un roto-moulage à température ambiante, dans des moules qui peuvent être simplement réalisés par combinaison silicone stratifié ou par simple chaudronnerie, sans circuit, le moulage étant complété par l'injection de mousses PU semi-rigides de basse densité ou des mousses souples selon le choix de l'usage.Compared to this system, the present invention proposes rotational molding at room temperature, in molds which can be simply produced by combination of laminated silicone or by simple boilermaking, without a circuit, the molding being completed by the injection of semi-finished PU foams. rigid low density or flexible foams depending on the choice of use.

Le procédé de la présente invention utilise des PU polyurées auxquels il est possible de conférer des propriétés très élevées de résistance à la déchirure, au poinçonnement, la contrainte statique répétée ou la flexion statique répétée.The method of the present invention uses PU polyureas to which it is possible to impart very high properties of resistance to tearing, puncturing, repeated static stress or repeated static bending.

- Le procédé de la présente invention, se différencie également du système souple ou semi-rigide RIM à peau intégral que l'on utilise pour des assises, des dossiers ou des accoudoirs de mobiliers économiques mais dont le système exige, non seulement de fortes densités mais surtout produit une peau de résistance mécanique très inférieure à la résistance des membranes polyurées dans le rapport de 1/10 en ne le rendant possible que pour des mobiliers ou des usages très bon marché, à faible contrainte et à courte durée.- The method of the present invention also differs from the flexible or semi-rigid RIM system with integral skin which is used for seats, backrests or armrests of economic furniture but whose system requires not only high densities but above all produces a skin of mechanical resistance much lower than the resistance of polyurea membranes in the ratio of 1/10, making it possible only for furniture or very inexpensive, low-stress and short-term uses.

En outre, le RIM sans peinture complémentaire ne peut donner que des couleurs brunes, noires ou très foncées.Also, RIM without additional paint can only result in brown, black or very dark colors.

A titre d'exemple, la résistance-rupture de la peau micro-cellulaire du RIM est inférieure à 4 MPA avec une faible résistance à la déchirure alors qu'un élastomère polyurée peut aisément atteindre ou dépasser 30 MPA avec une résistance à la déchirure 20 fois supérieure à celle de la peau RIM.For example, the resistance-rupture of the micro-cellular skin of the RIM is less than 4 MPA with a low tear resistance while a polyurea elastomer can easily reach or exceed 30 MPA with a tear resistance of 20 times greater than that of RIM skin.

- Le 3è procédé courant que la présente invention peut remplacer est l'exécution d'une évaluation par extrusion + Soufflage, suivi d'un traitement plasma et d'une injection de mousse PU, l'équipement étant un très lourd investissement comme, par exemple, les surf-board.- The 3rd common process that the present invention can replace is the execution of an evaluation by extrusion + Blow molding, followed by a plasma treatment and an injection of PU foam, the equipment being a very heavy investment such as, for example, surfboards.

Le procédé d'exécution d'un objet ou d'un composant conforme à la présente invention est la suivante :The method for executing an object or a component in accordance with the present invention is as follows:

Il tient compte du fait que l'on peut régler à volonté la vitesse de durcissement d'un PU polyurée liquide à 2 composants, par le choix des amines du composant durcisseur incorporé dans le composant prépolymère, de façon à pouvoir remplir le moule avant rotation avec le liquide puis le répartir et le durcir en quelques minutes par l'opération de double rotation sur 2 axes tel que cela se pratique classiquement dans le roto-moulage, sans cuisson et sans longue attente, soit 3 à 10 mn.It takes into account the fact that the curing speed of a 2-component liquid PU polyurea can be adjusted at will, by the choice of the amines of the hardener component incorporated in the prepolymer component, so as to be able to fill the mold before rotation with the liquid then distribute it and harden it in a few minutes by the operation of double rotation on 2 axes as is conventionally practiced in rotational molding, without cooking and without long waits, i.e. 3 to 10 minutes.

Il est ensuite possible de remplir le moule avec une mousse PU choisie souple, semi-rigide ou rigide-flexible en fonction de l'usage choisi de l'objet et de démouler après quelques dizaines de minutes, voire moins selon le choix de la mousse injectée comme le fait, après refroidissement, un roto-moulage classique.It is then possible to fill the mold with a PU foam chosen as flexible, semi-rigid or rigid-flexible depending on the chosen use of the object and to unmold after a few tens of minutes, or even less depending on the choice of foam. injected as does, after cooling, a classic rotational molding.

En résumé, la membrane extérieure à haute résistance et faible épaisseur nécessaire vu sa résistance, est versée à l'état liquide dans le moule, roto-moulé et auto-durcie puis remplie du type de mousse PU adaptée et choisie.In summary, the outer membrane with high resistance and low thickness necessary given its resistance, is poured in the liquid state into the mold, roto-moulded and self-hardened then filled with the type of PU foam adapted and chosen.

En option et des formules type sont décrites à la suite, il est possible de choisir, pour le PU polyurée et pour la mousse PU, des polyols polyesters de la famille poly-adipate dont on sait qu'ils sont lentement hydrolisables par contact permanent avec l'eau sur des durées inférieures à un an.As an option and standard formulas are described below, it is possible to choose, for the PU polyurea and for the PU foam, polyester polyols from the poly-adipate family, which are known to be slowly hydrolisable by permanent contact with water for periods of less than one year.

Après hydrolyse, on retrouve des acides de glycol et des urées qui sont bio-dégradables.After hydrolysis, we find glycol acids and ureas which are bio-degradable.

En conclusion, le choix de ce type de formulation permet de réaliser des objets ultérieurement bio-dégradables après destruction et donc, des objets plastique non polluant à moyen terme.In conclusion, the choice of this type of formulation makes it possible to produce objects that are subsequently biodegradable after destruction and therefore non-polluting plastic objects in the medium term.

Les mousses PU injectée souples, semi-rigides ou rigides de faible densité (30 à 50 kg/m3) sont des produits connus aussi bien en version polyéter non hydrolisable qu'en version polyester hydrolisable. Il est donc inutile d'en rappeler les formulations.Flexible, semi-rigid or rigid low-density (30 to 50 kg/m3) injected PU foams are known products both in the non-hydrolyzable polyester version and in the hydrolyzable polyester version. It is therefore useless to recall the formulations.

Exemple de formulations de membranes PU polyurée permettant la réalisation de la partie extérieure membraneuse à haute résistance d'un objet selon la présente invention.Example of formulations of polyurea PU membranes allowing the production of the high-strength membranous outer part of an object according to the present invention.

Le composant prépolymère, soit la partie «A» pourra être réalisé par condensation à 80°C avec la formule suivante :The prepolymer component, i.e. part "A", can be produced by condensation at 80°C with the following formula:

Polyol diol de Poids moléculaire 2000 – Indice OH 56Polyol diol of molecular weight 2000 – OH index 56 200 parties200 games TDI (Toluène di-isocyanate)TDI (Toluene di-isocyanate) 100 parties100 games Dipropylène glycolDipropylene glycol 27 parties27 games Plastifiant de type Rutasolv DIRutasolv DI type plasticizer 73 parties73 games

Incorporation progressive du mélange Di Propylène glycol/Rutasolv dans le réacteur pour contrôler l'exothermie inférieure à la température 70°C du mélange. Teneur en isocyanate fonctionnel du prépolymère, après réaction : 6,5 % Nco+0,3Gradual incorporation of the Di Propylene glycol/Rutasolv mixture into the reactor to control the exotherm below the 70°C temperature of the mixture. Functional isocyanate content of the prepolymer, after reaction: 6.5% Nco + 0.3

Composant « B » durcisseur:Component “B” hardener:

Ethacure 300 de la société HUNSTMANNEthacure 300 from HUNSTMANN 40 parties40 games Acide oléiqueOleic acid 4 parties4 parts Bi-oxazolidine OZ.4 de la société BAYERBi-oxazolidine OZ.4 from BAYER 20 parties20 games

Potlife du mélangePotlife of the mix 5 minutes5 minutes Temps de durcissement dans le moule après roto-moulage, avant injection de la mousse PUCuring time in the mold after rotational molding, before injection of the PU foam 12 minutes12 minutes Durée du roto-moulageRotational molding duration 12 minutes après mélange des composants12 minutes after mixing the components

Le 4è procédé, pour des objets durs ou demi-durs est la mousse rigide à peau intégral, c'est-à-dire le RIM rigide tel qu'il a été établi pour la 1ère petite série de la célèbre « PANTON CHAIR ».Ce procédé permet de réaliser de manière économique, une forme rigide mais ne permet ni la couleur ni surtout de bons états de surface et donc, doit être complété par une préparation de surface et une peinture comme c'était le cas pour la PANTON CHAIR, ce qui sur le plan main d'oeuvre et opération, est onéreux et ne permet pas la souplesse ou la semi-rigidité.The 4th process, for hard or semi-hard objects is the rigid foam with integral skin, that is to say the rigid RIM as it was established for the 1st small series of the famous "PANTON CHAIR". This process makes it possible to economically produce a rigid shape but does not allow either color or, above all, good surface conditions and therefore must be completed by surface preparation and painting as was the case for the PANTON CHAIR, which, in terms of labor and operation, is expensive and does not allow flexibility or semi-rigidity.

Par contre, le roto-moulage d'une peau Pu polyurée, dans un moule fermé, à joint mince, avec la facilité de démoulage après ouverture par déformation temporaire de l'objet moulé pour la série du moule, permet d'obtenir directement une surface esthétique dans la présente invention.On the other hand, the rotational molding of a Pu polyurea skin, in a closed mould, with a thin joint, with the ease of demolding after opening by temporary deformation of the molded object for the series of the mould, makes it possible to obtain directly a aesthetic surface in the present invention.

Claims (2)

Procédé d'obtention d'objets mobiliers économiques, sans utilisation de moyen thermique et de moule thermique par le procédé suivant : Roto-moulage à froid dans un moule fermé, à double roto-moulage axial, de polyuréthanne polyurée auto-durcissant à température ambiante en quelques minutes après mélange et incorporation, dans un système roto-mouleur. Puis injection, après polymérisation de quelques minutes, de mousse PU à l’intérieur de la peau roto-moulée.Process for obtaining economical movable objects, without the use of thermal means and thermal mold by the following process: Cold roto-moulding in a closed mould, with double axial roto-moulding, of polyurethane polyurea self-hardening at room temperature in a few minutes after mixing and incorporation, in a roto-moulding system. Then injection, after polymerization for a few minutes, of PU foam inside the roto-moulded skin. Procédé selon la revendication n°1, dans lequel la peau roto-moulée est composée de polyols poly-adipate, de glycol hydrolysable en acide et glycol biodégradable. Le procédé comprend ensuite l’injection de mousse polyester poly-adipate, qui devient, de la même façon, hydrolysable en tant que poly-adipate et biodégradable après hydrolyse d'acide et de glycol.Process according to claim 1, in which the rotomolded skin is composed of poly-adipate polyols, acid-hydrolyzable glycol and biodegradable glycol. The process then includes the injection of poly-adipate polyester foam, which becomes, in the same way, hydrolyzable as poly-adipate and biodegradable after acid and glycol hydrolysis.
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