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Procédé pour la fabrication de particules finement divisées à base de polymères synthétiques et nouveaux produits obtenus.
Depuis quelque temps déjà des essais ont été faits pour utiliser les fibres synthétiques, et spécialement les fibres de polyamides et polyesters, dans l'industrie du papier, soit en incorporant ces fibres, coupées à la longueur voulue, dans les pâtes cellulosiques usuelles soit en les utilisant seules comme fibres de base, dans le cas où l'on désire des caractéristiques de résistance particulièrement élevées.
Dans ce dernier cas notamment, à cause de la surface généralement lisse de ces fibres, il est nécessaire d'utiliser un liant permettant leur "accrochage"mutuel dans la feuille de papier.
Différents types'de liantsont été proposés. On a fait appel à des solutions de sels minéraux, dont on imprègne la nappe fibreuse qui est soumise ensuite à un calandrage à une
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température à laquelle les solutions de sels minéraux gonflent et plastifient localement les fibres de base, sans toutefois provoquer leur dégradation.
On a utilisé également des dispersions de résines synthé- tiques fusibles (notamment les N alcoxy alcoyl polyamides) et des fibres thermoplastiques fondant ou se ramollissant à des températures auxquelles les fibres de base ne subissent aucune altération, le calandrage des feuilles étant effectué à température permettant la fusion ou le ramollissement du liant.
Un procédé récent permet d'obtenir des structures fibreuses et/ou feuilletées utilisables seules ou en mélange avec des fibres synthétiques et éventuellement des fibres naturelles pour la fabrication du papier. Il consiste à soumettre un polymère, à l'état incomplètement solidifé ou coagulé, à une action intense de cisaillement et/ou de battage, qui peut avoir lieu, dans le cas de polymères solubles, au moment où on les précipite de leur solution, ce cisaillement et/ou battage étant considéré comme indispensable pour l'obtention de structures fibreuses ou feuilletées valables.
Or il a été trouvé qu'il était possible d'obtenir à partir d'interpolyamides complètement solidifiées et sans faire appel à aucune technique de précipitation, des particules finement divisées, tout à fait valables notamment comme liants dans les papiers, dans d'autres structures fibreuses non-tissées etc.
La présente invention concerne un procédé pour la fabrication de particules finement divisées à base d'interpoly amides, caractérisé par le fait que l'on traite des grains d'interpolyamides au moyen d'au moins un composé provoquant leur gonflement mais non leur dissolution dans les conditions opératoires, et que l'on fragmente, par une action mécanique, les grains ainsi gonflés.
Les grains d'interpolyamides gonflés peuvent retenir jusqu'à environ 150 %, et de préférence plus de 70 % de leur poids de gonflant.
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On ne pouvait imaginer que le simple gonflement des grains de polyamide serait un moyen suffisant pour qu'une action mécanique ultérieure amène ces grains dans un état de division et sous une forme physique permettant leur utilisation comme liants dans le papier.
Sous le terme "interpolyamide", on désigne les polymères obtenus en polycondensant ensemble au moins deux composés ou "paires" de composés capables de former des polyamides. Tels sont par exemple les copolymères binaires issus de l'adipate d'hexaméthylène diamine et du caprolactame., les copolymères ternaires issus de ces deux composés et du sébaçate d'hexaméthylène diamine etc..
En pratique, les gonflants employés pour ce traitement sont en général les alcools méthylique ou éthylique, pour des raisons de prix de revient. Mais on peut faire appel à d'autres composés tels que le chlorure de méthylène, l'isobutanol anhydre, ainsi qu'à des mélanges de composés, par exemple les mélanges alcool/trichloréthylène, alcool/chlorure de méthylène, alcool/ acétone, alcool/méthyl isobutyl cétone utilisés à l'état anhydre.
On opère à température inférieure au point d'ébullition de ces gonflants. La durée du traitement varie notamment avec la température, et aussi avec la nature du gonflant, la composition de l'interpolyamide utilisée, la grosseur des grains etc..
En ce qui concerne cette grosseur des grains d'interpolyamides, on a constaté que des dimensions de 2 à 3 mm conviennent très bien.
La division, par action mécanique, des grains de polyamides gonflés, 'effectue avantageusement à l'aide du matériel classique utilisé en papeterie. Citons par exemple les défibreurs, dépas- tilleurs, raffineurs à disques, piles raffineuses etc..'
On obtient des particules suffisamment divisées pour pouvoir retenir, après égoutage une quantité d'eau pouvant atteindre plusieurs fois leur poids. Elles peuvent être
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utilisées telles quelles ou bien soumises intermédiairement à un séchage dans des conditions modérées n'entraînant aucune modification sensible de leur structure physique. Elles sont facilement redispersables dans l'eau, par exemple dans les suspensions aqueuses de fibres synthétiques destinées à la fabri- cation de feuilles de papier.
On peut faciliter en outre cette division des grains gonflés, en utilisant un agent de gonflement à bas point d'ébullition et en immergeant brusquement les particules obtenues après traitement mécanique de ces grains, dans un bain aqueux par exemple, porté à température supérieure au point d'ébullition du gonflant.
Il est possible également d'incorporer aux grains, avant ou pendant le gonflement, un carbonate alcalin ou alcalino-terreux et de traiter les particules obtenues après division mécanique, par un bain aqueux acidulé.
La brusque vaporisation du solvant dans le premier cas, et dans le second le dégagement de gaz carbonique, provoquent la rupture des particules de polymère, en menus flocons dont la structure spongieuse permet une rétention d'eau importante.
Les exemples qui suivent sont donnés afin d'illustrer l'invention mais ne sauraient en aucune façon la limiter.
Exemple 1.
Dans un récipient étanche, on introduit 250 g de grains d'interpolyamides, dont les dimensions sont d'environ 2 à 3 mm.
L'interpolyamide a été obtenue à partir de : - 20 % d'adipate d'hexaméthylène diamine.
- 50 % de caprolactame.
- 30 % de sébaçate d'hexaméthylène diamine.
On recouvre les grains de polymère par 400 cm3 d'alcool méthylique sensiblement anhydre et on les laisse gonfler à température ambiante pendant 24 heures. On les sépare alors du bain d'alcool et on les verse dans une pile raffineuse de 10
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litres (fabriquée par la firme ALLIMAND), réglée tout d'abord à la position d'effleurage pendant 20 minutes, puis à la position de raffinage dunrant les 10 minutes suivantes.
On obtient des structures très floconneuses dont les dimensions se situent entre 10 et 50 Elles possèdent un grand pouvoir de rétention d'eau (de l'ordre de 83 % en poids après égouttage). a) Dans un désintégrateur contenant 2 litres d'eau, et tournant à 2.000 tours/minute, on introduit 10 g des flocons égouttés (représentant 1,7 g d'interpolyamide), et 7 g de fibre de polyhexaméthylène adipamide de titre 1,5 denier et de longueur de coupe 4 mm La proportion de flocons, qui servent de liant, est ainsi de 20 % par rapport à leur mélange avec la fibre. Lorsque la dispersion est homogène, on en introduit 1/5 dans une formette de laboratoire, munie d'un tamis amovible de maille 100 (système USA) c.à.d. de 0,149 mm d'ouverture.
La feuille obtenue essorée sur Buchner puis détachée, possède une bonne tenue à l'humide , analogue à celle des feuilles préparées à partir de pâtes mécaniques peu raffinées. Onla sèche durant 30 secondes entre une plaque portée à 130 et un @ feutre. On la soumet alors à un pressage durant 40 secondes sous 25 kg/cm2 entre deux plaques chromées, polies et enduites de silicone, portées à une température de 150*. La fusion du liant provoque la liaison entre les fibres.
On obtient par refroidissement une feuille pesant 99 g/m 2 et possédant les caractéristiques suivantes :
Indice de déchirure : 583 (cet indice est obtenu en divisant ("Indice 100") par le poids du papier en g/m2 la valeur donnée en kg par l'appareil LHOHME et ARGY ED1)
Indice d'éclatement : 32 (cet indice est obtenu en divisant par le poids du papier en g/m , la valeur donnée en kg/mm par l'écla- tomètre Müllen)
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Longueur de rupture en m. :
4.220. b) Dans le même appareillage que sous a), on mélange 20 g des mêmes flocons, représentant 5,4 g d'interpclyamide) avec 5,1 g de fibre de polyhexaméthylène adipamide, de titre 1,5 denier et de longueur 4 mm, de façon à obtenir une proportion de liant, dans la feuille, voisine de 40 %.
Ce mélange est introduit dans une formette de laboratoire et traité dans les mêmes conditions que sous a). La feuille obtenue possède les caractéristiques suivantes :
Indice de déchirure : 302
Indice d'éclatement : 64
Longueur de rupture 5.200 Exemple 2.
On fait gonfler des grains d'interpolyamides identiques à ceux de l'exemple 1, dans les conditions indiquées dans ce même exemple.
On introduit des grains gonflés et séparés du bain d'alcool, dans un raffineur à disques (fabriqué par la firme SPROUT WALDRON), garni des disques n 16.381. La vitesse relative de rotation de ces disques est de 1.800 tours/minute. Ils sont arrosés par de l'eau sous un débit extrêmement faible, permettant juste leur refroidissement.
Les flocons obtenus sont reçus sur un tamis vibrant de maille 80 (0,177 mm d'ouverture), et la partie demeurée sur ce tamis est recyclée dans le raffineur, dans les 40 à 70 secondes suivantes. La partie qui a traversé le tamis est facilement redispersable dans l'eau. Elle retient environ 78 % en poids d'eau. Elle peut être utilisée pour la préparation de papiers contenant par exemple 20 ou 40 % de ces flocons, comme liant, selon la technique décrite dans l'exemple 1.
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Exemple 3
On part de grains à base d'une interpolyamide issue de 60 ù d'adipate d'hexaméthylène diamine et 40 % de caprolactame, et on les fait gonfler, de la façon décrite dans l'exemple 1, dans de l'alcool éthylique saturé de carbonate de sodium.
On traite les grains gonflés dans le raffineur à disques de l'exemple 2, dont les disques sont refroidis par de l'eau saturée de carbonate de sodium.
Après passage à travers un tamis de maille 80 (Oel77 mm d'ouverture), les particules obtenues sont introduites dans un bain d'eau acidulée à 10 % d'acide chlorhydrique. Par action de l'acide sur le carbonate de sodium, il se produit un dégagement effervescent de gaz carbonique, qui divise les particules de polyamide en une multitude de flocons possédant une structure spongieuse et retenant jusqu'à 95 % en poids d'eau.
Selon la technique de l'exemple 1, on peut préparer, par exemple avec 20-40 % de ces flocons comme liant, des papiers possédant des qualités de résistance mécanique très intéres- santes.
Exemple 4.
On utilise des grains de l'interpolyamide décrite dans l'exemple 1, et on les fait gonfler pendant 48 heures dans du chlorure de méthylène. Une fois séparés du bain de gonflant, on les travaille dans le raffineur à disques de l'exemple 2 puis on les reçoit sur un tamis vibrant de maille 200 (0,074 mm d'ouverture).
La partie retenue par ce tamis est jetée dans de l'eau à 50 . La brusque vaporisation du chlorure- de méthylène occlus fait éclater les -fragments de polymère. Les structures obtenues utilisées comme liant dans les conditions de l'exemple 1 condui- @ sent à des papiers dont les caractéristiques mécaniques sont analogues à celles Indiquées dans ce même exemple.
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Exemple 5.
On part de grains de 1'intrpolymaide décrite dans l'exemple 1 et à laquelle on a incorporé 10 % de carbonate de calcium passant au travers d'un tamis de maille 200 (0,074 mm. d'ouverture).
On fait gonfler ces grains dans l'alcool méthylique sensiblement anhydre durant 24 heures à température ambiante puis une fois sortis du bain d'alcool, on les traite dans le raffineur à disques de l'exemple 2, dont les disques sont arrosés par de l'eau sous un débit extrêmement faible, comme dans ce même exemple.
Les particules obtenues sont reçuessur un tamis vibrant de maille 200 (0,074 mm d'ouverture). La faible proportion de particules retenue est recyclée dans le raffineur, dans les 40 à 70 secondes suivantes.
Les particules passant au travers du tamis sont reçues, dans les 30 secondes qui suivent, dans un bain d'eau acidulée par 3 à 15 % d'acide sulfurique. La vive effervescence provenant du dégagement de gaz carbonique provoque la division des particules de polyamides en flocons très spongieux qui sont ensuite rincés à l'eau. Ils retiennent jusqu'à 97 % en poids d'eau.
De la façon indiquée dans l'exemple 1, on peut préparer, avec 20-40 % de ces flocons comme liant, des feuilles de papier dont les propriétés de résistance mécanique sont remarquables et voisines de celles de l'exemple 1.