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"Procédé de revêtement par extrusion de aro.a,ox beau* température
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La présente invention a pour objet la fabrication de matières d'emballage enduites par extrusion de polyoléfines et plus particulièrement la fabrication de matières d'embal- lage enduites par extrusion de polyoléfine, où la polyoléfine est extrudée à des températures sensiblement inférieures à celles utilisées jusqu'à présent dans cette technique.
Dans le domaine de l'emballage, les substrats enduits par extrusion de polyoléfines ont trouvé un champ d'utilisation asses large, en particulier le papier, le carton, les feuilles et la cellophane à revêtement de polyéthylène ce dernier étant employé principalement par suite de ses propriétés de thermosou- dabilité et de résistance aux graisse$ et à l'humidité.
Dans le procédé normal de revêtement par extrusion de polyolé fines (procédé parfois appelé également extrusion-lamination), employé antérieurement à la présente invention, la matière de polyoléfine est chauffée en un fluide visqueux dans une extrudeuse, puis elle est extrudée sous forme d'une bande chaude à travers une filière tandis qu'elle est à une température très élevée d'environ 550- 600 F (288-316*0), pour être ensuite mise en contact avec le substrat à revêtir, alors qu'elle est à une température supérieure à sa température normale de ramollissement, soit généralement environ 300-350 F (149-177 C).
Pour obtenir une adhérence satis- faisante de la polyoléfine dans le substrat, on maintient ces conditions de température dans les procédés connus de revêtement par extrusion de polyoléfines. Tout comme dans le cas du poly- éthylène, la haute température de 550-600 F (288-316 C) à la sortie de la filière sert à oxyder la bande extrudée de polyo- létine avant qu'elle n'entre en contact avec le substrat, de fa- çon à assurer une bonne adhérence avec ce dernier, ce qui est nécessaire en raison du fait que les polyoléfines, comme par exemple le polyéthylène, ne contiennent pas normalement un nombre suffisant de groupes polaires pour assurer des points actifs
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d'adhérence permettant de les faire adhérer convenablement à d'autres matières.
C'est pourquoi, dans les procédés connus de revêtement par extrusion, la bande fondue de polyoléfine quitte la filière à une température d'oxydation, c'est-à-dire la température à laquelle elle est oxydée lorsqu'elle voyage à travers l'air entre la filière et le substrat à revêtir. De plus, la polyoléfine extrudée est maintenue au-dessus de sa température de ramolissement lorsqu'elle entre tout d'abord en contact avec le substrat à revêtir, afin de favoriser l'adhé- rence, en particulier avec des substrats du type fibreux, ou l'adhérence dépend du mouillage des fibres et/ou de la liaison mécanique.
Ces conditions de température d'extrusion, utilisées dans les procédés connus de revêtement par extrusion de polyoléfines, conduisent à une matière à revêtement polyoléfinique présentant un certain nombre d'inconvénients très importants dans les appli- cations d'emballage. Parmi ces inconvénients, il 7 a principe lement un dégagement d'odeurs, souvent désigné, dans la technique de l'emballage, par le terme "odeur de polyéthylène oxydé", pro- voquée par le revêtement de polyoléfine oxydée, en particulier sur les couches superficielles extérieures de polyoléfine oxydée.
Ce dégagement d'odeur est particulièrement prononcé lorsque la matière à revêtement oléfinique est utilisée pour emballer les produits alimentaires, car les odeurs produites par le revêtement de polyoléfine oxydée peuvent être absorbées par de nombreux ai- ticles pouvant être emballés dans la matière enduite, les couchée superficielles extérieures de polyoléfine oxydée étant tournées vers les articles emballés. Jusqu'à présent, on n'a trouvé au une solution satisfaisante au problème des odeurs provoquées par les techniques connues de revêtement par extrusion de polyoléfines.
Un deuxième inconvénient réside dans le gondolement ou le gauchis- sement du substrat sur lequel est extrudéela polyoléfine fondue, par suite du retrait de cette dernière lors de son refroidissement
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d'une température supérieure à son point de ramollissement à la température ambiante. Ce gondolement donne couvent un substrat enduit ne convenant pas pour les applications d'emballage. Un troisième inconvénient des procédés connus de revêtement par extrusion de polyoléfines réside dans la limitation des types de substrats, auxquels on peut avantageusement appliquer un re- vêtement, eu égard à la haute température de la polyoléfine d'ex- trusion, lorsqu'elle entre en contact avec le substrat.
Etant donné que cette température est habituellement de l'ordre de 300-350 F ( 149-177 C), le substrat à revêtir doit résister à ces hautes températures, en particulier en ce qui concerne son aptitude à l'étirage et son point de fusion, si l'on veut y appliquer un revêtement avec succès. Dès lors, cette caractéris- tique empêche d'appliquer un revêtement satisfaisant par extrusion de polyoléfines sur de nombreux substrats, qui ne résistent pas aux effets néfastes de ces températures élevées.
Un quatrième inconvénient des procédés connus d'extrusion de polyoléfines réside dans le fait que la température élevée, à laquelle la polyoléfine est extrudée, provoque souvent une dégradation ther- mique de la matière polyolétinique, comme par exemple la dépoly- mérisation, la réticulation, etc., ce qui, à son tour, peut con- duire à une faible thermosoudabilité et altérer les propriétés mécaniques et/ou chimiques de la couche polyloléfinique. Un autre inconvénient réside dans le fait que la nécessité d'oxyder la polyoléfine extrudée entre la filière et le substrat limite les polyoléfines pouvant être avantageusement appliquées par extrusion à celles ayant une partie de descente suffisamment longue * oxyder au degré voulu.
Toutefois, la plupart des nouvelles polyo- léfines des types pratiquement cristallins ou stéréo-réguliers, comme par exemple le polyéthylène à haute densité et le polypro- pylène isotactique, ont une courte partie de descente à l'état extrudé en film, de telle sorte qu'elles ne peuvent tre oxydées à un degré suffisant pour assurer une bonne adhérence.
Dès lors,
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les techniques connues de revêtement par extrusion excluent l'emploi de ces polyoléfines, bien qu'elles possèdent des propriétés intéressantes pour les applications d'emballage,
L'exposé ci-dessus décrit certains des nombreux problèmes qu'ont présenté les matières revêtues par extrusion de polyo- léfines dans les applications d'emballage et, bien qu'il soit important même à l'heure actuelle, l'emploi de ces matières n'est pas aussi répandu qu'il pourrait l'être dans la technique de l'emballage.
En conséquence, un procédé de revêtement par extrusion, dans lequel on peut éviter la plupart de ces problèmes, a une grande importance dans l'industrie de l'emballage et il permettrait, à de nombreux fabricants d'emballages, de tirer pro- fit des matières polyolétiniques sans rencontrer les inconvénients et les restrictions imposées actuellement par les techniques connues de revêtement par extrusion.
En conséquence, la présente invention a principalement pour objet de prévoir un procédé perfectionné pour le revêtement de substrats par extrusion de matières polyoléfiniques, de même que la fabrication de substrats améliorés, revêtue par extension de polyoléfines. D'autres objets principaux consistent à étendre la gamme des substrats auxquels on peut avantageusement appliquer, par extrusion, un revêtement de,matières polyoléfiniques, tout en étendant également la gamme des matières polyoléfiniques pouvant être avantageusement appliquées par extrusion.
En résumé, la présente invention prévoit le revêtement par extrusion de matières polyoléfiniques sur un substrat approprié, la polyoléfine étant extrudée à une température non-oxydante au lieu d'une température oxydante, comme c'est le cas actuellement, tandis que la polyoléfine extrudée est à une température inférieure à son point de ramolissement lorsqu'elle entre en contact avec le substrat à revêtir, au lieu d'être à une température supérieure à ce point de ramolissement, suivant la pratique habituelle adoptée
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actuellement.
Seule la surface de la polyoléfine extrudée entrant en contact avec le subirai est oxydée avant d'être réunie à ce dernier.contrairement aux procédés de la technique antérieure dans lesquels la polyoléfine extrudée est oxydée sur toute son épaisseur.
Suivant laprésente invention, on prévoit un procédé perfec- tionné pour la fabrication de matières d'emballage revêtues par extrusion de polyoléfines, ce procédé comprenant les étapes qui consistent à prévoir une bande mobile de substrat à revêtir par extrusion de polyoléfine, chauffer la matière polyoléfinique dans une extrudeuse et la forcer à travers une filière pour l'appliquer sur la bande mobile de substrat;
ce procédé est par ailleurs carac- térisé en ce que, avant d'appliquer la polyoléfine au substrat, on applique, sur la surface de ce dernier, un revêtement favorisant l'adhérence, on extrude cette polyoléfine à une température non- oxydante, supérieure à son point de ramollissement, sur la péri- phérie d'un rouleau rotatif de refroidissement, on la refroidit à une température de formation de film, on oxyde une surface de cette bande extrudée de polyoléfine et on réunit la bande de polyo- léfine à la bande de substrat, la surface oxydée de la polyoléfine étant en contact avec la surface enduite du substrat, pour former ainsi un substrat revêtu par extrusion d'une polyoléfine.
Les objets ci-dessus ainsi que d'autres ressortiront de la description ci-après. Dans cette dernière, on se réfèrera aux dessins en annexe faisant partie de la présente description et dans lesquels on représente, à titre d'illustration, deux formes de réalisation spécifiques de la présente invention. Ces formes de réalisation seront décrites d'une manière suffisamment détaillée pour permettre, à l'homme de métier, de mettre la présente inven- tion en oeuvre, mais il est entendu que d'autres formes de réali- sation peuvent être utilisées et que l'homme de métier peut y apporter des modifications sans se départir du cadre de l'invention.
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Ce dernier est défini par les revendications ci-après et les limitations données dans la description suivante ne doivent pas être prises dans un sens restrictif, si ce n'est dana la mesure où elles figurent dans les revendicatione.
Dans les dessinas
La figure 1 est une illustration schématique d'une forme de réalisation de l'appareil convenant pour la mise en oeuvre de la présente invention;
La figure 2 est une illustration schématique de la partie d'extrusion d'un procédé typique antérieur de revêtement par extrusion de polyoléfines; la figure 3 est un graphique montrant une partie d'une courbe d'absorption infrarouge typique d'un revêtement obtenu suivant la présente invention par extrusion de polyoléfines; la figure 4 est un graphique montrant une partie d'une cour- be d'absorption infrarouge typique d'un revêtement obtenu suivant les procédés de la technique antérieure par extrusion de polyo- léfines ;
la figure 5 est un graphique montrant une partie d'une cour- be d'absorption infrarouge typique d'un autre revêtement obtenu suivant les procédés de la technique antérieure par extrusion de polyolétines; la figure 6 est une illustration schématique d'une deuxième forme de réalisation d'un appareil convenant pour la mise en oeuvre de la présente invention.
Dans l'appareil représenté à la figure 1, une bande de sub- strat 2 vient d'un rouleau d'alimentation 1 et passe par un poste d'application 3. comprenant un bain 4 d'une matière app @- priée favorisant l'adhérence de la polyoléfine, de même que des rouleaux d'enduction 5 et 6. Le bain 4, de même que les rouleaux 5 et 6 sont prévus pour décrire un dispositif d'enduction du type à rouleaux gravés avec une lame racleuse oscillante. Du poste d'application 3, la bande de substrat passe par un four de sécha- ge 7 comprenant des moyens appropriés (non-représentés) de
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séchage et de ventilation, afin de .'cher le revêtement favori- sant l'adhérence de la polyoléfine, revêtement appliqué au sub- strat au poste 3.
Du four de séchage 7, la bande de substrat 2 passe par l'étranglement d'un rouleau rotatif de refroidissement 12 et un rouleau-presseur rotatif 14, de préférence recouvert de caoutchouc. Un rouleau de refroidissement 15, comprenant un sys- tème approprié de refroidissement à l'eau (non-représenté), est employé, comme indiqué, afin d'assurer le refroidissement super- ficiel du rouleau-presseur 14. La matière polyoléfinique devant être appliquée par extrusion sur le substrat est amenée, par une trémie 9, dans une extrudeuse à cylindre 8, où elle est plastifiée, par la chaleur et le travail mécanique, en un fluide visqueux, pour être ensuite forcée à travers une filière 10, formant ainsi une bande de polyoléfine 11, extrudée sur la périphérie du rou- leau de refroidissement 12.
Dans ce rouleau de refroidissement 12, on emploie un système approprié de refroidissement à l'eau (non-représenté), de façon à pouvoir le maintenir à une basse tem- pérature prédéterminée. Après avoir parcouru une courte distance sur la périphérie du rouleau de refroidissement 12, la bande de polyoléfine 11 est retirée de la périphérie du rouleau 12 et passe entre les rouleaux 21 et 22, tandis que la surface 11a de la bande 11, devant être mise en contact avec le substrat 2, est oxydée superficiellement en étant soumise à l'influence d'une électrode 13 à effluves oxydantes, raccordée à un générateur à haute fréquence, lorsque cette bande 11 passe sur le rouleau 22.
Immédiatement après ce traitement de sa surface, la bande de poly- oléfine extrudée passe par l'étranglement du rouleau de refroidis- sement 12 et du rouleau-presseur 14, où elle entre en contact avec la surface enduite de la bande 2 du substrat, à laquelle elle est fermement réunie, le rouleau de refroidissement 12 et le rouleau-presseur 14 étant placés de façon à fournir la pression
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requise pour réunir les deux bandes, La matière enduite, compre- nant à présent une bande de substrat 2 et un minot revêtement de polyoléfine 11, passe sur des rouleaux fous appropriée et arrive à un rouleau d'enroulement 16,
où elle est enroulée en vue d'une transformation ultérieure pour applications d'emballage Corne représenté à la figure 1, on peut incorporer des rouleaux fous ou de guidage 20 en un nombre correspondant à celui requis pour contrôler le parcours des bandes respectives, Des mécanismes de commande appropriés doivent être incorporés dans l'appareil de la figure 1, afin d'actionner les rouleaux nécessaires au trans- port requis des bandes respectives. Par exemple, le rouleau de refroidissement 12, le rouleau d'enroulement 16 et le rouleau d'enduction 5 du poste d'application seront normalement entraînés chacun par un mécanisme de commande approprié.
Ces mécanismes sont bien connus de l'homme de métier et, par conséquent, il n'est pas nécessaire de les décrire ou de les illustrer davantage dans la présente spécification.
Au poste d'application 3, la bande de substrat doit recevoir, au moins sur une de ses surfaces, un revêtement favorisant l'adhé- rence de la polyoléfine et renforçant la liaison entre le revête- ment d'extrusion de polyoléfine et le substrat. La couche de base ou l'adhésif particulier employé comme revêtement favorisant l'adhérence ne fait pas partie de la présente invention et il existe une variété de composés et/ou de mélanges appropriés de revêtement, connus dans la technique et pouvant être utilisés à cet effet.
Un revêtement typique utile favorisant l'adhérence des polyoléfines comprend un mélange de polyester et d'uréthane, où le polyester est constitué d'un ester mixte d'éthylène-glycol et d'acides aromatiques, comme par exemple l'acide téréphtalique, de même que les acides dicarboxyliques, dans un rapport molaire tel qu'il n'y ait aucun groupe hydroxyle résiduel dans la chaîne de polyester, sauf aux extrémités.
L'uréthane peut être constitué
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du produit réactionnel d'un diisocyanate (par exemple le diiso- clanate de tolylène) et d'un polyol trifonotionnel (par exemple le triméthylol-propane). L'"Adcote 1076" est un exemple de polyester du type précité, tandis que l'"Adcote 1079" et le "Mondur GB75" sont des exemples d'uréthanes du type ci-dessus.
Le revêtement favorisant l'adhérence peut comprendre un mélange de 70% en poids du composant de polyester Boue forme d'une dis- persion de solides à 30% dans une combinaison de méthyl-éthyl- cétone et de toluène, de m8me que 30% en poids de l'uréthane nous forme d'une dispersion de solides à 60% dans de la méthyl-isobutyl- cétone. Une couche de base de ce type peut litre appliquée au substrat à des poids de revêtement de 0,1 à 1,0 livre ( 1 livre * 0,453 kg) de solide séché par rame (3.000 pieds carrés; 1 pied carré - 929 cm2) de surface de substrat. Dans cet intervalle, des poids de revêtement d'environ 0,3 à 0,5 livres par rame se sont avérés les plus utiles avec toute une variété de revêtement* favorisant l'adhérence des polyoléfines.
Comme indiqué à la figure 1 l'électrode de traitement 13 doit être raccordée à un générateur à haute fréquence du type produisant une décharge électrique à effluves, de façon à oxyder la surface 11a de la bande de polyoléfine. Un générateur typique utile à cet effet est le générateur à haute fréquence modèle "HFSG-2". fabriqué par les "Lepel High Frequency Laboratories, Inc.", déve- loppant une puissance de sortie d'une fréquence d'environ 450 kilocycles à un courant d'entrée de 1-1/2 Kilowatt, 60 cycles à 115 ou 250 volts.
D'autres générateurs appropriés à haute fréquence sont bien connus dans la technique* Un procédé de traitement du type pouvant être utilisé pour l'oxydation superficielle de la bande 11 est décrit et illustré d'une manière plus complète dans le brevet américain n 2.939.956 au non de George J. Parka* Outre l'appareil décrit dans le brevet précité, il existe, dans la technique, d'autres formes d'appcreils connues pour produire une décharge électrique à effluves d'orydation superficielle, pouvant
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être utilisée dans le procédé de la présente invention.
Pour obtenir l'oxydation superficielle désirée, on peut également employer des techniques connues de traitement à la flamme ou de traitement chimique mais, du point de vue opératoire, ces procédés sont plus compliqués et plus difficiles que le procédé à décharge électrique à effluves.
La présente invention se différencie nettement des techniques connues pour le revêtement par extrusion de polyoléfine au point de vue de la température à laquelle est maintenue la bande de polyoléfine lorsqu'elle sort de la filière 10 et lorsqu'elle entre en contact avec le substrat. Cette différence sera mieux comprise en se référant à la figure 2 illustrant schématiquement un procédé typique et généralement employé pour le revêtement par extrusion de polyoléfine. A la figure 2, une bande de substrat nonenduit
25 est amenée à l'étranglement d'un rouleau-presseur 26 et d'un rouleau de refroidissement 27.
Une extrudeuse 28 et sa filière associée 29 forment une bande fondue de polyoléfine 30, qui est également amenée à l'étranglement du rouleau presseur 26 et du rouleau de refroidissement 27, où elle est réunie au substrat 25.
Pour des raisons de clarté, les systèmes d'alimentation et d'en- roulement n'ont pas été représentés à la figure 2,mais ils peuvent être de l'une ou l'autre forme bien connue dans la technique.
Dans cette forme de réalisation antérieure d'un revêtement par extrusion de polyoléfine, cette dernière quitte la sortie de la filière à une haute température d'oxydation, généralement de l'ordre de 550 à 600 F (288 à 316 C), de sorte qu'elle est oxydée sur toute son épaisseur par exposition à l'air lors de son par- cours entre la sortie de la filière et l'étranglement du roudsau presseur 26 et du rouleau de refroidissement 27, c'est-à-dire sur toute sa partie de descente "A". En outre, lorsqu'elle est introduite dans l'étranglement des rouleaux précités, la bande de polyoléfine est à une température supérieure à son point de ramollissement.
Toutefois, suivant la présente invention, la bande de poly- oléfine 11 est extrudée à une température non-oxydante, puis
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elle est refroidie à une température de formation de fil*, c'est-à-dire en dessous de sa température de ramollissement sur le rouleau de refroidissement, avant d'être réunie au substrat, Par le terme "température non-oxydante", utilisé dans la présente description et dans les revendications ci- après, on entend une température à laquelle la polyoléfine extrudée n'est pas oxydée sur toute son épaisseur lorsqu'elle voyage entre la sortie de la filière et le rouleau de refroidis- sement. On peut contrôler cette température en réglant, d'une manière appropriée et bien connue, les conditions de température régnant dans le cylindre de l'extrudeuse.
L'analyse d'absorption infrarouge du revêtement de polyoléfine extrudée lui-même indi- quera le mieux si l'on a extrudé ou son un revêtement particulier d'extrusion de polyoléfine à une température non-oxydante. On a établi que l'effet principal de l'oxydation thermique à l'air sur la structure moléculaire des matières polyoléfiniques résidait dans la formation de groupes carbonyles cétoniques (voir rapport présenté par J.C. Luongo à la Conférence de Pittsburgh de 1959 sur la Chimie Analytique et la Spectroscopie Appliquée, 4 mars 1959, de même que Billmeyer, "Textbook of Polymer Chemistry", page 69,"Interscience", 1957).
Lors de l'exposition à l'énergie de la lumière infrarouge, ces groupes carbonyles cétoniques ont une absorption caractéristique à une longueur d'onde de 5,8 microns et ainsi, leur présence ou leur absence dans une molécule poly- oléfinique peut être décelée par analyse d'absorption infrarouge, en appliquant la technique suivante. Le substrat est retiré d'un échantillon de matière enduite par extrusion de polyoléfine et la surface de la couche polyoléfinique ainsi retirée, qui était en contact avec le substrat, est lavée dans de l'acide sulfurique concentré, afin d'éliminer toute oxydation et/ou tout revêtement
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superficiel* Ensuite, on rince et sèche l'échantillon de poly- oléfine et l'on prend son spectre d'absorption infrarouge avec un spectrophotomètre infrarouge approprié.
D'après le spectre infrarouge obtenu, on calcule le coefficient d'absorption de l'échantillon dans l'intervalle de longueur d'onde de 5,8 nierons et on l'utilise comme indice de la présence de groupes carbonyles ce toniques. Suivant les définitions standards, le coefficient d'absorption est le log 10 de la réciproque du coefficient de transmission, soit A- 10g101/T, où le coefficient de transmission T est défini par le rapport entre la quantité d'énergie de lumi- ère transmise par l'échantillon et la quantité d'énergie de lumi- ère incidente sur ce dernier.
Les figures 3,4 et 5 illustrent l'intervalle de 3 à 7 microns des spectres infrarouges obtenus à partir de trois échantillons différents de polyéthylène enduit par extrusion, ces échantillons étant analysés suivant la techni- que cidessus avec un spectrophotomètre de Beckman IR-5. L'échan- tillon représenté à la figure 3 a été enduit par extrusion sui- vant la présente invention, tandis que les échantillons représen- tés dans les figures 4 et 5 ont été enduits par extrusion suivant les procédés de la technique antérieure.
Comme représenté dans ces courbes, l'échantillon de la figure 3 ne présente pas de "crêtes" dans l'intervalle de 5,8 microns, tandis que, dans le même intervalle, les échantillons des figures 4 et 5 en com- portent, comme indiqué'par la lettre de référence B à la figure 4 et C à la figure 5. En utilisant les formules ci-dessus. le coefficient d'absorption de l'échantillon de la figure 3 dans l'intervalle de 5,8 microns est pratiquement de 0, celui de l'échantillon de la figure 4 est d'environ 0,03 et oolui de l'échantillon de la figure 5, d'environ 0,10.
La plupart des revêtements obtenus suivant les procédés de la technique antéri- eure par extrusion de polyoléfines auront un coefficient d'ab- sorption se situant entre ceux des figures 4 et 5, c'est-à-dire
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un coefficient d'absorption compris entre 0,03 et 0,10 ou plue.
Toutefois, comme indiqué par la courbe de la figure 3, le procédé de la. présente invention peut être utilisé pour former des substrats revêtus par extrusion de polyoléfine, où la couche de polyoléfine extrudée a un coefficient d'absorption pratiquement de 0, ce qui indique un revêtement de polyoléfine pratiquement non-oxyde, hormis évidemment la surface qui est en contact avec le substrat et qui a été oxydée par un traitement approprié comme décrit précédemment.
On a trouvé que, pour obtenir un degré mi- nimum de dégagement d'odeurs d'oxydation pour les matières d'emballage re,êtues par extrusion de polyoléfine, celle-ci devait être extrudée à une température donnant un coefficient d'absorption inférieur à 0,03, ce coefficient étant déterminé et calculé suivant les méthodes précitées* De plus, on a trouvé qu'une extrusion dans l'intervalle de température d'environ 400-490 F (204-254 C) assurait une température d'extrusion non- oxydante pour la plupart des matières polyoléfiniques convenant pour la mise en oeuvre de la présente invention.
Outre l'extrusion à une température non-oxydante, la présente invention se distingue des procédés antérieurs de revêtement par extrusion de polyoléfine du fait que la polyoléfine extrudée est refroidie à une température de formation de film, c'est-à-dire à une température inférieure à son point de ramollissement, en la mettant en contact avec le rouleau de refroidissement avant de la réunir au substrat. Toutefois, suivant les procédés de la techni- que antérieure, la polyoléfine extrudée est normalement réunie au substrat, alors qu'elle est toujours à une température supérieure à son point de ramollissement.
Comme représenté à la figure 1, la bande de polyoléfine 11 est réunie à la bande de substrat 2, au fur et à mesure que les deux bandes avancent par l'étranglement du rouleau de refroidisse- ment 12 et du rouleau-presseur 14. Une autre forme de réalisation de l'appareil destiné à réunir la polyoléfine extrudée au substrat
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est représentée à la figure 6 (où les mêmes chiffres de référence désignent les mêmes pièces qu'à la figure 1), dans laquelle la bande 11 de polyoléfine est réunie à une bande mobile de substrat 2 (substrat enduit venant du four de séchage), lorsque la bande de polyoléfine a quitté le rouleau de refroidissement 12.
Dans cet appareil, la bande de polyoléfine passe sur la périphérie du rouleau de refroidis semant et elle est amenée dans l'étranglement des rouleaux-presseurs 32 et 33, tandis que la bande mobile de substrat passe sur le rouleau fou 20 et par l'étranglement des rouleaux-presseurs 32 et 33. Lorsque les deux bandes passent par les rouleaux-presseurs, elles sont réu- nies fermement l'une à l'autre, pour former un substrat revêtu par extrusion de polyoléfine. Le substrat de la figure 6 doit recevoir un revêtement de matière favorisant l'adhérence de la polyoléfine, avant d'atteindre les rouleaux-presseurs. Les postes d'alimentation, d'application, de séchage et d'enroulement peuvent être les mêmes que ceux représentés à la figure 1; c'est pourquoi ils ont été omis à la figure 6.
Dans l'un ou l'autre appareil, le substrat et la polyoléfine doivent être réunis en- semble immédiatement après l'oxydation superficielle de la poly- oléfine, afin d'empêcher les pertes ou les réductions du traite- , ment d'oxydation appliqué à la surface 11a de la polyoléfine, qui doit entrer en contact avec le substrat, de façon à assurer une liaison ferme entre cette polyoléfine et ce substrat. Dès lors, suivant la présente invention, la polyoléfine ne doit pas être enroulée avant d'avoir été réunie au substrat et, de ce fait, sa surface lla peut être soumise à un traitement intensif pour adhérer convenablement au substrat, car l'adhérence de cont -et de la polyoléfine traitée ne constituera pas un problème.
En d'autres termes, si la polyoléfine traitée était enroulée, la surface traitée collerait à une surface non-traitée d'un pli de @ contact, c'est-à-dire qu'elle provoquerait une adhérence par contact et empêcherait le déroulement satisfaisant du rouleau.
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Toutefois, cet inconvénient est évité suivant la présente inven- tion, car la polyoléfine est réunie au substrat presque immédia- tement après l'extrusion de la polyoléfine et après son oxydation superficielle.
Le tableau I reprend un certain nombre d'exemples de matiè- res enduites par extrusion de polyoléfines suivant la présente invention. Dans les exemples 1 à 7. des polyéthylènes à faible densité ont été appliqués par extrusion sur un certain nombre de substrats différents. Comme indiqué dans le Tableau, on a employé des polyéthylènes à indices de fusion variables, y comprit ceux ayant un indice de fusion élevé (exemples 1 à 5) et ceux ayant un faible indice de fusion (Exemples 6 à 7). A l'exemple 8, on a appliqué, par extrusion, un polyéthylène à densité moyenne sur un substrat de téréphtalate de polyéthylène (Mylar).
A l'ex- emple 9, on a appliqué, par extrusion, du polyéthylène à haute densité (ou linéaire) sur un substrat de papier, tandis qu'à l'exemple 10, on a appliqué, par extrusion, du polypropylène isotactique sur un substrat de polypropylène orienté. Dans toua les exemples, on a appliqué, au substrat, le mélange de polyester et d'uréthane décrit ci-dessus comme revêtement favorisant l'ad- hérence de la polyoléfine..
Comme indiqué au tableau I, les revêtements de polyoléfine des exemples 1 à 10 ont été extrudés dans un intervalle de tem- pérature de 480 F à 490*F (249 à 254 C) qui, pour les polyoléfines utilisées, était une température non-oxydante requise suivant la présente invention.
Toutes les matières enduites par extrusion de polyoléfines des exemples 1 à 10 avaient une excellente quali- té et présentaient les caractéristiques suivantes :le revêtement de polyoléfine était lié.fermement au substrat; ces matières ne présentaient pas de gondolement ou un important degré de gondole- ment ; il n'y avait pas de dégagement d'odeur détectable ("odeur
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de polyéthylène oxydé") ou du moins ce dégagement d'odeur était fortement réduit comparativement à celui qui se serait produit dans les procédés habituels de revêtement par extrusion; de môme, toutes les matières avaient d'excellentes propriétés de themosoudabilité.
Il est important de noter que les matières indiquées dans les exemples 1 à 8 n'auraient pas pu être obtenues avec succès par les procédés connus de revêtement par extrusion de polyoléfines à la température d'extrusion indiquée mais que, au contraire, les procédés normaux de revêtement par extrusion auraient nécessité une température d'extrusion supérieure d'au moins environ 100' pour oxyder la polyoléfine sur toute son épaisseur, ainsi qu'on l'a souligné antérieurement* Les matières des exemples 9 et 10 n'auraient pas pu être obtenues par les procédés généralement connus d'extrusion de polyoléfines, car les revêtements de ces exemples indiquent le type de matières poly- oléfiniques,
dont la partie de descente est trop courte pour pouvoir être utilisée dans les procédés connus de revêtement par extrusion. Ces deux derniers exemples démontrent par conséquent l'accroissement de l'intervalle des types de matières polyoléfi- niques pouvant être avantageusement appliquées par extrusion suivant la présente invention.
On a trouvé que les polyoléfines partiellement cristallines, comme par exemple celles des exemples 9 et 10 sont extrudées plus avantageusement lorsque l'extrudeuse est mûri d'une filière comportant des lèvres angulaires prévues pour amener la bande de polyoléfine extrudée pratiquement tangen- tiellement à la périphérie du rouleau de refroidissements De plus, le substrat de Saran de l'exemple 7 et le substrat de poly*' propylène orienté de l'exemple 10 sont très sensibles à la chaleur et le revêtement par extrusion de ces substrats par les procédés connus aurait donné une matière enduite ayant un haut degré de gondolement, qui en aurait fait un produit invendable ou inutile dans le domaine de l'emballage.
Toutefois, comme on l'a dit ci- dessus, ces deux substrats ont été enduits avec succès suivant
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la présente invention et les matières enduites comportant ces substrats ne présentaient aucun gondolement insatisfaisant.
Ces deux exemples démontrent l'extension des types de substrats pouvant être avantageusement revêtus par extrusion suivant la présente invention.
TABLEAU I remarque 1 gauge . 0,025mm
EMI18.1
<tb> E <SEP> Type <SEP> .. <SEP> SUBSTRAT <SEP> Gauge
<tb>
<tb> Type <SEP> , <SEP> SUBSTRJ. <SEP> T <SEP> Gauge
<tb> 1. <SEP> Film <SEP> de <SEP> téréphtalate <SEP> de <SEP> polyéthylène <SEP> (Mylar) <SEP> .0005
<tb> 2. <SEP> Cellophane <SEP> MAD <SEP> 10 <SEP> 300
<tb>
<tb> 3. <SEP> Polyéthylène <SEP> linéaire <SEP> (ou <SEP> à <SEP> haute <SEP> densité) <SEP> .0009
<tb>
<tb> 4. <SEP> Stratifié <SEP> de <SEP> feuille <SEP> et <SEP> de <SEP> papier, <SEP> feuille
<tb> de <SEP> 0,0035 <SEP> sur <SEP> sulfite <SEP> n <SEP> 25 <SEP> ------
<tb>
<tb> 5. <SEP> Stratifié <SEP> de <SEP> saran <SEP> et <SEP> de <SEP> cellophane, <SEP> cellophane <SEP> MAD <SEP> 10 <SEP> 300 <SEP> gauges <SEP> et <SEP> saran, <SEP> 50 <SEP> gauges <SEP> ----------
<tb>
<tb> 6. <SEP> NYlon <SEP> .00075
<tb>
<tb> 7.
<SEP> Saran <SEP> .00075
<tb>
<tb> 6. <SEP> Film <SEP> de <SEP> téréphtalate <SEP> de <SEP> polyéthylène <SEP> (Mylar) <SEP> .005
<tb>
<tb> 9. <SEP> Papier <SEP> 30
<tb>
<tb> 10. <SEP> Polypropylène <SEP> orienté <SEP> .0005
<tb>
(MAD 10 est une désignation de la -du Pont- pour une qualité de revêtement de cellophane).
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TABLEAU I (suite)
EMI19.1
<tb> REVETEMENT <SEP> PAR <SEP> EXTRUSION <SEP> DE <SEP> POLYOLEFINE <SEP> Température
<tb>
<tb>
<tb> d'extrusion
<tb>
<tb>
<tb> Type <SEP> Sauge <SEP> F <SEP> C
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 1. <SEP> Polyéthylène <SEP> à <SEP> faible <SEP> densité,indice <SEP> de
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> fusion <SEP> - <SEP> 6. <SEP> 0 <SEP> .CO2 <SEP> 485 <SEP> 251
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 2. <SEP> Polyéthylène <SEP> à <SEP> faible <SEP> densité,indice <SEP> de
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> fusion <SEP> - <SEP> 6.0 <SEP> .002 <SEP> 485 <SEP> 251
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 3. <SEP> Polyéthylène <SEP> à <SEP> faible <SEP> densité,indice <SEP> de <SEP> '
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> fusion <SEP> - <SEP> 6.0 <SEP> .002 <SEP> 485 <SEP> 251
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 4.
<SEP> Polyéthylène <SEP> à <SEP> faible <SEP> densité, <SEP> indice <SEP> de
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> fusion <SEP> m <SEP> 6.0 <SEP> .CO2 <SEP> 485 <SEP> 251
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 5, <SEP> Polyéthylène <SEP> à <SEP> faible <SEP> densité,indice <SEP> de
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> fusion. <SEP> 7.0 <SEP> .002 <SEP> 485 <SEP> 251
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 6. <SEP> Polyéthylène <SEP> à <SEP> faible <SEP> densité,indice <SEP> de
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> fusion- <SEP> 2.0 <SEP> .002 <SEP> 480 <SEP> 249
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 7. <SEP> Polyéthylène <SEP> à <SEP> faible <SEP> densité,indice <SEP> de
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> fusion <SEP> - <SEP> 2.0 <SEP> .002 <SEP> 480 <SEP> 249
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 8. <SEP> Polyéthylène <SEP> de <SEP> densité <SEP> moyenne <SEP> .002 <SEP> :
<SEP> 485 <SEP> 251
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 9. <SEP> Polyéthylène <SEP> de <SEP> haute <SEP> densité <SEP> .002 <SEP> 480 <SEP> 249
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 10, <SEP> Polypropylène <SEP> isotactique <SEP> .002 <SEP> 490 <SEP> 254
<tb>
Par le terme "matière polycléfinique" ou son équivalent, utilisé dans la présente description et dans les revendications, on entend des homopolymères à poids moléculaire élevé, préparés à partir de 1-oléfines aliphatiques polymérisables (comme par exemple l'éthylène et le propylène), y compris les 1-oléfine ali- phatiques à chaîne ramifiée de ce type, de même que les interpo- lymères (y compris les copolymères)
de 1-oléfines aliphatiques polymérisables et un ou plusieurs composés copolymérisables conte- nant un radical CH2-C, où le composé 1-oléfinique est l'ingrédient majeur (c. -à-d. plus de 50%) Ces matières peuvent être préparées par des techniques catalytiques appropriées, dont on connaît un certain nombre, plusieurs polyoléfines de ce genre étant disponi- bles dans le commerce. Dans le brevet américain n 3.024.227, on décrit un procédé convenant pour la polymérisation d'un grand nom- bre d'oléfines et il y a de nombreux autres brevets où l'on décrit des procédés appropriés pour la polymérisation des oléfines.
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D'après la description ci-dessus, on peut constater que le procédé d'extrusion de la présente invention comporte plusieurs conditions opératoires différant des procédés antérieurs de revête- ment pa r extrusion de polyoléfines, tout en conduisant à des matières d'emballage possédant un certain nombre d'avantages importants, que l'on n'a pas encore rencontrés jusqu'à présent dans la technique de l'emballage. Tout d'abord , suivant les procédés de la technique antérieure, la polyoléfine est extrudée à une haute température d'oxydation, de sorte que le revêtement polyoléfinique appliqué au substrat est oxydé sur toute son épaisseur lors de l'exposition
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à l'air, tandis que, suivant la présente invention,
la matière polyoléfinique à appliquer au substrat est extrudée à une tem- pérature non-oxydante et seule la surface entrant en contact avec la bande est oxydée. Cette différence permet au procédé de la présente invention de présenter deux avantages importante compara- tivement aux techniques antérieures de revêtement par extrusion, Le degré réduit d'oxydation du revêtement polyoléfinique suivant la présente invention donne des matières d'emballage à revêtement obtenu par extrusion de polyoléfines, ayant un dégagement d'odeur sensiblement réduit comparativement aux matières d'emballage à revêtement d'extrusion, obtenues par les procédés de la technique antérieure, étendant ainsi la gamme des articles pouvant tire embal- lés dans des substrats revêtus par extrusion de polyoléfines,
tout en augmentant ainsi l'utilité de ces matières dans le domaine de l'emballage. Un deuxième avantage résultant de cette différence dans les températures d'extrusion réside dans le fait que, puis- qu'il ne faut plus oxyder la polyoléfine extrudée à sa sortie de la filière d'extrusion, on peut, suivant la présente invention, appliquer avec succès, par extrusion, des matières polyoléfiniques ayant une très courte distance de descente, contrairement aux procédés de la technique antérieure.
En d'autres termes, suivant ces derniers procédés, seules les matières ayant une partie de descente relativement longue au cours de l'extrusion peuvent être oxydées à un degré suffisant pour assurer une bonne adhérence au substrat et ainsi, la plupart des nouvelles oléfines, en particulier les polyoléfines linéaires ou pratiquement cristallines, comme par exemple le polyéthylène à haute densité et le polypropylène isotao- tique, ont une trop courte distance de descente pour pouvoir les appliquer avec succès par extrusion suivant les techniques connues antérieurement.
Une deuxième caractéristique importante de la présente invention réside dans le tait que la bande de polyoléfine est refroidie à une température de formation de film avant le moment où elle entre en contact avec la bande de substrat,
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contrairement aux techniques antérieure*, où la polyoléfine extrudée est toujours à l'état fondu lorsqu'elle entre en contact avec le substrat.
Cette distinction a également un effet double sur la qualité du produit enduit, Tout d'abord, elle réduit le degré de gondolement ou de gauchissement du substrat, étant donné que la polyoléfine subit moins de retrait après avoir été mise en contact avec le substrat, du fait qu'elle est refroidie par un intervalle de température plus étroit et, en secondlieu, la gamme des types de matières de substrats, aux- quelles on peut efficacement appliquer un revêtement par extrusion de polyoléfine, est accrue, étant donné que la matière de substrat est soumise à des températures inférieures à celles des procédés de la technique antérieure.
Une autre caractéristique de la présente invention réside dans le fait que, grâce à l'extrusion de la polyoléfine aux températures inférieures requises par le procédé de la présente invention, on réduit la quantité de dégra- dation et de décomposition thermique de la matière polyoléfinique lorsqu'elle est extrudée, comparativement au degré souvent impor- tant de dégradation thermique inopportune due à la température élevée de la bande de polyoléfine à sa sortie de la filière dans les procédés habituels connus de revêtement par extrusion, cette température pouvant être de l'ordre de 550 à 600 F (288 à 316*0).
On a trouvé que les températures inférieures utilisées dans le procédé d'extrusion de la présente invention permettaient d'obtenir une matière polyoléfinique appliquée par extrusion, ayant de meilleures propriétés de thermosoudabilité que les matières revê- tues par extrusion de polyoléfines de la technique antérieure.
C'est ainsi que les matières obtenues suivant le procédé de la présente invention peuvent être soudées thermiquement, pour n'im- porte quelle résine donnée, à des températures inférieures à celles des procédés de la technique antérieure, ce qui, à son tour, signi- fie qu'une machine d'emballage où l'on utilise les matières obtenues suivant la présente invention ne dit pas fonctionner à une tempé- rature aussi élevée dans la section de soudage.
De la sorte, non
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seulement on obtient de meilleurs soudages thermiques mais, dans certains cas, on peut également permettre à la machine de fonction- ner à des vitesses plus rapides, en particulier lorsqu'il s'agit de machines, où le débit du dispositif de chauffage pour le soudage thermique est un facteur de limitation. De la sorte, on peut constater qu'à de nombreux points de vue importants, le procédé de la présente invention conduit à des matières d'emballage revê- tues par extrusion de polyoléfines et ayant un certain nombre de propriétés nettement meilleures d'une grande importance pour les fabricants d'emballage.
Les matières d'emballage de la présente invention peuvent être utilisées pour de nombreuses applications, comme par exemple les housses, les sachets et les sacs, où l'on peut utiliser leurs propriétés de protection et de thermosoudabili- té.
REVENDICATIONS
1. Procédé perfectionné de fabrication de matières d'embal- lage revêtues par extrusion de polyoléfines, comprenant les étapes qui consistent à prévoir une bande mobile de substrat à revêtir par extrusion de polyoléfine, chauffer la matière polyoléfinique dans une extrudeuse et la forcer à travers une filière pour l'ap- pliquer sur la bande mobile de substrat, caractérisé en ce que, avant d'appliquer la polyoléfine au substrat, on applique, sur la surface de ce dernier, un revêtement favorisant l'adhérence, on extrude ladite polyoléfine à une température non-oxydante, supé- rieure à son point de ramollissement, sur la périphérie d'un rouleau rotatif de refroidissement, on la refroidit à une température de formation de film,
on oxyde une surface de ladite bande extru ée de polyoléfine et on réunit la bande de polyoléfine à ladite oande de substrat, la surface oxydée de la polyoléfine étant en contact avec la surface enduite du substrat, pour former ainsi un substrat
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revêtu par extrusion d'une polyoléfine.
2. Procédé perfectionné suivant la revendication 1, carac- térisé en ce qu'on fait avancer ladite bande de substrat avec ledit revêtement favorisant l'adhérence de la polyoléfine à travers un poste de séchage, en vue de sécher le revêtement, puis on la fait passer à travers l'étranglement d'un rouleau rotatif de refroidissement d'extrusion de polyoléfine et d'un rouleau - presseur.
3. Procédé perfectionné suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on extrude la polyoléfine à une température non-oxydante, de façon qu'elle ait un coefficient d'absorption infrarouge inférieur à 0,03 dans l'intervalle de longueur d'onde de 5,8 microns, hormis l'oxydation superficielle sur sa surface entrant en contact avec le substrat.
4. Matière d'emballage flexible perfectionnée revêtue par extrusion d'une polyoléfine, comprenant une couche de matière de substrat et un revêtement de polyoléfine extrudée adhérant ferme- ment à ladite surface enduite du substrat, caractérisée en ce qu'on prévoit un mince revêtement favorisant l'adhérence de la polyoléfine entre ledit substrat et le revêtement de polyoléfine et en ce que la surface dudit revêtement de polyoléfine, entrant en contact avec le revêtement favorisant l'adhérence, est oxydée et a un coefficient d'absorption infrarouge inférieur à 0,03 dans l'intervalle de longueur d'onde de 5,8 microns, hormis ladite oxydation superficielle.