<Desc/Clms Page number 1>
EMI1.1
"YAnt. pour objet : " Pï'ooddé de revêtement par extrusion b. oiiuu<1 Il
<Desc/Clms Page number 2>
EMI2.1
.¯......"",k4" 1,,< ,.....\.:w<,.¯!ntli.tî{.¯ 'fj(j..U'.""'--">iN
La présente invention se rapporte à la techni- que du revêtement et concerne plus en particulier un procédé de revêtement de supports avec des copolymères d'éthylène et d'acide acrylique.
On a depuis longtemps constaté l'intérêt du revêtement de supports avec d polymères et copolymères d'oléfines et ce revêtement a été mis en pratique sur une large échelle. Il est souvent réalisé par applica- tion du procédé dit d'extrusion à chaud. Ce procédé con- siste à faire fondre le polymère d'oléfine, à extruder le polymère fondu à travers une filière à fente de façon à obtenir un film de polymère à l'état pâteux et à dé- poser ce film à l'état pâteux sur le support que l'on désire revêtir. Ce procédé présenta de nombreux inconvé- nients parmi lesquels une faible adhérence entre le po- lymbre et le support.
Or, dans la plupart des applica- tions, on considère comme essentiel d'obtenir une bonne adhésion du polymère sur le support. On a constaté que l'on peut obtenir une meilleure adhésion en mettant en oeuvra le procédé à des températures très élevées, par exemple de 300 à 320 C. On n'en a cependant pas retiré la force d'adhérence souhaitée et cela a en plus pré- senté pour le procédé d'autres problèmes. C'est ainsi que lorsque l'on revêt des supports avec des copolymères d'acide acrylique, les températures élevées provoquent
EMI2.2
une réduct..xjn de la résistance à l'abrasion, une porte
<Desc/Clms Page number 3>
de poids peu souhaitable et une odeur due à la dégrada-
EMI3.1
titan du copolyméré.
Lorsque l'on utilise des températu: res plus faibles, par exemple de 200 à 250 C, de façon à "r''.W s..,., i/.;x<1,<, ds ffii1.tlèl"e tut la présence d'odeur, la couche de polymère sur le support s'écaille'facilement..
La présente invention élimine complètement ou en grande partie ces inconvénients en ayant pour objet un procédé qui comporte l'extrusion à chaud de copoly- mères d'éthylène et d'acide acrylique à structure aléa- toire à une température de 105 à 250 0, cette extrusion donnant un film mince à l'état pâteux que l'on dépose sur un support tel qu'une feuille ou une pellicule, ce support étant chauffé à une température de 80 à 250 0 avant ou après, ou encore avant et après, avoir appliqué le copolymère d'éthylène sur ce support.
EMI3.2
Par "acide acry3.i;ue" on entend un acide mono- carboxylique mono6thyléoiqument non satur en a, de 3 à ? atomes .3e carbone* On peut cite:- Comtae exemples lucide acrylique, l'acide méthacrylique, l'acide 6tha crylique, 1?acJde crotonique, l'acide isocrotonique, 1 aci '; n'f et l'acide angiflllque, pariai ecux'-Cj on utilise de p:ré1',h4cnce l'acide acrylique (Glï 2urll-0001l') lui-même.
Les copolymères utilisés dans le procédé con- forme à 1'invention sont des copolymères à structure
EMI3.3
al-5atoire et on peut Ica préparer par les procédés con- nus, par exemple en soumettant un mélange d'éthylène et d'un ac>d<. s ,R.cte des pressions élevées do l'ordre de G.r3i à pl'15 de 100OOO kPa et à des températures .51e8 de l'ordre de 100 à 400 (;. en présence d'un ca-
<Desc/Clms Page number 4>
talyeeur à radical libre convenable tel que le peroxyde de lauroyle, le peroxyde de di-tert-butyle et l'd, d-iso- bis diisobutyronitrile. Ces copolymères ont des poies moléculaires compris entre environ 600 et 100.000 et il y a de 3 à 20%, de préférence 8%, d'acide acrylique dans le copolymère.
Les supports que l'on peut revêtir par le pro- cédé conforme à l'invention peuvent être des matières non métalliques telles que le bois, le papier, le carton, le papier ondulé, le cuir, le tissu, la cellulose régé- nérée de viscose connue sous le nom commercial de Cello- phane, le verre, une matière plastique cellulaire ou non, ou des matière métalliques telles que l'aluminium et l'a- cier. En utilisant ce procédé, on obtient des revête- ments de polymères d'adhérence sur le support nettement améliorée sans dégradation des propriétés physiques du revêtement).
La description qui va suivre,, en regard des dessins annexés à titre d'exemples non limitutifs, fera bien comprendre comment l'invention peut être mise en pratique.
La figure 1 illustre schématiquement la pré- paration de supports revêtus suivant un procédé conforme à l'invention.
La figure 2 représente une vue en coupe par- tielle d'une pellicule ou feuille dont le support est recouvert sur une face d'un copolymère d'éthylòne et d'acide acrylique conformément à l'invention.
<Desc/Clms Page number 5>
Selon le procédé illustra par la figure 1, le support à revêtir 1, qui est une feuille métallique, du tissu ou une feuille de papier, est fourni par une source convenable telle qu'un rouleau 2 et il est amenó à des cylindres de chauffage 3 et 4. Apres avoir été chauffé sur ces cylindres jusqu'à une température com- prise entre environ 80 et 250 C, le support est ensuite
EMI5.1
revêtu d'un copolymère d'éthylène et d'acide acrylique à l'état fondu et contenu dans une extrudeuse 5.
Celle- ci, de construction classique, fournit de façon continue le copolymère d'éthylène et d'acide acrylique à l'état fondu sur la surface du support sous forme d'une feuille relativement mince 8 par l'intermédiaire d'un orifice 7 managé dans sa filière 6. Le support chauffé 1 passe directement en dessous et au contact immédiat de l'ori- fice 7 de la filière. Il est en général avantageux de maintenir le polymère dans l'extrudeuse à une tempéra- ture suffisamment élevée pour qu'il demeure à l'état pâ-
EMI5.2
teux ap;=1;s> 5&rp passe de 2 a filière sur la surface du support â .'-¯'.,¯..v'ß. lil. est tri y::''zytl. souhaitable que le pc.ljr<:#1.=i; 1. 1, .à i,i xé,vCtI vi:3w.'r dans le réservoir dé" 1 tex....
Yljim.Ft,u:LvJ3w à !,.1.!V,! itij-sféi4riHuL4 w1±..'r 105 à 2500C et qu'il soit ;.\,,,:.$,1. 'b:;'t)!Y'1'nt 1 la !J1êm lempérature lorsqu'il quitte les -tâvres dp le filière. Une telle température permet ait- si au pfil.yù;ér<g d'être à ltét!lt fondu lorsqu'il vient au contact du support chauffé. mais elle n'a pas d'effet nuisible notable sur les propriétés physiques du revête- ment de copolymère.
<Desc/Clms Page number 6>
Dès qu'il est appliqué sur la surface du sup- @ port, le copolymère subit une aplatissement, et sa cohé- *ion avec le support est ainsi obtenue, en faisant pas- ser le support revêtu 11 entre deux cylindres de pres- sion animés de mouvements de rotation de sens opposée, dont l'un 9 est en acier et l'autre 10 présente une surface de polytétrafluoroéthylène et qui sont entra!- nés par des moyens convenables de façon à tourner dans les sens indiqués par les flèches.
On a constaté que l'utilisation dun cylindre 10 de revêtement de polytétrafluoroéthylène est forte-' ment avantageuse en ce qu'il permet d'obtenir de meil- leurs revêtements et à des vitesses plus élevées tout en permettant d'appliquer des revêtements plus minces à des températures d'extrusion plus faibles, c'est-à-dire pra- tiquement inférieures à 250 0.
Après cette opération de pression, on refroidit et solidifie le support revêtu Il à l'aide de cylindres de refroidissement en acier 12 et 13 qui sont maintenus à une température inférieure au point d'adhérence du poly- mère, cette température étant en général comprise entre environ O et 70 C.
Dans une variante, le cylindre de refroidis- sement 13 peut être remplacé par un cylindre de chauffa- ge en acier. On a constaté qu'un traitement ultérieur à chaud du support revêtu à une température d'environ 80 à 250 0 entraîne une adhérence encore plus importante du revêtement du polymère sur le support et diminue de plus la détérioration de ce revêtement; ce chauffage
<Desc/Clms Page number 7>
supplémentaire est avantageux, que le support ait été ou non initialement chauffé avant l'application de la cou- che de copolymère d'éthylène sur le support.
Après le refroidissement et la solidification on peut prendre le produit revêtu, qui se trouve alors à la température ambiante, pour toute utilisation vou- lue et au moyen d'éléments convenables tels qu'une mise sous tension à l'aide d'un cylindre de guidage 14 à par- tir duquel le produit revêtu est enroulé sur un cylindre 15 de stockage. On peut naturellement si on veut le sou- mettre directement, sans stockage intermédiaire, à n'im- porte quelle opération ultérieure de mise en oeuvre.
Dans les présents exemples, l'orifice 7 de la filière 6 a de 0,050 à 0,075 cm de large et sa distance au point de contact des cylindres est de 2,5 à 15,2 cm; les vitesses d'extrusion et de revêtement sont suffisan- tes pour donner un revêtement d'une épaisseur de 0,025 mm, mais il faut toutefois noter que l'épaisseur du re- vêtement sur le support peut varier de 0,006 à 0,25 mm ou plus suivant les qualités de protection que l'on de- mande at produitfini et en fonction de son prix.
L'élément revêtu 11 illustré par la figure 2 comporte un revêtement 8 de copolymère d'éthylène et d'acide acrylique adhérant fortement sur un support con- venable 1.
Selon le procédé d'extrisonn à chaud conforme à l'invention, on peut également introduire dans le mé- lange de faibles quantités de matières telles que des colorants, des pigments, des stabilisants, des lubrifiants,
<Desc/Clms Page number 8>
des résines autres que le copolymère d'éthylène et d'a- cide acrylique ou des fillers.
Dans un premier exemple de mise en oeuvre de l'invention, on préchauffe à 175 C une feuille d'alumi- nium de 40,6 cm de largeur et de 0,2 mm d'épaisseur en la faisant passer entre deux cylindres de chauffage. On la fait passer à une vitesse linéaire de 15 m par minute sous une filière d'extrudeuse en forme de couteau dont les livres appliquent sur cette feuille un copolymère d'éthylène et d'acide acrylique à l'état fondu et à une tempérance de 218 C.
L copolymère utilisé contient 9,1% d'acide acrylique et son indice de fusion est de 3,58 dg/mn.
On envoie alors la feuille revêtue de copoly- mère entre on rouleau d'appui en acier et 20 cm de dia- mètre et un souleau de pression revêtu de tétrafluoro- éthylène de 5.61 cm de diamètre, le copolymère à l'état fondu se trouvant ainsi soumis à une pression qui le met en contact it. ime avec la feuille. On refroidit alors celle-ci en la failant passer sur deux cylindres de re- froidissement en acor de 20 cm de diamètre et fonction- nant à environ 65 C. près refroidissement on enroule alors sur un cylindre la feuille revêtue qui présente une couche de copolymère bien fixée de 0,05 mm.
Cette feuille pésente une force d'adhéren- ce de 71,4 kg/ m lorsqu'on la mesure par l'essai Perkins - Southwich selon len méthodes TAPPI.
Si, à titre de comparaison, on revêt la feuille d'aluminium de la même façon que ci-dessus, mais en
<Desc/Clms Page number 9>
supprimant le préchauffage de la feuille, la force d'ad- hérence du revêtement est de 50,89 kg/m. Si l'on aug- mente la température d'extrusion jusqu'à 300 à 301 0 pour améliorer l'adhérence du copolymère, il en ré- suite une diminution de la résistance à l'abrasion et une dégradation du copolymère accompagnée d'une odeur peu agréable.
Dans un second exemple on préchauffe à 120 C une feuille de papier kraft blanchi à 40 livres la rame et de 40,6 cm de largeur en la faisant passer entre deux cylindres de chauffage. On la fait passer à une vitesse linéaire de 15 m/mn sous une filière d'extrudeuse en forme de couteau dont les lèvres appliquent sur cette feuille un copolymère d'éthylène et d'acide acrylique à l'état fondu et à une température de 260 C.
Le copolymère utilisé pour l'opération de re- vêtement contient 11,9% d'acide acrylique et son indice de fusion est de 4,2 dg/mn,
On fait passer le papier revêtu de copolymre entre un sylindre d'appui en acier de 20 cm de diamètre et un cylindre ce pression revêtu de polytétrafluoroéthy- lène et de 5,71 cm de diamètre, le copolymère à l'état fondu se trouvant ainsi soumis à une pression qui l'applique de façon intime sur le papier. On refroidit alors la feuille revêtue en la faisant passer sur deux cylindres de refroidissement en acier de 20 cm de dia- mètre et portés à une température inférieure au point d'adhérence du copolymère, c'est-à-dire environ 65 C.
Une fois qu'elle est refroidie, on enroule sur un cy-
<Desc/Clms Page number 10>
lindre de stockage la feuille de papier rev êtue obtenue qui présente une couche de copolymère d'éthy- lène et d'acide acrylique de 0,019 mm fortement solidai- re du papier.
La feuille de papier revêtue du ce polymère d'éthylène et d'acide acrylique présente une résistance à l'éclatement de 209 kPa lorsqu'on la mesure avec l'ap- pareil d'essai de liaison Perkins-Southwich et suivant les méthodes TAPPI.
Si, à titre de comparaison, on revêt le même support de papier de la même façon que décrite ci-dessus, mais en supprimant le préchauffage du support de papier, la résistance à l'éclatement du revêtement est de 184 kPa. ,
Dans un troisième exemple pour lequel on suit le mode opératoire du premier exemple, on préchauffe à 148 C une feuille d'aluminium de 0,2 mm d'épaisseur. A- près avoir été revêtues avec un copolymère d'éthylène et d'acide acrylique contenant 11,9% d'acide acrylique
EMI10.1
et dont l'indice de fusion est de J..2 d:;/mn, dus \.;n::h,ie6 d'aluminium r-Nvdtu sont soumises à un chuffpga supple'" meptaire dans un four à 250uO et. pédant. den iemig;, d!"- vers indiqués dans le tableau I.
On place alors pendant 1 heure les bandes dans du xylène bouillant de façon à déterminer l'effet de ce chauffage supplémentaire sur la quantité des produits de dégradation à l'état de polymères solubles obtenus au cours de l'opération de revêtement. On constate d'a- près les données du tableau I ci-dessous que chauffer la
<Desc/Clms Page number 11>
feuille d'aluminium revêtue une fois que le revêtement a été appliqué réduit de façon notable la quantité for- mée de produits polymères de dégradation, cette réduc- %ion étant à une température donnée proportionnelle & la durée du chauffage.
TABLEAU I Durée du chauffage sup- Perte de poids en plémentaire à 205 C polymère (mg) (en minutes)
EMI11.1
<tb> 0 <SEP> 161,7
<tb>
<tb> 1 <SEP> 81,5
<tb>
<tb>
<tb> 2 <SEP> 367,4
<tb>
<tb>
<tb> 10 <SEP> 3,7
<tb>
Dans un quatrième exemple pour lequel on suit également le mode opératoire du premier, on applique sur une feuille d'aluminium de 0,18 mm d'épaisseur,. sous une vitesse de 22,5 m/mn, un revêtement de 0,018 mm d'un copolymère d'éthylène et d'acide acrylique conte- nant 4 % d'acide acrylique et dont l'indice de fusion est de dg/mn. On ne préchauffe cependant pas la feuille d'aluminium et la température du copolymère à l'état piteux au moment de non extruson à travers les lèvres de la filière est de 273 C.
On soumet alors de! bandes de la feuille d'aluminium revêtue à un chauffa- ge supplémentaire dans un four à 250 C et pendant divers intervalles de temps indiques dans le tableau II ci- deasou.
On place pendant 1 heure les bandes d'aluminium
<Desc/Clms Page number 12>
revêtues dans du pylône bouillant de façon à déterminer la quantité des produits de dégradation à l'état de polymères solubles obtenus au cours de l'opération de revêtement. On constate d'après les données du tableau II ci-dessous que chauffer la feuille d'aluminium revê- tue une fois que le revêtement a été appliqué réduit d'une façon notable la perte par solubilité, cette ré- duction étant à une température donnée proportionnelle à la durée du chauffage.
TABLEAU II Durée du chauffage sup- Perte en polymères après ébul- plémentaire à 250 C (en mn) lition dans le xylène (en %)
EMI12.1
<tb> 1 <SEP> 92,7
<tb>
<tb> 2 <SEP> 65,7
<tb>
<tb> 10 <SEP> 56,2
<tb>
A titre de comparaison, une feuille d'alumi- nium revêtue de la même façon que le même copolymère d'éthylène et d'acide acrylique, mais sans préchauffage ni chauffage supplémentaire, présente une perte en poly- mère de 99,9% lorsqu'on le fait bouillir dans du xylène pendant 1 heure.
Dane un cinquième exemple pour lequel on suit également le mode opératoire du premier, on préchauffe à 160 c une feuille d'aluminum de 0,2 mm d'épaisseur.
On revêt cette feuille avec un copolymère d'éthylène et d'acide acrylique contenant 11,9% d'acide acrylique et dont l'indice de fusion est de 4,2 dg/mn. La températu- re du copolymère à l'état fondu extrudé par la filière est de 218 C.
<Desc/Clms Page number 13>
On revêt la feuille d'aluminium avec un revê- tement de 0,06 mm de copolymère que l'on soumet à un chauffage supplémentaire à 250 C. On soumet à des essais la feuille revêtue pour déterminer ses résistances à l'abrasion et au déchirement.
On détermine la résistance à l'abrasion en utilisant un appareil d'essai d'abrasion Taber classique avec des poids de 1000 g. Toutes les 25 révolutions de l'appareil on contrôle l'état de piqûre au sulfate cui- vrique. Si l'on soumet à un double essai deux fouilles revêtues, on doit dans chaque cas attendre 1200 révolu. tions sur l'appareil avant qu'un état de piqûre ne se présente sur le revêtement de copolymère.
On détermine la résistance aux rayures en uti- lisant un appareil d'essai de dureté de Hoffman. On sou- met à un essai une bande d'aluminium revêtue d'un copoly- mère d'éthylène et d'acide acrylique et l'on constate qu'il faut 5 g pour traverser le revêtement.
A titre de comparaison, une feuille d'alumi- nium r"vêtue de la même façonnée le même copolymère, mais sans préchauffage ni chauffage supplémentaire, ne demande qu'une pression de 4 g pour que le revêtement soit traverse.
On peut, d'une façon analogue à celle du cin- quième exemple, revêtir n'importe quel support métallique, tel que du fer, de l'acier ou de l'étain,ou n'importe quel support non métallique mentionné plus haut avec des copolymères d'éthylène et d'acide acrylique de façon à obtenir des supports revêtus dont le revêtement présente une forte adhérence.