CA1110931A

CA1110931A - Materiau a proprietes analogues au cuir et procede pour sa fabrication

Info

Publication number: CA1110931A
Application number: CA289,095A
Authority: CA
Inventors: Horst Dassler
Original assignee: ALSADIF
Current assignee: ALSADIF
Priority date: 1976-10-18
Filing date: 1977-10-17
Publication date: 1981-10-20
Also published as: BR7706934A; FR2384058A2; JPS5394001A; GB1597143A; FR2384058B2; IT1192203B

Abstract

: Matériau analogue à du cuir constitue par une couche de polyuréthane poreux, étanche à l'eau et perméable à la vapeur d'eau, réalisée en un polyuréthane aromatique thermo-formable ou en un polyuréthane aromatique thermo-for-mable résistant à la lumière, et une couche support qui est constituée par deux couches de matériaux fibreux. Le support est solidement lie à la couche de polyuréthane. Cette couche est formée par évaporation d'une dispersion de polyuréthane dans un mélange de solvant organique contenant un solvant du polyuréthane miscible à l'eau et de l'eau. La première couche de matériau fibreux directement reliée à la couche de polyuréthane est constituée par un mât de fibres assurant la solidité mécanique, réalisé en polymères synthétiques et en fibres susceptibles d'absorber ou de transporter l'humidité. Ces fibres sont assujetties par un liant. La deuxième couchede matériau fibreux qui est reliée fi la première couche de matériau fibreux du côte oppose fi la couche externe de polyuréthane est constituée par des fibres qui transportent mais qui n'absorbent pas l'humidité. Le matériau selon l'invention peut être utilise dans l'industrie des chaussures comme matériau de monture pour les chaussures de sport ou de loisir.

Description

g31 La présente invention est relative a Ull nou-veau materiau synthetique qui presente des qualites analogues a celles du cuir naturel et a son procede de fabrication.
Ce materiau est prévu tout ~ fait spécialement pour être utilise comme un materiau de monture pour les chaus-sures de sport ou de loisir.
On a deja propose un certain nombre de mate-riaux destines ~ remplacer le cuir mais ces materiaux n'ont pas donne jusqu'a ce jour entière satisfaction car ils ne re-produisent pas, ou a un degre insuffisant, une des qualitesnaturelles du cuir qui est de s'opposer au passage de l'eau et de permettre le passage de la quantite importante de la vapeur d'eau qui se developpe au niveau du corps.
Le materiau selon l'invention presente des caracteristiques voisines de celles du cuir naturel, notamment en ce qui concerne son impermeabilite a l'eau, sa capacite de laisser passer la vapeur d'eau, sa resistance mecanique et sa ~ ~
souplesse. De plus, il est egalement facile de donner a la ~ -couche superficielle de ce materiau une apparence et un grain qui sont tres voisins de celui du cuir naturel. Enfin, le materiau selon l'invention peut être realise sous differentes couleurs et il peut être travaille et assemble comme le cuir naturel. En particulier, ce materiau peut etre utilise dans l'industrie des chaussures comme materiau de monture car il re-pond aux exigences difficiles de ce domaine.
L'invention a pour objet un materiau presentant des qualites analogues a celles du cuir, constitue par une couche de polyurethane poreux, etanche a l'eau et permeable a vapeur d'eau, realisee en un polyurethane aliphatique thermo-formable ou en un polyurethane aromatique thermo-formable resistant a la lumiere, et une couche support qui est constituee par deux ~ouches de materiaux fibreux, ledit support etant solidement ~ 1 , 53~

lie ~ la couche de polyurethane, matériau dans lequel la couche de polyuréthane est formée par évaporation d'une dispersion de polyurethane dans un mélange de solvant organique contenant un solvant du polyuréthane miscible à l'eau, et de l'eau support dans lequel la première couche de matériau fibreux qui est directement re-liée à la couche de polyuréthane est constituée, par un mât de fibres assurant la solidité mécanique, réalisé en polymères synthétiques et en fibres susceptibles d'absorber ou de trans-porter l'humidité, lesdites fibres étant assujetties par un liant, et dans lequel la deuxième couche de matériau fibreux qui est reliée à la premiere couche de materiau fibreux du cote opposé à la couche externe de polyuréthane est constituée par des fibres qui transportent mais qui n'absorbent pas l'humidité.

Par dispersion dans le sens de la présente in-vention, on entend un état dispersé du polyuréthane obtenu à
partir d'une solution de polyurethane dont l'etat est modifie afin de provoquer une separation du polyurethane d'avec son sol-vant specifique.
Conformement a l'invention, la dispersion de polyurethane s'effectue ~ raison de 15 a 55~ et de preference d'environ 35~ en poids de polyurethane aliphatique, thermo-for-mable et très souple dans un milieu liquide constitue par un melange de solvants organiques et d'eau auquel on a ajoute, de preférence, un electrolyte pour eviter la formation d'emulsions.
Rlus precisement, ce melange de solvants com-porte au moins un compose regulateur de viscosite permettant notamment de diminuer la viscosite de la suspension, ce régula-teur etant solvant du polyuréthane et miscible à l'eau pour former un lien entre les molécules de polyurethane et les molecules d'eau et _ , ~
,.~

~ 31 provoquer ainsi une rupture de la solution de polyuréthane et par conséquent la formation de la suspension recherchée. Ce composé peut être de préférence du diméthylformamide ou du tétrahydrofurane.
Selon un mode de réalisation particulier de l'inven- -tion, la phase liquide dans laquelle se trouve dispersé le -polyuréthane est constituée par environ 80% en poids de solvants organiques, le reste étant constitué par l'eau et éventuellement l'électrolyte.
io Les 80% en poids de solvants organiques peuvent être par exemple constitués par un mélange contenant de 20 à 50% et de préférence environ 30% d'une cétone, de 20 à 50% et de préférence environ 30% d'un alcool inférieur solvant du polyuré-thane tel que l'alcool isopropylique par exemple, de 20 à 50%
et de préférence d'environ 30% d'un solvant cyclique tel que le toluol ou le benzol et environ 10% d'un composé tel que le diméthylformamide ou le tétrahydrofurane.
La cétone est de préférence la méthyl-éthyl-cétone qui jouè principalement le rôle d'un diluant. D'autres alcools inférieurs solvants du polyuréthane peuvent être utilisés ainsi d'ailleurs que d'autres solvantsO
L~électrolyte destiné à éviter la formation d'émulsions peut être par exemple constitué par du chlorure de sodium ou de potassium et être présent à une concentration d'environ 2 à 5%
en poids dans le milieu liquide dans lequel le polyuréthane se trouve dispersé.
Pour augmenter la tension superficielle, on peut utiliser un agent tel que de l'huile de silicone, un silane et notamment un tétrasilane. Ceci améliore également le toucher et permet d'obtenir un toucher (Griff) analogue à celui du cuir.

Le mélange de polyuréthane dans la phase aqueuse constitué par le solvant organique et l'eau se présente sous `931 la forme d'une suspension instable de polyuréthane, le mélangedevant être constamment agité avec beaucoup d'énergie pour être maintenu dans l'état où il doit être appliqué.
Le mélange ainsi préparé est maintenu en état de ~orte agitation, est appliqué sur le support de fibres, puis ; ~ séché à une température comprise par exemple entre 130 et 170C
de manière à provoquer ~'élimination des liquides et à réaliser une couche poreuse de polyuréthane qui présente la propriété
d'être étanche à l'eau et perméable à la vapeur d'eau.
L'application s'effectue de façon que la couche appliquée pénètre partiellement dans le support fibreux, provoquant l'union de la couche avec le support. La plus ou moins grande pénétration est assurée en réglant la viscosité
de la suspension, de préférence en ajustant la quantité du composé régulateur tel que le diméthylformamide.
L'importance de la couche de polyuréthane que l'on dépose est fonction des résultats que l'on désire obtenir. A
titre d'exemple, après évaporation des liquides, la couche poreuse de polyuréthane selon l'invention peut présenter une épaisseur d'environ 40 à 200 ,u calculée en polyuréthane sec, en fonction des résultats mécaniques recherchés.
Cette couche de polyuréthane peut être obtenue par application successive de plusieurs couches de la suspension, après séchage intermédiaire~de chaque couche déjà appliquée.
La couche de polyuréthane est appliquée sur un support qui est destiné à donner au matériau ses propriétés mécaniques, sa flexibilité et son épaisseur.
Ce support peut être avantageusement constitué selon l'invention par un mélange de fibres destinées à assurer la solidité mécanique telles que par exemple des fibres polyesters ou des fibres polyamides et de fibres destinées à assurer le gonflant de la couche support et à améliorer sa faculté d'absorber ~$1~931 et transporter l'humidité. ~On peut par exemple utiliser à
cet effet des fibres à base de viscose ou de rayonne. On peut également utiliser des fibres naturelles telles que par exemple des fibres de coton. La couche support est avantageuse-ment traitée par des agents antibactériens et/ou antifongicides pour l'amélioration de l'hygiène du pied.
On peut cependant aussi, si l'on se contente de quali-tés mécaniques moindres, utiliser un support ne contenant que des fibres bonnes transporteuses d'eau, par exemple du coton de bonne qualité.
D'une façon générale, le support peut comporter toutes fibres ou combinaisons de fibres permettant un bon accrochage de la couche appliquée sur le support, de bonnes qualités mécaniques et une excellente capacité de capter et transférer l'eau vers la couche.
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, on utilise un mélange de fibres contenant au moins 35% de fibres destinées à assurer-la résistance mécanique du support.
Le support peut être constitué par un simple mât non tissé de fibres qui sont maintenues entre elles par une faible quantité de liant qui assure la fixation des fibres les unes sur les autres pour procurer la constance de la forme du support.
On peut également utiliser comme support un tissu ou un tricot ou un mélange de mât et de tissu ou de tricot.
La couche de polyuréthane est appliquée sur le support dont la nature vient d'être indiquée ci-dessus dans la forme du mélange qui a ét~ également définie ci-dessus. Après l'évapora-tion de la phase aqueuse, la couche poreuse de polyuréthane se trouve assujettie à la face supérieure du support en faisant corps avec.

Il est alors possible de procéder à la finition de la couche externe de polyuréthane en opérant de manière conventionnelle par exemple~en y appliquant une couche de produit antisalissure et un calandrage en lui donnant l'apparence du cuir.
La couche de polyuréthane peut être colorée en toutes teintes à l'aide de préparations de pigments qui sont dispersés dans le polyuréthane, ce qui donne une coloration stable.
La couche support peut, par exemple, présenter à
l'état de repos une épaisseur comprise entre 0,5 et 1,6 mm.
De préférence elle pèse entre 100 et 500 g/m2.
Cette couche support peut contenir une quantité très faible de liant de manière à ce qu'elle puisse être traversée facilement par la vapeur d'eau. De plus, elle doit avantageu-sement comporter de nombreuses fibres de manière à présenter une grande surface qui lui permet de retenir une quantité
importante de vapeur d'eau, laquelle se trouve stockée et transportée dans l'épaisseur de la couche support avant d'être évacuée vers l'extérieur à travers la couche de polyuréthane.
L'autre couche forme à la face interne de la couche support un revêtement interne, qui peut être composé d'un matériau textile résistant à l'usure, résistant à la déchirure, laissant passer l'eau et la vapeur d'eau, par exemple un non tissé de fibres telles que des fibres d'acétate, de polyamide ou de coton ou un matériau de doublure synthétique ayant des propriétés analogues. De préférence cette autre couche pèse entre 50 et 300 g/m2.
Il est toutefois essentiel que conformément à l'inven-tion la couche de garniture intérieure ne soit pas fixée à la couche support d'une manière qui créerait une barrière imperméa-ble à la vapeur d'eau.
Diverses solutions peuvent être utilisées pour obtenir ce résultat.

On peut tout d'abord procéder au collage de la garni-ture interne sur la couche support à l'aide d'une mousse thermo-plastique très poreuse de polyuréthane qui est appliquée sur le support et qui est fondue jusqu'à ce qu'il n'en reste qu'une épaisseur d'environ 0,2mm, après quoi la garniture intérieure est appliquée. On obtient ainsi une excellente liaison de la - `
garniture intérieure sur la couche support, la quantité
restante de mousse ayant une structure poreuse qui obsorbe l'humidité et la transmet à la couche- support.
On doit cependant bien comprendre que cette mousse ne joue qu'un rôle négligeable dans le stockage de l'humidité
et est destinée essentiellement à relier les deux couches du matériau tout en permettant un passage facile de l'humidité.
De préférence, la mousse subit un traitement bacté-ricide et/ou fongicide.
On peut également assujettir la garniture interne sur la couche support par collage par point ce qui permet un passage de l'humidité entre les points de collage.
On peut ainsi assurer la fixation de la garniture interne sur la couche support en utilisant une grille de matière synthétique thermocollante par exemple de polyamide thermocollant qui assure la liaison entre les deux couches au niveau de la grille et qui ne modifie pas la composition et la perméabilité
de ces deux couches au niveau des ouvertures qui sont réalisées dans cette grille qui peut être par exemple obtenue par tissage ou tricotage de fils thermocollants.
On peut encore fixer d'une manière mécanique la garniture interne à la couche support en utilisant par exemple la technique connue de l'aiguilletage.
On peut également réaliser la couche support et la garniture interne en un seul mât de fibres dont la composition varie pour former les deux couches de natures différentes.

Il est clair toutefois que le moyen par lequel la 3~
`:

garniture intérieure se trouve fixée sur la couche support n'est pas limitatif de l'invention.
Comme cela a déjà été expliqué la première couche comporte la couche poreuse extérieure de polyuréthane qui assure le libre passage de la vapeur d'eau et qui est imperméable à
l'eau sous forme liquide, ainsi que la couche support qui confère au matériau sa résistance mécanique, sa consistance et sa sou-plesse et qui en raison de la grande surface des fibres qui y sont contenues se trouve en mesure d'absorber l'humidité et de la transporter vers la couche extérieure, la couche médiane, par exemple une mousse poreuse de polyuréthane, relie la première et la troisième couche l'une à l'autre, et en outre elle transfère rapidement l'humidité vers la première couche et de façon avan-tageuse elle l'élargit dans son propre plan, tandis que la couche intérieure de revêtement, qui peut être moins fortement absorbante de l'humidité que la couche de matériau support, sert principalement à assurer les caractéristiques mécaniques du produit telles que résistance à l'usure, la résistance à la déchirure, le bouffant et la tenue, et à accroître le confort du produit en isolant le corps d'avec la couche de matériau support. En outre le revêtement interne absorbe l'humidité
libérée par le corps et l'amène rapidement à la couche de maté-riau support qui la stocke avant qu'elle ne soit évacuée à
l'extérieur à travers la couche externe poreuse de polyuréthane.
Dans le but de mieux faire comprendre l'invention, on va en décrire maintenant à titre d'illustration et sans aucun caractère limitatif plu~ieurs modes de réalisation donnés à
titre d'exemples.

On utilise un polyuréthane aliphatique thermodéformable polymérisé en solution et se présentant sous forme d'une solu-tion commerciale de polyuréthane dans un mélange d'alcool :- , . . ', ' :

~LilO;~1 isopropylique et de toluol.~
On ajoute du méthyl-éthyl-cétone et du diméthyl-formamide de fa~con à obtenir les proportions suivantes:
Méthyl-éthyl-cétone ................................ 30 g Alcool isopropylique ............................... 30 g Toluol ............................................. 30 g Diméthylformamide .................................. 10 g A 80 g de ce mélange on ajoute 15 g d'eau, 2 g de chlorure de sodium ou d'un autre électrolyte et 3 g de silicone.
Dans ce mélange, la concentration en polyuréthane est de 35 g de polyuréthane pour 65 g du mélange de solvants organiques et d'eau.
On applique ensuite le mélange ainsi obtenu et main-tenu sous état de constante agitation sur une nappe non tissée de fibres textiles constitué par 50% de fibres de polyester, 20% -de fibres de viscose, 25% de fibres de rayonne et 5% de fibres de coton. Ces fibres sont liées entre elles par une faible quantité de liant conventionnel. Ce mât présente une épaisseur d'environ 0,6 mm.
On applique sur ce mât non tissé une couche de la suspension de polyuréthane définie ci-dessus à raison d'environ 120 g de suspension par m2, ce qui après séchage laisse une couche d'environ 40 g de polyuréthane sec.
On peut procéder alors à la finition de la couche superficielle en opérant de manière conventionnelle.
Cette couche est alors pourvue d'une couche interne de doublure, par exemple un non tissé en fibres de polyamide.
Ce non tissé est flxé sur la couche support à l'aide - d'une couche fixée sur la couche support et constituée d'une mousse de polyuréthane thermoplastique poreuse de composition usuelle, par exemple vendue sous la marque MOLTOPREN qui est traitée par bactéricide ou fongicide.
_ g _ .. . . . :

La mousse est ensuite -fondue à la flamme en ne laissant subsister qu'une épaisseur d'environ 0,2 mm, après quoi le tricot est immediatement applique et adhere a la couche support.
On obtient de cette manière, grâce au non tisse une isolation supplementaire entre le corps et la couche sup-port destinee a stocker l'humidite avant son evacuation à
l'exterieur a travers la couche de polyurethane.
La materiau ainsi obtenu presente une très bon-ne rssistance mecanique et son comportement correspond auxqualites precitees de permeabilite pour la vapeur d'eau qui est liberee par le corps.
Le materiau peut être utilise directement dans la forme obtenue, par exemple pour la fabrication de chaussures de sport en cuir synthétique. Les chaussures ainsi realisées sont tres confortables et facilement lavables sans perdre leurs propriétés.
EXEMPLE II
On mélange une solution de polyurethane alipha-tique vendu sous la marque de commerce IM:PRANIL ELN a 30~ dans29 parties de xylol, 29 parties d'alcool isopropylique et 12 par-ties d'ethylglycol avec une solution de polyurethane aliphati-que vendu sous la marque de commerce IMPRANIL ELH par la même firme allemande BAYER à 30% dans 29 parties de xylol, 20 parties d'alcool isopropylique et 21 parties d'ethylglycol a raison de 60 parties de la première solution et 35 parties de la seconde solution en ajoutant 5 parties de pigments colorants.

On complète en eau, electrolyte, diméthylformami-de et huile de silicone dans des proportions analogues à celles de l'exemple I.

Le melange, constamment agite, est applique sur B

.. . . . . . .

un~t non tissé de fibres textiles ayant par exemple 50 parties de coton et 50 parties de polyester, la suite du procédé s'effectuant comme dans 1'exemple I.
EXEMPLE III
On mélange 94,5 parties d'une solution à 50~
d'un polyuréthane ~ deux composants vendu sous la marque de com- -merce IMPRANIL CLS 02 dans 22,5 parties de toluol, 17,5 d'alcool isopropylique et 10 parties d'éthylèneglycol à 5 parties de solution IMPRAFIX SV et une faible quantité de catalyseur IMPRAFIX
vendu par la même Societe BAYER. On complète comme dans l'exemple precedent.
Comme couche support on utilise un tricot de coton. La troisième couche est constituee d'un tricot avec un grand pourcentage de fibres de coton.
EXEMPLE IV
On utilise un polyurethane vendu sous la marque de commerce UIC 576 par la firme CUSTOM CHEMICALS dans une solu-__ tion à 25% de toluol, d'alcool isopropylique et de methylglycol dans des conditions analogues à celles de l'exemple 1.
Il va de soi que les differentes proportions pre-- citees de solvants, d'eau, de polyurethane et des autres compo-ses peuvent être variees dans de larges mesures, les exemples ci-dessus n'etant aucunement limitatifs mais fournissant simple-ment des melanges particulierement faciles a utiliser.
Notamment les polyuréthanes aliphatiques utili-sés peuvent être remplacés par des polyuréthanes aromatiques, stables a la lumiere, thermodéformables comme par exemple le produit à un composant polyester polyuréthane à base de diisocyanate aromatique, par exemple vendu sous marque de commerce ENB 01 par la firme allemande BAYER.

~,'''

Claims

Les réalisations de l'invention, au sujet des-quelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué, sont définies comme il suit:

1. Matériau analogue à du cuir constitue par une couche de polyuréthane poreux, étanche à l'eau et perméable à la vapeur d'eau, réalisée en un polyuréthane aliphatique thermo-formable ou en un polyuréthane aromatique thermo-forma-ble résistant à la lumière, et une couche support qui est constituée par deux couches de matériaux fibreux, ledit support étant solidement lié à la couche de polyuréthane, matériau dans lequel la couche de polyuréthane est formée par évaporation d'une dispersion de polyuréthane dans un mélange de solvant or-ganique contenant un solvant du polyuréthane miscible à l'eau et de l'eau, support dans lequel la première couche de matériau fibreux qui est directement reliée à la couche de polyuréthane est constituée, par un mât de fibres assurant la solidité mé-canique, réalise en polymères synthétiques et en fibres suscep-tibles d'absorber ou de transporter l'humidité, lesdites fibres étant assujetties par un liant, et dans lequel la deuxième cou-che de matériau fibreux qui est reliée à la première couche de matériau fibreux du côté oppose à la couche externe de polyuré-thane est constituée par des fibres qui transportent mais qui n'absorbent pas l'humidité.

2. Matériau selon la revendication 1, dans lequel la première couche de matériau fibreux qui est reliée à la cou-che de polyuréthane est constituée de fibres de polyester et/ou de polyamide et de fibres de viscose et/ou de coton et la deuxiè-me couche de matériau fibreux est constituée de fibres de polyamide.

3. Matériau selon la revendication 1, dans lequel la couche de polyuréthane a une épaisseur comprise entre 40 et 220 microns et la première couche de matériau fibreux a une épaisseur d'environ 0,5 à 1,6 mm.

4. Matériau selon la revendication 1, dans lequel la première et la deuxième couche de matériaux fibreux sont reliées l'une à l'autre par une couche de liaison per-méable à l'humidité.

5. Matériau selon la revendication 4, dans lequel la couche de liaison est constituée par une mousse poreuse.

6. Matériau selon la revendication 4, dans lequel la première et la deuxième couche de matériaux sont re-liées par collage par point, par collage à l'aide d'un réseau de colle fusible synthétique ou par aiguilletage.

7. Matériau selon la revendication 1, dans lequel la couche de polyuréthane contient une huile de silicone ou dans lequel on a fait intervenir un silane lors de la cons-titution de la couche de polyuréthane.

8. Matériau selon la revendication 7, dans le-quel le silane employé est un tétrasilane.