CA2268789A1 - Agent coagulant aqueux pour solutions cristal-liquide a base de matieres cellulosiques - Google Patents

Abstract

Agent coagulant pour solution cristal-liquide à base de matières cellulosiques, caractérisé par les points suivants: il comporte de l'eau et au moins un additif; lorsqu'il est mis au contact de ladite solution, la cinétique de diffusion (front de diffusion D) de l'agent coagulant dans la solution et celle de précipitation (front de précipitation P) des matières cellulosiques sous l'action dudit agent, mesurées sous microscope au test dit "test de coagulation" pour un taux d'additif de 20 % en poids, sont régies par la relation suivante: 0,55 < Kp/Kd 1, Kd et Kp étant respectivement les facteurs de diffusion et de précipitation (pentes des droites de "Fick" respectives), exprimés en .mu.m/s1/2. Procédé de filage d'une solution cristalliquide à base de matières cellulosiques, notamment procédé de "dry-jet-wet-spinning", mis en oeuvre avec un agent coagulant conforme à l'invention; articles filés, fibres ou films, obtenus selon ces procédés.

Description

AGENT COAGULANT AQUEUX
POUR SOLUTIONS CRISTAL-LIQUIDE A BASE DE MATIERES CELLULOSIQUES
La présente invention se rapporte aux matières cellulosiques, i.e. à la cellulose ou aux dérivés de la cellulose, aux solutions cristal-liquide à base de telles matières cellulosiques, en particulier aux solutions filables capables de donner après coagulation des articles filés tels que des fibres ou des films, à ces articles filés eux-mêmes, ainsi qu'aux procédés pour obtenir de tels articles filés.

L'invention concerne plus particulièrement un agent coagulant aqueux apte à
coaguler les solutions cristal-liquide à base de matières cellulosiques, l'utilisation d'un tel agent coagulant pour la coagulation de telles solutions, notamment dans un procédé de filage, ainsi qu'une fibre cellulosique nouvelle présentant une combinaison inattendue de caractéristiques mécaniques.

Il est connu depuis longtemps que la réalisation de solutions cristal-liquide est essentielle pour l'obtention par filage de fibres à hautes ou très hautes propriétés mécaniques, comme l'ont montré notamment les brevets US-A-3 767 756 portant sur les fibres aramides, et US-A-4 746 694 portant sur les fibres de polyesters aromatiques. Le filage de solutions cristal-liquide de cellulose permet également d'obtenir des fibres à hautes propriétés mécaniques, notamment par les procédés dits de "dry-jet-wet spinning", comme décrit par exemple dans les demandes de brevet internationales PCT/CH85/00065 et PCT/CH95/00206 pour des solutions cristal-liquide à base de cellulose et d'au moins un acide phosphorique.

La demande de brevet PCT/CH85/00065, publiée sous le No W085/05 1 1 5, ou les brevets équivalents EP-B-179 822 et US-A-4 839 113, décrivent l'obtention de solutions de filage à
base de formiate de cellulose, par réaction de la cellulose avec de l'acide formique et de l'acide phosphorique, ces solutions présentant un état de cristal-liquide. Ces documents décrivent également le filage de ces solutions, selon la technique dite de "dry-jet-wet spinning", pour l'obtention de fibres en formiate de cellulose, ainsi que des fibres en cellulose régénérées à
partir de ces fibres en formiate.

La demande de brevet PCT/CH95/00206, publiée sous le No W096/09356, décrit un moyen pour dissoudre directement, sans acide formique, de la cellulose dans un agent solvant afin d'obtenir une solution cristal-liquide, cet agent solvant contenant plus de 85 % en poids d'au moins un acide phosphorique. Les fibres obtenues après filage de cette solution sont des fibres en cellulose non régénérée.

Comparées à des fibres cellulosiques conventionnelles telles que les fibres rayonne ou viscose, ou à d'autres fibres conventionnelles non cellulosiques telles que les fibres de nylon ou de polyester par exemple, toutes filées à partir de liquides optiquement isotropes, les fibres de cellulose décrites dans ces deux demandes W085/05115 et W096/09356 se caractérisent par une structure beaucoup plus ordonnée ou orientée, en raison du caractère cristal-liquide des solutions de filage dont elles sont issues. Elles présentent de très hautes propriétés mécaniques

2 PCTIEP97/05676 en extension, notamment des ténacités de l'ordre de 80 à 120 cN/tex, voire plus, et des modules initiaux pouvant dépasser 2500 à 3000 cN/tex.

Cependant, les procédés décrits dans les deux demandes ci-dessus pour l'obtention de ces fibres à très hautes propriétés mécaniques présentent un même inconvénient:
l'étape de coagulation est conduite dans de l'acétone.

Or, l'acétone est un produit relativement coûteux, volatil, présentant en outre des risques d'explosion qui nécessitent des mesures de sécurité particulières. De tels inconvénients ne sont d'ailleurs pas propres à l'acétone, mais communs en fait à de nombreux solvants organiques utilisés dans l'industrie du filage, en particulier comme agents coagulants.

Il était donc tout à fait souhaitable de trouver une alternative à l'emploi d'acétone en la remplaçant par un agent coagulant plus avantageux du point de vue industriel et plus facile d'emploi, même au prix d'une diminution de certaines caractéristiques mécaniques des fibres obtenues, d'autant plus que les très hautes propriétés mécaniques décrites ci-dessus peuvent être surabondantes pour certaines applications techniques.

Certes, il s'est avéré techniquement possible de remplacer l'acétone par de l'eau pour coaguler les solutions cristal-liquide décrites dans les deux demandes W085/05115 et précitées. Mais l'expérience a montré que l'emploi d'eau en lieu et place de l'acétone conduisait à des difficultés de filage et à des fibres cellulosiques ayant des ténacités très faibles comparées à celles décrites ci-dessus, ces ténacités ne dépassant guère 30-35 cN/tex, n'atteignant au plus que 35-40 cN/tex lorsque la fibre en cours de formation est soumise par exemple à des contraintes de tension particulièrement élevées, nuisibles par ailleurs à la qualité du produit obtenu. De telles valeurs de 30 à 40 cN/tex sont dans tous les cas inférieures aux ténacités connues d'une fibre conventionnelle du type rayonne (40-50 cN/tex), pourtant obtenue à partir d'une solutioii de filage non cristal-liquide, i.e.
optiquement isotrope.

Ainsi, pour le filage des solutions cristal-liquide à base de matières cellulosiques, l'eau s'est révélée un agent coagulant incapable de produire des fibres présentant des propriétés mécaniques satisfaisantes, eil particulier une ténacité au moins égale à celle d'une fibre rayonne conventionnelle, pour des applications techniques, par exemple pour le renforcement d'articles en caoutchouc ou de pneumatiques.

Un premier but de la présente invention est de proposer un nouvel agent coagulant, à base d'eau, plus avantageux du point de vue industriel que l'acétone et plus efficace que l'eau seule, capable de produire des fibres dont les propriétés de téiiacité et de module sont nettement aniéliorées par rapport à celles de fibres coagulées simplement avec de l'eau.

L'a;ent coagulaizt de l'invention, apte à coaguler une solution cristal-liquide à base de matières cellulosiques, est caractérisé par les points suivants:

- il comporte de l'eau et au moins un additif;
- lorsqu'il est mis au contact de ladite solution, la cinétique de diffusion de l'agent coagulant dans la solution et celle de précipitation des matières cellulosiques sous

3 l'action dudit agent, mesurées sous microscope au test dit "test de coaQulation" pour un taux d'additif de 20 % en poids, sont régies par la relation suivante:

0,55<Kp/Kd<1, Kd et Kp étant respectivement les facteurs de diffusion et de précipitation (pentes des droites de "Fick" respectives), exprimés en m / sZ

L'invention concerne également un procédé de filage d'une solution cristal-liquide à base de matières cellulosiques, pour l'obtention d'un article filé, mis en oeuvre avec un agent coagulant conforme à l'invention, ainsi que tout article filé obtenu selon un tel procédé.

Un autre but de l'invention est de proposer une fibre cellulosique nouvelle pouvant être obtenue par le procédé conforme à l'invention ; cette fibre nouvelle, comparée à une fibre rayonne conventionnelle, a une ténacité au moins égale sinon supérieure, une résistance à la fatioue comparable, le tout combiné à un module initial en extension nettement plus élevé.

La fibre cellulosique de l'invention a les caractéristiques suivantes - sa ténacité T est supérieure à 40 cN/tex ;
- son module initial en extension Mi est supérieur à 1200 cN/tex ;
- sa déchéance en force-rupture AF après 350 cycles de fatigue au test dit "test de barreau", sous un taux de compression de 3,5 % et une contrainte de tension de 0,25 cN/tex, est inférieure à 30 %.

L'invention concerne en outre les produits suivants:

- les assemblages de renforcement comportant au moins un article filé conforme à
l'invention, par exemple des câbles, des retors, des fibres multifilamentaires tordues sur elles-mêmes, de tels assemblaaes de renforcement pouvant être par exemple hybrides, composites, i.e. comportant des élénients de natures différentes, éventuellement non conformes à l'invention :

- les articles renforcés par au moins un article filé et/ou un assemblage conformes à
l'invention, ces articles étant par exemple des articles en caoutchouc(s) ou en matière(s) plastique(s), par exemple des nappes, des courroies, des tuyaux, des enveloppes de pneuniatiques, en particulier des armatures de carcasse de pneumatique.

L'invention ainsi que ses avantaues seront aisément compris à la lumière de la description et des exemples non limitatifs qui suivent, ainsi que des figures 1 et 2 annexées à la description.
La ficlure 1 scliématise des diagrammes de "Fick", tandis que la figure 2 reproduit de tels diagranimes enregistrés à la fois pour un agent coagulant conforme à
l'invention (Kp et Kd) et pour de l'eau seule (Kpe et Kde).

4 I. MESURES ET TESTS UTILISES
I-1. Deoré de substitution Le degré de substitution (noté DS) des fibres régénérées à partir d'un dérivé
cellulosique, par exemple à partir du formiate de cellulose, est mesuré de manière connue, comme indiqué ci-après : environ 400 mg de fibre sont coupés en morceaux de 2 à 3 cm de long, puis pesés avec précision et introduits dans un Erlenmeyer de 100 ml contenant 50 ml d'eau. On ajoute 1 ml de soude normale (NaOH IN). L'ensemble est mélangé à température ambiante, pendant 15 minutes. On régénère ainsi complètement la cellulose en transformant en groupes hydroxyle les derniers groupes substituants qui avaient résisté au traitement de régénération sur fibres continues. La soude en excès est titrée avec une solution d'acide chlorhydrique décinormale (HCl 0,1 N), et on en déduit ainsi le degré de substitution.

I=2. Propriétés optiques des solutions L'isotropie ou l'anisotropie optique des solutions est déterminée en plaçant une goutte de solution à étudier entre polariseur et analyseur linéaires croisés d'un microscope optique de polarisation, puis en observant cette solution au repos, c'est-à-dire en l'absence de contrainte dynamique, à la température anibiante.

De manière connue, une solution optiquement anisotrope, dite aussi cristal-liquide, est une solution qui dépolarise la lumière, c'est-à-dire qui présente, ainsi placée entre polariseur et analyseur linéaires croisés, une transmission de la lumière (texture colorée).
Une solution optiquement isotrope, c'est-à-dire qui n'est pas cristal-liquide, est une solution qui, dans les mêmes conditions d'observation, ne présente pas la propriété de dépolarisation ci-dessus, le chanip du microscope restant noir.

I-3. Propriétés mécaniques des fibres Par "fibres", on entend ici des fibres multifilamentaires (encore appelées "filés"), constituées de manière connue d'un grand nombre de filaments élémentaires de faible diamètre (faible titre). Toutes les propriétés mécaniques ci-après sont mesurées sur des fibres ayant été
soumises à uii conditionnement préalable. Par "conditionnement préalable", on entend le stockage des fibres pendant au moins 24 heures, avant mesure, dans une atmosphère standard selon la norme européenne DIN EN20139 (température de 20 2 C ; hygrométrie de 65 2 %). Pour des fibres en matières cellulosiques, un tel conditionnement préalable permet de stabiliser leur taux d'huniidité à un niveau d'équilibre inférieur à 15 % en poids de fibre sèche.
Le titre des fibres est déterminé sur au moins trois échantillons, chacun correspondant à une longueur de 50 m, par pesée de cette longueur de fibre. Le titre est donné en tex (poids en granimes de 1000 m de fibre).

5 PCT/EP97/05676 Les propriétés mécaniques en extension (ténacité, module initial, allongement à la rupture) sont mesurées de manière connue à l'aide d'une machine de traction ZWICK GmbH
& Co (Allemagne) de type 1435 ou de type 1445. Les fibres, après avoir reçu une faible torsion de protection préalable (angle d'hélice de 6 environ), subissent une traction sur une longueur initiale de 400 mm à une vitesse nominale de 200 mm/min, ou à une vitesse de 50 mm/min si leur allongement à la rupture ne dépasse pas 5 %. Tous les résultats donnés sont une moyenne sur 10 mesures.

La ténacité (force-rupture divisée par le titre), notée T, et le module initial en extension, noté
Mi, sont indiqués en cN/tex (centinew-ton par tex). Le module initial Mi est défini comme la pente de la partie linéaire de la courbe Force-Allongement, qui intervient juste après une prétension standard de 0,5 cN/tex. L'allongement à la rupture, noté Ar, est indiqué en pourcentage (%).

I-4. Test de coagulation Les mécanisnies de coagulation, dans le cas d'un système ternaire (polymère /
solvant / agent coagulant) ont été décrits dans la littérature, par exemple dans Textile Research Journal, Sept.
1966, pp. 813-821, pour des solutions de polyamides dans de l'acide sulfurique.

Par "agent coagulant", on entend de manière connue un agent apte à coaguler une solution, c'est-à-dire un agent susceptible de faire précipiter rapidement le polymère en solution, en d'autres termes de le séparer rapidement de son solvant ; l'agent coagulant doit être à la fois un non-solvant du polymère et un bon solvant du solvant du polymère.

Dans le cas des solutions cristal-liquide à base de matières cellulosiques, telles que décrites par exemple dans les demandes W085/05 1 1 5 et W096/09356 précitées, on observe normalement non pas un seul, mais deux fronts de progression différents lorsqu'un agent coagulant, par exemple de l'acétone ou de l'eau, est mis au contact desdites solutions : un premier front dit "front de diffusion", puis un second front dit "front de précipitation". Le front de diffusion correspond à une simple progression de l'agent coagulant dans la solution, sans précipitation des matières cellulosiques, alors que le front de précipitation correspond à
la coagulation proprement dite, c'est-à-dire à la précipitation des matières cellulosiques sous l'action de l'agent coagulant, la zone intermédiaire entre les deux fronts étant simplement imprégnée, ;onflée par l'agent coagulant niais pas eticore coagulée (zone sombre sous lumière polarisée, avec perte de coloration cristal-liquide).

Ces deuN fronts progressent sensiblement selon les lois classiques de diffusion de "Fick", c'est-à-dire que le déplacenient "d" de l'interface créée par la pénétration du coagulant (interface de diffusion ou interface de précipitation, selon le cas) est proportionnel à la racine carrée du -tenips "t", selon la relation:

d=Kt le facteur K étant exprimé en n1 / sec /:! (micromètre par seconde ~z ).

6 Aux deux fronts précédemment décrits correspondent donc deux facteurs, le facteur de diffusion Kd (1 er front, de diffusion) et le facteur de précipitation Kp (2nd front, de précipitation), Kp étant au maximum égal à Kd lorsque le front de précipitation progresse aussi vite que le front de diffusion ; en d'autres termes, il existe pour un temps "ti " donné deux valeurs de déplacement, "dd" pour la diffusion, "dP " pour la précipitation, avec dp < dd .

Les facteurs K ci-dessus, pentes des droites de "Fick" d = K t~Z respectives (droite de diffusion et droite de précipitation), sont déterminés graphiquement de manière simple à partir des diagrammes de "Fick" tirés d'un enregistrement microscopique réalisé comme décrit ci-après.

L'étude expérimentale de la coagulation, dans un système statique, est réalisée à l'aide d'un microscope optique de polarisation ou un microscope optique d'interférence différentielle (Olympus type BH2), équipé d'une caméra vidéo. Un peu de solution cristal-liquide est étalé, par exemple à l'aide d'une pointe de spatule, sur une lame porte-objet puis recouvert d'une lamelle couvre-objet, l'épaisseur de solution sous la lamelle couvre-objet étant calibrée à
l'épaisseur de ladite lamelle (correction d'objectif), soit par exemple 0,170 mm ; on met ensuite l'agent coagulant au contact de cet échantillon de solution, en déposant, par exemple à
l'aide d'une pipette ou d'une seringue, ledit agent autour de la lamelle couvre-objet en quantité
suffisante pour couvrir toute la surface autour de l'échantillon.

On observe alors, tout en l'enregistrant, la progression de l'agent coagulant à travers la solution, i.e. la progression des fronts de diffusion et de précipitation en fonction du temps "t".
Les mesures sont effectuées à température ambiante (environ 20 C), en veillant à ce que les contrastes soient suffisants pour bien suivre la progression des deux fronts :
si ces contrastes n'apparaissent pas suffisants, en particulier pour le front de précipitation, on changera de préférence d'échantillon. Pour chaque couple (agent coagulant / solution cristal-liquide) étudié, on détermine les valeurs moyennes de Kp et Kd sur au moins trois échantillons différents.

Dans le cas général où l'on teste un agent coagulant aqueux comportant un additif, conforme ou non à l'invention, on utilise pour le test un taux constant dudit additif dans l'agent coagulant de 20 % (% en poids total d'agent coagulant).

Il peut se faire que l'on constate, pour un couple donné (agent coagulant /
solution), un retard initial à la progression du front de précipitation par rapport au front de diffusion, noté "tpo"
(ntesuré à profondeur de précipitation "dp" nulle), voire niênle un retard du front de diffusion (une droite de "Fick" voire les deux ne passant par l'origine). De tels retards, généralement conipris entre 0,1 et 1 seconde, peuvent être dus aux produits testés eux-mêmes, mais, le plus souvent, apparaissent essentiellement liés aux conditions de mise en oeuvre du test de coagulation. Cette situation ne change rien aux observations précédentes, dans la mesure où la présence de tels retards n'a pas d'incidence sur les pentes Kd et Kp des courbes considérées, ni stir la détermination du rapport Kp/Kd.

7 PCT/EP97/05676 Il peut arriver d'autre part que les courbes d= f(t V2 ) qui représentent la progression des fronts de diffusion et de précipitation ne soient linéaires qu'au voisinaoe de l'origine, i.e. pour les faibles valeurs de déplacement "d" ; dans un tel cas, par convention, ces courbes sont assimilées à des droites, les valeurs de Kp et Kd étant déterminées à partir des pentes à
l'origine de ces courbes, ce qui n'a pas d'incidence notable sur les résultats.

La figure 1 schématise des diagrammes de "Fick" obtenus par exemple pour un agent coagulant conforme à l'invention mis au contact d'une solution cristal-liquide à base de matières cellulosiques. Le rapport (Kp/Kd) est déterminé à partir des pentes de la droite de diffusion D (pente Kd) et de la droite de précipitation P (pente Kp). On voit en particulier que pour un temps "ti" donné, il existe, si les deux droites ne sont pas confondues, deux valeurs de déplacement, dd pour la diffusion, dp pour la précipitation. Sur cette figure simple qui n'est donnée qu'à titre d'illustration, les valeurs numériques des variables "d" et "t" n'ont pas été
indiquées, dans la mesure où ces valeurs varient en fonction de nombreux paramètres, tels que par exemple la concentration en cellulose des solutions cristal-liquide, ou la nature de l'additif dans l'agent coagulant.

I-5. Résistance au "test de barreau"

Un test simple dit "test de barreau" est mis en oeuvre pour déterminer la résistance à la fatigue des fibres étudiées.

On utilise pour ce test un court tronçon de fibre (longueur d'au moins 600 mm) qui a été
soumise à un conditionnement préalable, le test étant conduit à la température ambiante (environ 20 C). Ce tronçon, soumis à une tension de 0,25 cN/tex grâce à un poids constant fixé à une de ses extrémités libre, est tendu sur un barreau en acier poli, et courbé autour de ce dernier selon un angle de courbure de 90 degrés environ. Un dispositif mécanique auquel est fixée l'autre extrémité du tronçon de fibre assure le glissenient forcé et répété de la fibre sur le barreau en acier poli, selon un mouvement linéaire alternatif de fréquence (100 cycles par minute) et d'amplitude (30 mm) déterminées. Le plan vertical contenant l'axe de la fibre se trouve toujours sensiblenient perpendiculaire au plan vertical contenant le barreau qui est lui-mênie horizontal.

Le dianlètre du barreau est choisi pour provoquer une compression de 3,5 %
lors de chaque passage des filanients de la fibre autour du barreau. A titre d'exemple, on utilise un barreau de dianiètre 360 m (micronlètre) pour une fibre dont le dianiètre moyen des filaments est de 13 n1(soit un titre filamentaire moyen de 0.20 tex, pour une densité de cellulose égale à 1,52).
On arrête le test au botit de 350 cycles et on mesure la déchéance de la force-rupture après fatigue. notée àF, selon l'équation:

OF(%)=100[FO-FlFO
FO étant la force-rupture de la fibre avant fatigue et Fl sa force-rupture après fatigue.

8 PCT/EP97/05676 H. CONDITIONS DE REALISATION DE L'INVENTION

On décrit tout d'abord les conditions de préparation des solutions cristal-liquide à base de matières cellulosiques ( II-1), puis les conditions de filage de ces solutions pour l'obtention de fibres ( II-2).

II-1. Préparation des solutions Les solutions cristal-liquide sont préparées de manière connue, en dissolvant les matières cellulosiques dans un solvant ou un mélange solvant approprié - dit "solvant de filage" -comme indiqué par exemple dans les demandes W085/05115 et W096/09356 précitées.

Par "solution", on entend ici de manière connue une composition liquide homogène dans laquelle aucune particule solide n'est visible à l'oeil nu. Par "solution cristal-liquide", on entend une solution optiquement anisotrope à température ambiante (20 C
environ) et au repos, i.e. en l'absence de toute contrainte dynamique.

De manière préférentielle, l'agent coagulant de l'invention est utilisé pour coaguler des solutions cristal-liquide contenant au moins un acide, cet acide appartenant plus préférentiellement au groupe constitué par l'acide formique, l'acide acétique, les acides phosphoriques, ou les mélanaes de ces acides.

L'ac,ent coagulant de l'invention peut être avantageusement utilisé pour coaguler:

- les solutions cristal-liquide de dérivés cellulosiques à base d'au moins un acide phosphorique, ces solutions étant notamment des solutions d'esters de cellulose, en particulier des solutions de formiate de cellulose, telles que décrites par exemple dans la demande W085/05 1 1 5 précitée, réalisées en mélangeant de la cellulose, de l'acide formique et de l'acide phosphorique (ou un liquide à base d'acide phosphorique), l'acide forniique étant l'acide d'estérification, l'acide phosphorique étant le solvant du formiate de cellulose;

- les solutions cristal-liquide de cellulose à base d'au moins un acide phosphorique telles que décrites par exemple dans la demande W096/09356 précitée, préparées en dissolvant directement la cellulose, c'est-à-dire sans dérivation, dans un solvant approprié contenant plus de 85 % en poids d'au moins un acide phosphorique répondant à la formule moyenne suivante:

[n(P105), p(H20)] , avec: 0,33 < (n/p) < 1,0 .

La cellulose de départ peut se présenter sous différentes formes connues, notatnment sous fornie d'une poudre, préparée par exemple par pulvérisation d'une plaque de cellulose à l'état brut. De préférence, sa teneur initiale en eau est inférieure à 10 % en poids, et son DP (degré
de polymérisation) est compris entre 500 et 1000.

9 PCT/EP97/05676 Les moyens de malaxage appropriés pour l'obtention d'une solution sont connus de l'homme du métier: ils doivent être aptes à pétrir, malaxer correctement, de préférence à une vitesse réalable, la cellulose et les acides jusqu'à l'obtention de la solution. Le malaxage peut être conduit par exemple dans un mélanaeur comportant des bras en Z, ou dans un mélangeur à vis ' en continu. Ces moyens de malaxage sont de préférence équipés d'un dispositif d'évacuation sous vide et d'un dispositif de chauffage et de refroidissement permettant d'ajuster la température du mélangeur et de son contenu, afin d'accélérer par exemple les opérations de dissolution, ou de contrôler la température de la solution en cours de formation.

A titre d'exemple, pour une solution de formiate de cellulose, on peut utiliser le mode opératoire suivant: on introduit dans un malaxeur à double enveloppe, comportant des bras en Z et une vis d'extrusion, un mélange approprié d'acide orthophosphorique (cristallin à 99 %) et d'acide formique. On ajoute ensuite de la poudre de cellulose (dont l'humidité
est en équilibre avec l'humidité ambiante de l'air) ; le tout est mélangé pendant une période d'environ 1 à 2 heures, par exemple, la température du mélange étant maintenue entre 10 et 20 C, jusqu'à
l'ôbtention d'une solution. Pour une solution conforme à la demande W096/09356, on pourra procéder de la même façon, en remplaçant l'acide formique par exemple par un acide polyphosphorique.

Les solutions ainsi obtenues sont prêtes à filer, elles peuvent être transférées directement, par exemple par l'intermédiaire d'une vis d'extrusion placée à la sortie du mélangeur, vers une machine de filage pour y être filées, sans autre transformation préalable que des opérations habituelles telles que des étapes de dégazage ou de filtration par exemple.

II-2. Filaze des solutions En sortie des moyens de malaxage et de dissolution, la solution est transférée de manière connue vers un bloc de filage où elle alimente une pompe de filature. A partir de cette pompe de filature, on extrude la solution à travers au moins une filière, précédée d'un filtre. Au cours du cheminement jusqu'à la filière, la solution est progressivement amenée à la tempéràture de filaae désirée.

Chaque filière peut comporter un nombre variable de capillaires d'extrusion, par exemple un seul capillaire en forme de fente pour le filage d'un film, ou dans le cas d'une fibre plusieurs centaines de capillaires, par exeinple de forme cylindrique (diamètre de 50 à
80 micromètres par exemple). On considèrera à partir de maintenant le cas général du filage d'une fibre niultifilainentaire.

En sortie de filière, on obtient donc un extrudat liquide de solution, constitué d'un nombre variable de veines liquides élénlentaires. De préférence, les solutions sont filées selon la technique dite de "dry jet-wet-spinning" utilisant une couche fluide non coagulante, en général de l'air ("air-gap"), placée entre la filière et les moyens de coagulation.
Chaque veine liquide élémentaire est étirée dans cet air-gap, d'un facteur généralement compris entre 2 et 10 (facteur d'étirage au filage), avant de pénétrer dans la zone de coagulation, l'épaisseur de l'air-gap pouvant varier dans une large mesure, selon les conditions particulières de filage, par exemple de 10 mm à 100 mm.

Après traversée de la couche non coagulante ci-dessus, les veines liquides étirées pénètrent dans un dispositif de coagulation où elles entrent alors au contact de l'agent coagulant. Sous l'action de ce dernier, elles se transforment, par précipitation des matières cellulosiques (cellulose ou dérivé cellulosique) en filaments solides qui forment ainsi une fibre. Les dispositifs de coagulation à employer sont des dispositifs connus, composés par exemple de bains, tuyaux et/ou cabines, contenant l'agent coagulant et dans lesquels circule la fibre en cours de formation. On utilise de préférence un bain de coagulation disposé
sous la filière, en sortie de la couche non coagulante. Ce bain est généralement prolongé à sa base par un tube c~~lindrique vertical, dit "tube de filage", dans lequel passe la fibre coagulée et circule l'agent coagulant.

Choix de l'aaent coagulant:

Après étude des mécanismes de coagulation et de nombreux essais sur les agents coagulants, notanunent à l'aide du test de coagulation décrit au chapitre I précédent, la demanderesse a découvert de manière tout à fait inattendue:

- que, dans le cas de l'eau conduisant à des propriétés mécaniques sur fibres très faibIes, le front de précipitation progresse très lentement par rapport au front de diffusion, divergeant fortement de ce dernier (rapport Kp/Kd égal à environ 0,50);

- alors que, dans le cas de l'acétone permettant l'obtention de propriétés mécaniques sur fibres très élevées, les deux fronts sont au contraire pratiquement confondus et progressent quasiment à la même vitesse (rappôrt Kp/Kd voisin de 1);

- mais que certains additifs ajoutés à l'eau permettent d'augmenter sensiblement ce rapport Kp/Kd, une telle augmentation de rapport s'accompagnant d'une amélioration notable des propriétés mécaniques sur fibres.

L'agent coagulant conforme à l'invention, apte à coaguler une solution cristal-liquide à base de matières cellulosiques, est caractérisé par les points suivants:

- il comporte de l'eau et au moins un additif;
- lorsqu'il est mis au contact de ladite solution, la cinétique de diffusion de l'agent coaçulant dans la solution et celle de précipitation des matières cellulosiques sous l'action dudit agent, mesurées sous microscope au test dit "test de coagulation" pour un taux d'additif de 20 % dans l'agent coagulant (% en poids total d'agent coagulant), sont régies par la relation suivante:

0,55<Kp/Kd _ 1 Kd et Kp étant respectivement les facteurs de diffusion et de précipitation (pentes des droites de "Fick" respectives), exprinlés en m / s~2 f _ _-_ Par "agent coagulant conforme à l'invention", on entend donc toute solution aqueuse comportant un additif (i.e. un composé ou un mélange de composés) qui, ajouté
à l'eau dans une proportion déterminée (20 % en poids total d'agent coagulant), permet de vérifier la relation ci-dessus au test de coagulation. Bien entendu, l'invention n'est quant à elle pas limitée à un pourcentage donné d'additif dans l'a~ent coagulant.

Les additifs préférentiels de l'invention sont solubles dans l'eau.

Parnii les additifs conformes à l'invention qui ont été trouvés grâce au test de coagulation, on citera notamxnent des amines, par exemple des amines aliphatiques ou hétérocycliques telles que l'éthanolamine, la diéthanolamine, la triéthanolamine, l'éthylènediamine, la diéthylènetriamine, la triéthylamine, l'imidazole, le 1 -méthyl imidazole, la morpholine, la pipérazine, les amines préférentielles étant des amines primaires ou secondaires comportant de 1 à 5 atomes de carbone.

De préférence, on utilise comme additif un sel d'ammonium, organique ou inorganique, et plus préférentiellement un sel choisi dans le groupe constitué par les forrniates, les acétates et les phosphates d'ammonium, les sels mixtes de ces composés, ou les mélanges de ces constituants, ce sel d'ammonium pouvant être en particulier un sel d'un acide présent dans la solution cristal-liquide, par exemple (NH4)2HP04, (NH4);P04, NaNH4HPO4, CH3COONH4, HCOONH4.

De préférence, l'aaent coagulant de l'invention vérifie la relation suivante:
Kp / Kd > 0,65 ;

et de nianière encore plus préférentielle la relation suivante:
Kp / Kd > 0,75 .

On a constaté que l'augmentation du rapport Kp/Kd, par ajout d'un additif approprié à l'eau, se faisait essentiellement par une diminution du facteur Kd (en général, pour l'eau, Kd varie de 55 à 65 m / s'/). En d'autres termes l'invention consiste à rapprocher le front de diffusion du front de précipitation à l'aide d'un additif approprié, et ceci essentiellement par une diminution de la vitesse de diffusion de l'eau dans la solution cristal-liquide considérée.

On connaît le fort pouvoir gonflant de l'eau vis-à-vis de la cellulose. On suppose que, grâce à
l'invention. la précipitation des niatières cellulosiques au cours du passage dans le bain de coagulation se fait dans une niasse de solution qui est sensiblement moins gonflée que dans le cas où la coagulation est réalisée avec de l'eau seule ; ceci serait finalement particulièrement favorable aux propriétés mécaniques des fibres obtenues.

De préférence, l'agent coagulant de l'invention vérifie la relation Kp > 20 , et de manière encore plus préférentielle la relation Kp > 30 L'agent coagulant de l'invention est préférentiellement mis en oeuvre sur des solutions cristal-liquide à base de cellulose ou de formiate de cellulose dissous dans au moins un acide phosphorique, telles que décrites par exemple dans les demandes W085/05115 et W096/09356 précitées : on utilise alors avantageusement l'orthophosphate diammonique (NH4)2HP04.

La concentration en additif de l'agent coagulant (notée Ca) peut varier dans une large mesure, par exemple de 2 à 25 % (% en poids total d'agent coagulant), voire plus, selon les conditions particulières de réalisation de l'invention.

Concernant la température de l'agent coagulant (notée Tc ci-après), on a observé que des températures basses, notamment voisines de 0 C, pouvaient dans certains cas entraîner le collage entre eux de certains filaments au cours de leur formation ("married filaments"). Ceci perturbe les opérations de filage et est généralement préjudiciable à la qualité du filé obtenu ;
ainsi, de préférence, l'agent coagulant de l'invention est utilisé à une température Tc supérieure à 10 C, plus préférentiellement voisine de la température ambiante (20 C) ou supérieure. On a constaté que l'ajout d'un tensio-actif, par exemple de l'isopropanol ou des savons à base de phosphate, était une autre solution possible pour supprimer, ou tout du moins réduire les difficultés ci-dessus.

Selon le procédé conforme à l'invention, le taux de solvant de filage apporté
par la solution dans l'agent coagulant est de préférence maintenu à un niveau inférieur à 10 %, de manière encore plus préférentielle inférieur à 5%(% en poids total d'agent coagulant).

La profondeur totale d'agent coagulant traversée par les filaments en cours de formation dans le bain de coagulation, mesurée de l'entrée du bain jusqu'à l'entrée du tube de filage, peut varier dans une large mesure, par exemple de quelques millimètres à plusieurs centimètres.
Néanmoins, on a observé qu'une profondeur trop faible d'agent coagulant pouvait entraîner elle aussi la formation de "married filaments" ; ainsi, de préférence, la profondeur de l'agent coagulant est choisie supérieure à 20 mm.

Grâce au test de coagulation, l'homme du métier saura trouver l'agent coagulant le plus approprié à une solution cristal-liquide donnée ; en outre, il saura adapter des paramètres tels que concentration en additif, température ou profondeur d'agent coagulant, aux conditions particulières de mise en oeuvre de l'invention, à la lumière de la description et des exemples de réalisation qui suivent.

De préférence, l'agent coagulant conforme à l'invention est utilisé dans un procédé de filage dit de "dry-jet-wet-spinning", comme décrit précédemment, mais il pourrait être utilisé également dans d'autres procédés de filage, par exemple un procédé dit de "wet-spinning", c'est-à-dire un procédé de filage dans lequel la filière est immergée dans l'agent coagulant.

En sortie des moyens de coagulation, la fibre est reprise sur un dispositif d'entraînement, par exemple sur des cylindres motorisés, pour être lavée de manière connue, de préférence avec de l'eau, par exemple dans des bains ou des cabines. Après lavage, la fibre est séchée par tout moyen convenable, par exemple par défilement en continu sur des rouleaux chauffants maintenus de préférence à une température inférieure à 200 C.

Dans le cas d'une fibre en dérivé cellulosique, on peut aussi traiter directement la fibre lavée, mais non séchée, à travers des bains de régénération, par exemple dans une solution aqueuse de soude, afin de régénérer la cellulose et d'aboutir après lavage et séchage à une fibre en cellulose régénérée.

III. EXEMPLES DE REALISATION

Les exemples qui suivent, conformes ou non conformes à l'invention, sont des exemples de réalisation de fibres par filage de solutions cristal-liquide de cellulose ou de formiate de cellulose ; ces solutions connues sont préparées conformément à la description du chapitre II
précédent. Dans tous ces exemples, sauf indications différentes, les pourcentages des compositions des solutions ou des agents coagulants sont des pourcentages en poids total de solution ou d'agent coagulant, respectivement. Pour tous les agents coagulants décrits dans ces exemples, on a observé au test de coagulation un retard "tpo" toujours inférieur à 1 s, le plus souvent inférieur à 0,5 s.

Dans ce premier essai, une solution cristal-liquide de formiate de cellulose est préparée à partir de 22 % de cellulose en poudre (DP initial de 600), de 61 % d'acide orthophosphorique (cristallin à 99 %) et de 17 % d'acide formique. Après mise en solution (l h de mélangeage), la cellulose présente un DS (degré de substitution) de 33 % et un DP (degré de polymérisation, mesuré de manière connue) d'environ 480.

La solution est ensuite filée, sauf indication différente, selon les conditions générales décrites au II-2. précédent, à travers une filière constituée de 250 trous (capillaires de diamètre 65 m), à une température de filage de 50 C environ ; les veines liquides ainsi formées sont étirées (facteur d'étirage au filage égal à 6) dans un air-gap de 25 mm puis sont coagulées au contact de divers agents coagulants (profondeur traversée: 30 mm), conformes ou non à
l'invention, sans utiliser d'agent tensio-actif. Les fibres en formiate de cellulose ainsi obtenues sont lavées à l'eau (15 C), puis envoyées en continu sur une ligne de régénération, à une vitesse de 150 m/min, pour y être régénérées dans une solution aqueuse de soude à
température ambiante (concentration en soude: 30 % en poids), lavées avec de l'eau (15 C) et enfin séchées par passage sur des cylindres chauffants (180 C) pour ajuster leur taux d'humidité à moins de 15 %.

Dans cet essai, on a employé les additifs suivants (entre parenthèses, caractéristiques de l'agent coagulant mesurées au test de coagulation, pour la solution de filage considérée):

- exemples 1 A et 1 D(non conformes à l'invention): pas d'additif (eau seule);

- exemple 1 B (conforme à l'invention): Na(NH4 )HPO4 (Kp=26;Kd =46;Kp/Kd =0,57);

- exemples 1 C et 1 E (conformes à l'invention): (NHç )Z HP04 (Kp=37;Kd=44;Kp/Kd =0,84).

Les fibres en cellulose régénérée (DS inférieur à 2 %) ainsi obtenues ont un titre de 47 tex pour 250 filaments (soit environ 0,19 tex par filament), et les propriétés mécaniques suivantes:
- exemple 1 A : avec un agent coagulant non conforme à l'invention constitué
d'eau seule, utilisé à une température Tc de 20 C:

T = 34 cN/tex ;
Mi = 1430 cN/tex ;
Ar=5,1 %.

- exemple 1 B: avec un agent coagulant conforme à l'invention constitué d'une solution aqueuse contenant 10 % de Na(NH4)HPO4, maintenue à une température Tc de 20 C:
T = 41 cN/tex ;
Mi = 1935 cN/tex Ar=4,7%.
Par rapport au témoin (exemple 1 A), on constate une augmentation de ténacité
de plus de 20 % et une augmentation de module initial de 35 %.

- exemple 1 C : avec un agent coagulant aqueux conforme à l'invention, constitué d'eau et de 20 % de (NH4)2HP04, utilisé à une température Tc de 20 C:

T = 49 cN/tex ;
Mi = 1960 cN/tex ;
Ar=6,4%.
On constate ici que la ténacité de la fibre coagulée selon l'invention est augmentée de 44 % et son module initial de 37 %, par rapport au témoin coagulé avec de l'eau seule.

- exemple 1 D: avec le même agent coagulant que pour l'exemple 1 A, mais utilisé à ur-e température Tc proche de 0 C (+ 1 C):

T = 39 cN/tex ;
Mi = 1650 cN/tex ;
Ar=5,0%.

- exemple 1E : avec le même agent coagulant que pour l'exemple 1C, mais utilisé à une température Tc de 0 C:

T = 52 cN/tex ;
Mi = 1975 cN/tex Ar=4,7%.
La ténacité obtenue ici est supérieure à 50 cN/tex, améliorée de 30 % par rapport au témoin non conforme à l'invention (exemple 1 D), le module est augmenté de 20 %. On constate donc dans cet essai que ténacité et module initial peuvent être augmentés, que l'agent coagulant soit d'ailleurs conforme ou non à
l'invention, en abaissant la température Tc à des valeurs voisines de 0 C ; néanmoins, on a observé pour de telles températures la formation de filaments collés ("married filaments").

ESSAI 2:

Dans ce second essai, une solution cristal-liquide est préparée à partir de cellulose (22 %), d'acide orthophosphorique (66 %) et d'acide formique (12 %). Après mise en solution, la cellulose présente un DS de 29 % et un DP d'environ 490. Cette solution est ensuite filée comme indiqué pour l'essai 1, sauf indication différente, en utilisant dans tous les exemples un agent coagulant conforme à l'invention ayant le même additif : solutions aqueuses de (NH4)2HP04, avec des concentrations en additif Ca et des températures Tc qui varient.

L'agent coagulant conforme à l'invention a donné au test de coagulation, pour la solution considérée, les caractéristiques suivantes:

Kp=35;Kd=44;Kp/Kd=0,80.
Les fibres en cellulose régénérée (DS entre 0 et 1%) ainsi obtenues ont un titre de 47 tex pour 250 filaments et les propriétés mécaniques suivantes:

- exemple 2A : avec Ca = 2,4 % ; Tc = 10 C , T = 48 cN/tex ;
Mi = 1820 cN/tex Ar=5,9%.
- exemple 2B : avec Ca = 2,4 % ; Tc = 20 C , T = 44 cN/tex ;
Mi = 1725 cN/tex ;
Ar=6,6%.

- exemple 2C : avec Ca = 5%; Tc = 10 C , T = 46 cN/tex ;
Mi = 1870 cN/tex ;
Ar=5,2%.
- exemple 2D : avec Ca = 12 % Tc = 0 C , T=49cN/tex;
Mi = 2135 cN/tex ;
Ar = 4,5 %.

- exemple 2E : avec Ca = 12 % Tc = 20 C , T = 44 cN/tex ;
Mi = 1765 cN/tex ;
Ar=6,5%.
- exemple 2F: avec Ca = 20 % ; Tc = 1 C , T = 62 cN/tex ;
Mi = 2215 cN/tex ;
Ar=5,6%.
- exemple 2G: avec Ca = 20 %; Tc = 30 C , T = 47 cN/tex ;
Mi = 1770 cN/tex ;
Ar=7,3%.
On constate dans cet essai qu'à partir d'un même additif, il est possible de faire varier la ténacité des fibres de 44 à 62 cN/tex, leur module initial de 1725 à 2215 cN/tex, en jouant simplement sur la température Tc et/ou sur la concentration en additif Ca de l'agent coagulant.

Dans ce troisième essai, une solution cristal-liquide est préparée à partir de cellulose (24 %), d'acide orthophosphorique (70 %) et d'acide formique (6 %). Après mise en solution, la cellulose présente un DS de 20 % et un DP d'environ 480. Cette solution est ensuite filée comme indiqué pour l'essai 1, sauf indication différente, en utilisant divers agents coagulants, tous conformes à l'invention, dont la composition, la concentration en additif Ca ou la température Tc varient.

Dans ces exemples (tous conformes à l'invention), on a employé les additifs suivants:

- exemple 3A: éthanolamine NH-)CH? CH-)OH
(Kp=31 ;Kd=43;Kp/K.d=0,72);

- exemples 3B et 3C: HCOO(NH4) (Kp=30;Kd=38;Kp/K.d =0,78);

- exemples 3D: mélange HCOO(NI-14) +(NH4)2HPO4 (parties en poids 50/50) p = 31 ; Kd = 41 ; Kp /K.d = 0,76) ;
(K
- exemple 3E: (NI4)2HPO4 (Kp=32;K.d=39;Kp/ICd=0,82).

Pour illustrer l'invention, on a représenté sur la figure 2 les diagrammes de Fick enregistrés au test de coagulation pour la solution de filage de cet essai 3:

- d'une part, avec de l'eau seule: le front de diffusion noté De a pour pente Kde (égal à
58 m / s' ) et le front de précipitation noté P. a pour pente l~e (égal à 29 m / s/2 );
- d'autre part, avec l'agent coagulant conforme à l'invention de l'exemple 3E:
le front de diffusion noté D a pour pente 1 (égal à 39 m / s~=) et le front de précipitation P a pour pente Kp (égal à 32 m / s~').

Le rapport (Kp / Kd) est donc égal à 0,82 alors que le rapport (Kpe / Kde) n'est égal qu'à 0,50.
Comnie on le voit clairement sur la figure 2, l'introduction de l'additif (NH4 )~ HP04 dans l'eau a permis de rapprocher fortement les deux fronts de diffusion et précipitation, en ralentissant de manière substantielle la vitesse de diffusion de l'agent coagulant dans la solution de filage de l'essai 3.

Les fibres en cellulose régénérée (DS entre 0 et 1,5 %) obtenues dans cet essai 3 ont un titre d'environ 45 tex pour 250 filaments (soit 0,18 tex par filament en moyenne), et les propriétés suivantes:

- exenlple 3A : avec 10 % d'éthanolamine ; Tc = 20 C, T = 43 cN/tex ;
Mi = 1855 cN/tex Ar=4,8%.
- exemple 3B : avec 5 % de HCOO(NH4); Tc = 20 C, T = 41 cN/tex ;
Mi = 1805 cN/tex Ar=5,7%.
- exenlple 3C : avec 20 % de HCOO(NI4) ; Tc = 20 C, T = 56 cN/tex ;

WO 98/17848 ' g PCTIEP97/05676 Mi = 2250 cN/tex ;
Ar=4,8%.
- exemple 3D : avec 20 % de mélange HCOO(NI-Ia. )+(NI-4 HPCt} ; Tc = 20 C, T = 52 cN/tex ;
Mi = 2135 cN/tex ;
Ar=5,3%.
- exemple 3E : avec 20 % de (NH4)~ HPO4 ; Tc = 30 C, T = 51 cN/tex Mi = 2035 cN/tex ;
Ar=5,2%.

Dans cet essai, une solution cristal-liquide de cellulose est préparée conformément à la description du chapitre II précédent et à la demande W096/09356 précitée, à
partir de 18 % de cellulose en poudre (DP initial 540), 65,5 % d'acide orthophosphorique et 16,5 % d'acide polyphosphorique (titrant 85 % en poids de P205), c'est-à-dire que la cellulose est dissoute directement dans le mélange d'acides sans passer par une étape de dérivation.

On peut procéder de la manière suivante: les deux acides sont préalablement mélangés, le mélange acide est refroidi à 0 C puis introduit dans un mélangeur à bras Z
lui-même préalablement refroidi à-15 C ; puis la cellulose en poudre, préalablement séchée, est ajoutée et malaxée avec le mélange acide en maintenant la température du mélange à
une valeur au plus égale à 15 C. Après mise en solution (0,5 h de mélangeage), la cellulose présente wi DP de 450 environ. Cette solution est ensuite filée, sauf indication différente, comme indiqué pour l'essai 1 précédent à la différence près, notamment, qu'il n'y a pas d'étape de régénération. La température de filage est de 40 C, et celle de séchave de 90 C.

Oti obtient aitlsi des fibres en cellulose non régénérée, i.e. obtenues directement par fila-e d'une solution de cellulose, sans passer par les étapes successives de dérivation de la cellulose, de filage d'une solution de dérivé cellulosique, puis de régénération des fibres de dérivé cellulosique.

Dans cet essai, on a employé les additifs suivants:

- exeniple 4A (non conforme à l'invention): pas d'additif (eau seule) ;
- exemple 4B (conforme à l'invention): (NH4)-) HPO4 (Kp = 43 ; iCd = 52 ; Kp/Kd = 0,83) .
~--- -Ces fibres en cellulose non régénérée ont un titre de 47 tex pour 250 filanients, et les propriétés mécaniques qui suivent:

- exemple 4A : avec de l'eau seule, à une température Tc de 20 C:
T=30cN/tex;
Mi = 1560 cN/tex ;
Ar = 6,4 % .

- exemple 4B: avec 20 % de (NI4)-) HPO4 ; Te = 20 C, T = 45 cN/tex ;
Mi = 1895 cN/tex ;
Ar=6.4%.
On observe ici une augnientation de 50 % sur la ténacité et de 21 % sur le module initial.

En conséquence, on constate que les agents coagulants conformes à l'invention permettent d'obtenir des fibres cellulosiques, en cellulose régénérée ou en cellulose non régénérée, dont le module initial et la ténacité sont notablement supérieurs à ceux que l'on obtient en utilisant de l'eau seule comme agent coagulant. Dans tous les exemples comparatifs précédents, la ténacité
et le module initial sont tous deux augmentés d'au moins 20 % par rapport à
ceux obtenus après une simple coagulation dans l'eau, le gain pouvant atteindre 50 % dans certains cas ; le nlodule initial est très élevé, avec des valeurs pouvant dépasser 2000 cN/tex.

On a souniis des fibres cellulosiques de l'invention au test de barreau décrit au chapitre I
précédent, et on a comparé leurs performances à la fois à celles de fibres rayonne conventionnelles, et à celles de fibres à très hautes propriétés mécaniques obtenues par filage de solutions cristal-liquide identiques à celles utilisées dans les quatre essais précédents, mais après coaculation dans l'acétone (conforniément aux demandes W085/05 1 1 5 et précitées).

Les fibres cellulosiques conformes à l'invention présentent une déchéance en force-rupture AF
qui est toujours inférieure à 30 %, conlprise généralement entre 5 et 25 %, alors que les fibres coagulées dans l'acétone, issues des mênies solutions cristal-liquide, montrent une déchéance qui est supérieure à 30 %, en général comprise entre 35 et 45 %.

A titre d'exemple, après 350 cycles de fatigue au test de barreau, pour un taux de compression de 3.5 %, oti a enregistré les décliéances de force-rupture suivantes:

-exemple3C: AF= 12%;
-exemple3E: AF=14%;
- exemple 4B : AF = 25 % ;
- fibre selon W085/05115 (T = 90 cN/tex ; Mi = 3050 cN/tex):

OF=38%;
- fibre selon W096/09356 (T = 95 cN/tex ; Mi = 2850 cN/tex):
OF=42%;
- fibres rayonne conventionnelles (T = 43-48 cN/tex ; Mi = 900-1000 cN/tex):
AF=8-12%.

Les fibres cellulosiques de l'invention ont donc une résistance à la fatigue nettement supérieure à celle enregistrée sur les fibres obtenues à partir des mêmes solutions cristal-liquide en matières cellulosiques, mais coagulées de manière connue dans de l'acétone. On a observé en outre que la fibrillation était diminuée sur les fibres de l'invention, par rapport à ces fibres antérieures coagulées dans l'acétone.

Ces fibres de l'invention se caractérisent par une combinaison de propriétés qui est nouvelle:
ténacité égale ou supérieure, et résistance à la fatigue pratiquement équivalente à celle d'une fibre rayonne conventionnelle, le tout combiné à un module initial nettement supérieur à celui d'une telle fibre rayonne, pouvant atteindre 2000 cN/tex et plus.

Cette combinaison de caractéristiques est tout à fait inattendue pour l'homme du métier car une résistance à la fatigue pratiquement équivalente à celle d'une fibre rayonne conventionnelle - issue d'une phase non cristal-liquide - était jusqu'ici considérée comme impossible pour une fibre cellulosique à haut module issue d'une phase cristal-liquide.

De préférence, la fibre selon l'invention vérifie au moins l'une des relations suivantes:
- T > 45 cN/tex ;
- Mi > 1500 cN/tex ;
AF<15%, et d'une manière encore au moins l'une des rela ' plus préférentielle tions suivantes:
- T > 50 cN/tex ;
- Mi > 2000 cN/tex.

Cette fibre selon l'invention est avantageusement une fibre en cellulose régénérée à partir de fonniate de cellulose, le degré de substitution de la cellulose en groupes formiate étant compris entre 0 et 2%.

Bieti entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples précédemment décrits.

C'est ainsi par exemple que différents constituants peuvent être éventuellement ajoutés aux constituants de base précédemment décrits (cellulose, acide formique, acides phosphoriques, agents coagulants), sans que l'esprit de l'invention soit niodifié.

Les constituants supplémentaires, de préférence chimiquement non réactifs avec les constituants de base, peuvent être par exemple des plastifiants, des ensimages, des colorants, des polymères autres que la cellulose susceptibles éventuellement d'être estérifiés pendant la réalisation de la solution ; il peut s'agir également de produits permettant par exemple d'améliorer la filabilité des solutions de filage, les propriétés d'usage des fibres obtenues, l'adhésivité de ces fibres à une matrice de gomme.

Le terme "formiate de cellulose" utilisé dans ce document couvre les cas où
les groupes hydroxyle de la cellulose sont substitués par d'autres groupes que les groupes formiate, en plus de ces derniers, par exemple des groupes esters, notamment des groupes acétate, le degré de substitution de la cellulose en ces autres groupes étant de préférence inférieur à 10 %.

Les termes "filage" ou "articles filés" doivent être pris dans un sens très général, ces termes concernant les fibres comme les films, qu'ils soient obtenus par extrusion, notamment à travers une filière, ou par coulée de solutions cristal-liquide en matières cellulosiques.

Pour conclure, en raison de leur niveau de propriétés et de leur procédé
d'obtention simplifié, les fibres de l'invention présentent un intérêt industriel à la fois dans le domaine des fibres techniques et dans celui des fibres textiles.

Claims (19)

REVENDICATIONS

1. Agent coagulant pour solution cristal-liquide à base de matières cellulosiques, caractérisé par les points suivants:

- il comporte de l'eau et au moins un additif;
- lorsqu'il est mis au contact de ladite solution, la cinétique de diffusion de l'agent coagulant dans la solution et celle de précipitation des matières cellulosiques sous l'action dudit agent, mesurées sous microscope au test dit "test de coagulation" pour un taux d'additif de 20 % en poids, sont régies par la relation suivante:

0,55 < K p/K d <= 1 , K d et K p étant respectivement les facteurs de diffusion et de précipitation (pentes des droites de "Fick" respectives), exprimés en µm / s1/2.

2. Agent coagulant selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on a la relation suivante:
K p/K d > 0,65.

3. Agent coagulant selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on a la relation suivante:
K p/K d > 0,75 .

4. Agent coagulant selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on a la relation suivante:

K p > 20.

5. Agent coagulant selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'on a la relation suivante:

K p > 30.

6. Agent coagulant selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'additif est choisi dans le groupe constitué par les formiates, les acétates et les phosphates d'ammonium, les sels mixtes de ces composés, ou les mélanges de ces constituants.

7. Agent coagulant selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la solution de filage est à base de formiate de cellulose dissous dans au moins un acide phosphorique.

8. Agent coagulant selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la solution de filage est à base de cellulose dissoute directement dans au moins un acide phosphorique.

9. Agent coagulant selon l'une quelconque des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que l'additif est l'orthophosphate diammonique (NH4)2HPO4.

10. Procédé de filage d'une solution cristal-liquide à base de matières cellulosiques, pour l'obtention d'un article filé, caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre avec un agent coagulant conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 9.

11. Procédé de filage selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il s'agit d'un procédé dit de "dry jet-wet-spinning".

12. Procédé de filage selon l'une quelconque des revendications 10 ou 11, caractérisé en ce que la profondeur d'agent coagulant traversée par l'article filé en cours de formation, est supérieure à 20 mm.

13. Procédé de filage selon l'une quelconque des revendications 10 à 12, caractérisé en ce que la température de l'agent coagulant est supérieure à 10°C.

14. Article filé obtenu selon un procédé conforme à l'une quelconque des revendications 10 à 13.

15. Fibre cellulosique avant les caractéristiques suivantes :
- sa ténacité T est supérieure à 40 cN/tex ;
- son module initial en extension Mi est supérieur à 1200 cN/tex ;
- sa déchéance en force-rupture .DELTA.F après 350 cycles de fatigue au test dit "test de barreau", sous un taux de compression de 3,5 % et une contrainte de tension de 0,25 cN/tex, est inférieure à 30 %.

16. Fibre selon la revendication 15, caractérisée en ce qu'elle vérifie au moins l'une des relations suivantes:

T > 45cN/tex ;
Mi > 1500 cN/tex .DELTA.F < 15 %.

17. Fibre selon la revendication 16, caractérisée en ce qu'elle vérifie au moins l'une des relations suivantes:

T > 50 cN/tex ;
Mi > 2000 cN/tex.

18. Fibre selon l'une quelconque des revendications 15 à 17, caractérisée en ce qu'elle est en cellulose régénérée à partir de formiate de cellulose, le degré de substitution de la cellulose en groupes formiate étant compris entre 0 et 2 %.

19. Article en caoutchouc(s) ou en matière(s) plastique(s), notamment enveloppe de pneumatique, renforcé par au moins une fibre cellulosique selon l'une quelconque des revendications 15 à 18.