Procédé pour la fabrication de particules finement divisées à base de polymères synthétiques
L'invention concerne un procédé pour la fabrication de particules finement divisées, à base de polymères linéaires synthétiques et leur utilisation pour la fabrication de papier.
Le procédé de fabrication de particules finement divisées selon l'invention est caractérisé en ce que l'on incorpore à un gel d'un tel polymère un composé solide et soluble dans un milieu aqueux, de façon à obtenir un mélange intime dont la consistance varie de celle d'une pâte à celle d'une poudre, que l'on disperse ce mélange dans un milieu aqueux dissolvant ou solubilisant le composé solide incorporé, et que l'on sépare les fines particules ainsi formées.
L'invention se rapporte aussi à l'utilisation de ces particules finement divisées pour la fabrication de papier.
Les qualités de résistance mécanique des fibres synthétiques, en particulier de celles à base de polyamides, polyesters, etc., ont conduit à utiliser ces fibres, en proportions toujours plus importantes, dans des domaines industriels très variés. Parmi ces domaines figure notamment celui de l'industrie du papier, dont les techniques sont utilisables également pour la fabrication d'autres structures fibreuses non tissées.
Les fibres synthétiques peuvent être ajoutées aux pâtes cellulosiques habituelles, pour augmenter la résistance des papiers obtenus. On prépare également des papiers de nature entièrement synthétique. Dans ce dernier cas, il est nécessaire, afin d'assurer la cohésion des fibres, de faire appel à des liants. Ceux-ci sont de différentes natures: on a proposé notamment des solutions de sels minéraux, des dispersions de résines synthétiques fusibles, en particulier de N-alcoxyalcoylpolyamides, ainsi que des fibres thermoplastiques, fondant ou se ramollissant à des températures auxquelles les fibres de base ne subissent aucune altération.
La cohésion des fibres dans le papier était assurée lors du calandrage qui était effectué dans le premier cas, à une température à laquelle les solutions de sels minéraux gonflent et plastifient localement les fibres de base, assurant ainsi leur adhérence mutuelle, et dans les deux autres cas, à température supérieure au point de fusion ou de ramollissement du liant. a a été décrit récemment un procédé permettant d'obtenir des structures fibreuses et/ou feuilletées utilisables, seules ou en mélange avec des fibres synthétiques et éventuellement des fibres naturelles, pour la fabrication du papier.
Ce procédé consiste à soumettre un polymère, à l'état incomplètement solidifié ou coagulé, à une action intense de cisaillement et/ou de battage, qui peut avoir lieu, dans le cas de polymères solubles, au moment où on les précipite de leur solution, ce cisaillement et/ou battage étant considéré comme indispensable pour l'obtention de structures utilisables comme liant.
Or, il a été trouvé, et c'est ce qui fait l'objet de la présente invention, qu'il était tout à fait possible d'obtenir des particules finement divisées utilisables comme liant dans les papiers, en l'absence de toute action mécanique de cisaillement et/ou de battage à partir d'un gel de polymeres synthétiques linéaires en incorporant un composé solide et soluble dans un milieu aqueux, en dispersant ce mélange dans un milieu aqueux, dissolvant ou solubilisant le composé solide incorporé, et en séparant les fines particules ainsi formées.
On désigne ordinairement sous le nom de gel des systèmes solides ou semi-solides à deux phases, dans lesquels les deux phases sont continues. Dans le cas des gels de polyamides notamment, leur aspect va de celui de produits durs, à apparence et toucher cireux, pour la teneur maximum en polymère, jusqu'à des produits devenant de plus en plus caoutchouteux, au fur et à mesure que la teneur en solvant augmente.
On ne pouvait imaginer qu'un procédé aussi simple permettrait d'obtenir des particules suffisamment divisées, et possédant un grand pouvoir de rétention d'eau (elles en absorbent facilement vingt fois leur poids). Jusqu'à présent en effet on estimait que seules les techniques faisant appel à une action intense de cisaillement et/ou de battage étaient capables de conduire à des structures valables pour le but envisagé.
Le composé solide peut être ajouté à une solution du polymère qu'on laisse ensuite se gélifier. Ce mode de réalisation permet d'obtenir un mélange particulièrement homogène.
Les composés solides utilisés peuvent être avantageusement des sels minéraux tels que: chlorure de sodium, etc. Le choix d'un sel particulier est en général une question de prix de revient. Ces sels peuvent d'ailleurs être récupérés si nécessaire par évaporation des eaux mères après séparation des particules pré cipitées.
Il peut être intéressant, pour favoriser la formation de particules très fines, d'utiliser un carbonate alcalin ou alcalino-terreux comme produit d'addition au gel de polymère, et de disperser le mélange dans de l'eau acidulée. La vive effervescence provoquée par le dégagement de gaz carbonique facilite l'écla. erllent des particules de polymère.
Au lieu de sels, on peut faire appel également à un gel soluble dans l'eau, à base, par exemple, de gélatine, de carboxyméthylcellulose, d'alginates, etc.
Ce procédé convient particulièrement pour préparer des particules finement divisées à partir d'interpolymères, qui sont solubles dans des solvants, plus courants que ceux des isopolymères correspondants.
On peut citer notamment les interpolyamides: par exemple les copolymères binaires issus de l'adipate d'hexaméthylène diamine et du caprolactame, les copolymères ternaires issus de ces deux composés et du sébaçate d'hexaméthylène diamine. Dans le cas des polyesters on peut utiliser, par exemple, les interpolyesters issus de l'acide téréphtalique, de l'éthylène glycol et du tétraméthylène glycol, ou bien de l'éthylène glycol et des acides téréphtalique et isophtalique (ou sébacique, ou hexahydrotéréphtalique, etc.).
Les gels de polymère que l'on traite contiennent de préférence 10 à 50 o/o de polymère. La quantité nécessaire de sel ou de gel soluble varie avec la nature du polymère et celle du composé ajouté. Elle doit être suffisante pour que le mélange de ce composé avec le gel de polymère possède une consistance allant de celle d'une pâte à celle d'une poudre.
Les particules précipitées et séparées des eaux mères contenant en solution le sel ou le gel solubles peuvent être utilsées telles quelles après lavage et égouttage, ou bien soumisses intermédiairement à un séchage dans des conditions modérées n'entraînant aucune modification sensible de leur structure physique. Elles sont facilement redispersables dans l'eau, notamment dans les suspensions aqueuses de fibres synthétiques destinées à la fabrication du papier.
Les exemples qui suivent sont donnés pour éclaircir mieux l'invention.
Les pourcentages s'y entendent en poids.
Exemple I
On dispose dans un mortier 10 g d'un gel hydroalcoolique contenant 28 O/o d'une interpolyamide issue de 60 O/o d'adipate d'hexaméthylène diamine et de 40 O/o de caprolactame. On ajoute lentement à ce gel, en broyant au moyen d'un pilon, 80 g de chlorure de sodiuin d'une granulométrie de 100 (norme AFNOR).
On obtient finalement une poudre très finement divisée, dont le toucher est sec, et qui ne colle ni aux parois du mortier ni au pilon.
On jette cette poudre dans 500 cm d'eau à 136 le sel, en se dissolvant, laisse apparaître des flocons extrêmement ténus.
Ces flocons, dont les dimensions se situent entre 10 et 60 ye, présentent un pouvoir de rétention d'eau important: ils en retiennent environ 25 fois leur poids après égouttage.
On les rince, Jusqu'à élimination totale du sel, par un litre d'eau à 130. a) Dans un désintégrateur contenant 2 litres d'eau
et tournant à 2000 tours/minute, on introduit 10g
de ces flocons égouttés (représentant 0,4 g d'inter
polyamide) avec 1,6 g de fibre de polyhexaméthy
lène adipamide de titre 1,S denier et de longueur
de coupe 4 mm. La proportion de ces flocons, qui
servent de liant, est donc de 20 O/o par rapport à
leur mélange avec la fibre.
Lorsque la dispersion est homogène, on l'in-
troduit dans une formette de laboratoire de maille
100. La feuille obtenue, essorée sur Büchner, puis
détachée, possède une bonne tenue à l'humide, ana
logue à celle des feuilles préparées à partir de
pâtes mécaniques peu raffinées. On la sèche du
rant 30 secondes entre une plaque portée à 1
et un feutre, puis on la soumet à un pressage pen
dant 40 secondes sous 25 kg/cm entre deux pla
ques chromées, polies et enduites de silicones,
portées à 1800. La fusion du liant provoque la liai
son entre les fibres.
On obtient après refroidisse
ment une feuille pesant 98 g/m- et possédant les
caractéristiques suivantes
Indice de déchirure : 571 (cet indice est oblenu
en divisant, par le poids du papier en g/m-, la
valeur donnée en kg par l'appareil Lhomme et
Argy ED 1).
Indice d'éclatement 30,5 - (cet indice est obtenu en
divisant par le poids du papier en g/nl-, la
valeur donnée en g/cm par l'éclatomètre
Müllen).
Longueur de rupture en m : 4220. b) Dans le même appareillage que sous a), on mé
lange 20g des mêmes flocons (représentant 0,8 g
d'interpolyamide) avec 1,2 g de fibre de polyhexa
méthylène adipamide, de titre 1,5 denier et de
longueur 4 mm, de façon à obtenir une proportion
de liant, dans la feuille, sensiblement égale à 40 /o.
Ce mélange est introduit dans une formette de
laboratoire dans les mêmes conditions que sous a).
La feuille obtenue possède les caractéristiques sui
vantes:
Indice de déchirure: 293
Indice d'éclatement : 63
Longueur de rupture: 5140
Exemple 2
On place dans un mortier 8 g d'un gel hydroalcoolique contenant 41 0/o d'une interpolyamide obtenue à partir de
- 20 o/, d'adipate d'hexaméthylène diamine;
- 50 O/o de caprolactame;
- et 300/o de sébaçate d'hexaméthylène diamine.
On ajoute lentement 64 g de chlorure de sodium d'une granulométrie de 100 (norme AFNOR), en broyant la pâte avec le pilon. Au fur et à mesure qu'on ajoute le sel, la pâte se transforme en une poudre très finement divisée, dont le toucher est sec. En la jetant par saupoudrage dans 500 cm3 d'eau à 130, on obtient des flocons très fins dont les dimensions avoisinent 50 put. Ils possèdent, après égouttage, un pouvoir de rétention d'eau de 25 fois leur poids à sec. On les rince jusqu'à élimination totale du sel qu'ils retiennent. a) Dans un désintégrateur contenant 2 litres d'eau et
tournant à 2000 tours/minute, on introduit 10g
des flocons rincés et égouttés (représentant 0,4 g
d'interpolyamide) et 1,6 g de fibre de polyhexa
méthylène adipamide de titre 1,5 denier et de lon
gueur 4 mm.
La proportion de flocons, qui servent
de liant, est ainsi de 20 o/o par rapport à leur mé
lange avec la fibre.
Lorsque la dispersion est homogène, on l'in
produit dans une formette de laboratoire munie
d'un tamis amovible de maille 100.
La feuille obtenue, essorée sur Büchner puis
détachée, possède une bonne tenue à l'humide. On
la sèche durant 30 secondes entre une plaque por
tée à 1500 et un feutre. On la soumet alors à un
pressage durant 40 secondes sous 25 kg/cm-entre
deux plaques chromées, polies et enduites de silico
nes, portées à une température de 1400. La fusion
du liant provoque la liaison entre les fibres.
On
obtient par refroidissement une feuille pesant
99 g/m" et possédant les caractéristiques suivantes
Indice de déchirure : 490
Indice d'éclatement : 33,5
Longueur de rupture : 3473 b) Dans le même appareillage que sous a) on mélange
20 g des mêmes flocons (représentant 0,8 g d'inter
polyamide) avec 1,2 g de fibre de polyhexaméthy
lène adipamide de titre 1,5 denier et de longueur
4 mu, de façon à obtenir une proportion de liant,
dans la feuille, voisine de 40 O/o.
Après traitement dans les mêmes conditions
que sous a), on obtient une feuille dont la surface
possède un glaçage excellent. Ses caractéristiques
sont les suivantes
Indice de déchirure : 410
Indice d'éclatement : 64,3
Longueur de rupture : 3473
Exemple 3
Selon un mode opératoire analogue à celui des exemples 1 et 2, on mélange 10 g d'un gel hydroalcoolique contenant 18 o/o d'une interpolyamide identique à celle de l'exemple 1, avec 10 g d'un gel de gélatine à 30 /o de matière sèche. On broie ensemble les deux gels de façon à obtenir une pâte. Cette dernière, jetée dans de l'eau à 400, donne naissance à des fragmentes spongieux d'interpolyamide, qui se laissent facilement réduire en menus flocons.
On prépare des feuilles selon la technique de l'exemple 1, en mélangeant avec ces flocons des fibres de polyhexaméthylène adipamide de titre 1,5 denier et de longueur 4 mm.
Les caractéristiques des feuilles obtenues sont très voisines de celles indiquées dans l'exemple 1.
Exemple 4
Dans un broyeur à couleurs, d'une contenance de 2 litres, on mélange 20g de carbonate de calcium, d'une granulométrie grossière, avec 10g d'un gel hydroalcoolique contenant 10 O/o en poids d'une interpolyamide identique à celle de l'exemple 2. On obtient une pâte homogène que l'on verse dans une cuve d'un litre remplie d'eau acidulée à 10 0/o d'acide chlorhydrique. Par action de l'acide sur le carbonate de calcium, il se dégage du gaz carbonique qui divise l'interpolyamide en une multitude de flocons très spongieux possédant un grand pouvoir de rétention d'eau.
Ces flocons, égouttés et rincés, sont facilement redispersables en présence de fibres polyamidiques par exemple.
On prépare des feuilles, selon le mode opératoire de l'exemple 2, avec des fibres de polyhexaméthylène adipamide, de titre 1,5 denier et de longueur 4 mm.
Les feuilles obtenues ont des caractéristiques voisines de celles citées dans l'exemple 2.
Exemple 5
On prépare 500 g d'une solution contenant 100 g d'une interpolyamide identique à celle de l'exemple 2, dans un solvant constitué par un mélange méthanol/ eau 80/20 en poids.
A cette solution maintenue à température de 45 et agitée, on incorpore 1 kg de chlorure de sodium.
On laisse la solution ainsi épaissie, durant une heure, dans une chambre froide où elle se gélifie.
On fractionne à la spatule la pâte obtenue, de façon à diviser les plus gros morceaux, puis on la jette dans de l'eau à 200. Par dissolution du sel dans l'eau, il se forme des flocons qui sont séparés de la liqueur-mère, puis lavés à l'eau pure.
Ces flocons possèdent un grand pouvoir de rétention d'eau (10 fois leur poids au moins) et sont facilement redispersables en présence de fibres polyamidiques par exemple.
On prépare des feuilles selon la technique de l'exemple 2, avec des fibres de polyhexaméthylène adipamide de titre 1,5 denier et de longueur 4 mm, de façon que la feuille obtenue contienne, comme liant, 20 oxo de ces flocons.
Ces feuilles, pressées dans les conditions décrites sous a) dans l'exemple 2, ont des caractéristiques très voisines de celles indiquées dans cet exemple.
Exemple 6
Selon un mode opératoire analogue à celui des exemples 1 et 2, on mélange 80 g de chlorure de sodium d'une granulométrie de 100 (norme AFNOR) avec 10g d'un gel contenant, dans du chlorure de méthylène, 20 oxo environ d'un interpolyester issu de l'éthylène glycol et d'un mélange acide hexahydrotéréphtalique/acide téréphtalique, en proportions molaires 25/75.
On obtient une poudre finement divisée, que l'on jette dans 500 cm3 d'eau à température ambiante. On recueille des flocons très fins, dont les dirnensions sont de l'ordre de 50 Fl. Ils possèdent, une fois égouttés, un pouvoir de rétention d'eau de 15 fois leur poids environ. On les rince jusqu'à élimination du sel qu'ils retiennent.
On prépare des feuilles selon la technique de l'exemple 1, en mélangeant, avec ces flocons, des fibres de polyéthylène téréphtalate de titre 1,5 denier et de longueur 4 mm de façon que la proportion de flocons, qui servent de liant, soit de 20 O/o par rapport à leur mélange avec la fibre.
Après séchage puis pressage, dans des conditions identiques à celles de l'exemple 1, sauf la température de pressage qui est de 1 55o, on obtient une feuille pesant 79,8 g/m2 et possédant les caractéristiques suivantes:
Indice de déchirure : 480
Indice d'éclatement : 30
Longueur de rupture : 1200
Exemple 7
De la façon indiquée dans l'exemple 4, ou mélange 80 g de carbonate de calcium avec 10 g d'un gel contenant, dans du chlorure de méthylène, 20 O/o environ d'un interpolyester issu de l'éthylène glycol et d'un mélange acide sébacique/acide téréphtalique en proportions molaires 33/67.
On obtient une poudre que l'on verse dans une cuve d'un litre remplie d'eau acidulée à 10 o/o d'acide chlorhydrique, comme dans l'exemple 4.
Les flocons obtenus, égouttés et rincés, sont facilement redispersables dans l'eau, par exemple en présence de fibres de polyéthylène téréphtalate.
A l'aide de ces flocons, on prépare des feuilles de la façon indiquée dans l'exemple 6, la température de pressage étant de 1800. Les feuilles obtenues possèdent des caractéristiques voisines de celles citées dans cet exemple.
REVENDICATIONS
I. Procédé de fabrication de particules finement divisées, à base de polymères synthétiques linéaires, caractérisé en ce que l'on incorpore à un gel d'un tel polymère un composé solide et soluble dans un milieu aqueux, de façon à obtenir un mélange intime dont la consistance varie de celle d'une pâte à celle d'une poudre, que l'on disperse ce mélange dans un milieu aqueux dissolvant ou solubilisant le composé solide incorporé, et que l'on sépare les fines particules ainsi formées.