Procédé de traitement de fibres naturelles et synthétiques, non textiles L'invention est relative à un procédé de traitement de fibres naturelles et synthétiques non textiles, en vue d'y produire une déformation pratiquement perma nente, et dans lequel on forme les fibres en une configu ration prédéterminée et on les maintient dans cette con figuration.
Il est connu des spécialistes en ce domaine que la plupart des fibres naturelles et beaucoup de fibres syn thétiques chimiquement apparentées sont d'une struc ture similaire à celle de la kératine protéique ou con tiennent un pourcentage élevé de cette kératine ou matière similaire. On croit que ces fibres comprennent de longues chaînes de polypeptide maintenues dans un agencement plissé par des liaisons d'hydrogène. Les lon gues chaînes de polypeptide sont reliées latéralement par au moins cinq types de forces attractives, à savoir des liaisons de peptide, des forces de Vander Walls et des liaisons de bisulfure.
Les positions d'équilibre que les chaînes de polypep tide peuvent prendre sous une série quelconque des con ditions dépendront de l'interréaction des diverses liai sons et de leurs forces relatives. C'est ainsi qu'à moins qu'un certain changement ne se produise dans les for ces à l'intérieur des molécules de fibre, par exemple les molécules de kératine, ce qui permettrait la transposi tion de la structure moléculaire, il est impossible d'impar tir, à des matières fibreuses, une configuration perma nente différente de celle qui est présente à l'origine.
Il est évident cependant que, lors de la rupture des liaisons attractives, les fibres peuvent être courbées ou frisées en une configuration donnée quelconque, après quoi les liaisons rompues peuvent être reconstituées dans leur conformation déformée, ce qui rend l'ondulation ou le frisage permanent.
Le problème en cause réside dans le fait que les pro cédés et les appareils de la technique antérieure, utilisés dans le traitement ou le frisage des cheveux humains ou d'autres fibres naturelles et synthétiques, ne sont pas suffisamment satisfaisants dans la rupture des liaisons de fibre qui maintiennent ensemble les chaînes de poly peptide, les fibres retournant inévitablement à leur con figuration initiale.
La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients. Le procédé selon l'invention est caracté risé en ce qu'on applique aux fibres un milieu de cou plage ayant une structure de liaison plus faible et pou vant être rompue plus facilement que celle de l'eau en libérant des radicaux et des ions libres, et, par l'inter médiaire de ce milieu une énergie ultrasonique prove nant d'un transducteur ultrasonique, tandis que les fibres sont maintenues dans la configuration désirée.
Ces caractéristiques et les avantages de l'invention ressortiront mieux de la description suivante, donnée à titre d'exemple avec référence au dessin annexé.
La fig. 1 est une vue en élévation d'un tube creux d'une matière de transducteur autour de laquelle des fibres sont représentées en une configuration circulaire ; la<U>fi-.</U> 2 est une vue en coupe prise suivant la ligne 2-2 de la fig. 1 ; la fig. 3 est une vue en élévation d'un transducteur incorporé dans un peigne pour réaliser le redressement des fibres ; la fig. 4 est une vue en élévation d'un autre agence ment de transducteur, dans lequel un transducteur tubu laire creux est introduit à l'intérieur d'un tube perforé autour duquel des fibres sont enroulées;
la fig. 5 est une vue en élévation d'un autre agence ment de transducteur utilisant une configuration à cor nes pour diriger une onde d'énergie longitudinale dans un sens radial; la fig. 6 est une vue en élévation d'un autre agence ment de transducteur intéressant dans le redressement de fibres ; la fig. 7 est une vue en élévation d'un autre agence ment encore de transducteur intéressant dans le redres sement de fibres ; la fig. 8 est une vue en élévation d'un autre agence ment de transducteur suivant l'invention, utilisant un élé ment de commande extérieur;
la fig. 9 est une vue en élévation d'un autre agence ment de transducteur suivant l'invention, englobant un courant à jet modulé; la fig. 10 est une vue en élévation d'un autre agence ment encore de transducteur suivant l'invention, utilisant un bain ultrasonique, la fi-. 11 est une vue en élévation d'un agencement de transducteur suivant la présente invention, sous forme d'une brosse et intéressant dans le redressement de fibres.
En se référant au dessin, on a représenté sur la fig. 1 un tube 20 fait en une matière pour transducteur, par exemple du titanate de baryum, avec ou sans additifs ou matières similaires, avec commande par un générateur d'ultrasons 22. Comme on le sait, un transducteur de cette allure vibrera suivant le mode radial en fonction de la fréquence de la sortie du générateur. La fibre 24 à traiter est enroulée autour du transducteur et maintenue dans l'état enroulé par un moyen convenable non repré senté. Un milieu de couplage décrit par la suite est appli qué aux fibres pour assurer un transfert efficace d'éner gie depuis le transducteur aux fibres.
Le milieu de cou plage peut également contenir des colorants, des agents de blanchiment et/ou d'autres agents de traitement des fibres en vue d'une action concourante sur celles-ci. On alimente un courant alternatif haute fréquence depuis le générateur 22 au transducteur 20, où il est converti en énergie mécanique agissant sur les fibres 24 par l'inter médiaire du milieu de couplage. On a trouvé qu'après l'application d'une énergie pendant une courte période de temps, les fibres resteront dans la configuration où elle sont enroulées sur le transducteur, et ce d'une manière presque illimitée. Cette configuration sera con servée même si les fibres sont ensuite lavées, blanchies ou soumises à d'autres traitements similaires.
Le milieu de couplage employé pour traiter les fibres en vue d'un meilleur transfert d'énergie depuis le transducteur aux fibres est caractérisé en ce qu'il a une faible structure de liaison plus faible que celle de l'eau, ces liaisons pouvant aisément être rompues, en compa raison de l'eau, avec libération de radicaux et d'ions li bres. De telles matières semblent rehausser fortement la rupture ultrasonique des liaisons moléculaires des fibres et elles aident également à la réorientation de celles-ci. Le milieu de couplage peut être choisi parmi un certain nombre de matières chimiques qui appartiennent à la classification générale susdite.
Cependant, les substan ces préférées pour l'utilisation suivant la présente inven tion sont l'iodure de méthyle, soit sous la forme pure, soit sous forme d'une solution avec de l'eau, de préfé rence une solution d'environ 15 à 20 % de concentration en volumes et la triéthanolamine, également sous la forme pure ou sous une forme diluée de manière simi laire avec de l'eau. Cependant, l'iodure de méthyle est toxique et ne devrait être utilisé que dans le traitement de fibres naturelles non associées aux être humains, par exemple des perruques, etc. Il n'y a pas de toxicité importante à noter pour la triéthanolamine et elle peut être employée avec succès dans le traitement des che veux humains sans que l'on ait à craindre des effets nui sibles quelconques.
La manière exacte suivant laquelle le procédé de la présente invention agit n'est pas comprise totalement. On croit que l'énergie ultrasonique rompt rapidement la plupart des liaisons moléculaires qui relient latéralement les chaînes de polypeptide dans les fibres de kératine ou similaires. Ceci permet à ces chaînes de former de nou velles liaisons et de nouvelles connexions moléculaires, et de ce fait de se réorienter à la configuration dans laquelle ces fibres ont été maintenues de force.
La manière suivant laquelle les matières liquides humidifiant les fibres durant l'application de l'énergie ultrasonique agissent n'est pas non plus comprise com plètement mais il semble que les matières se dissocient pour libérer et fournir une abondance d'ions et de radi caux libres qui se combinent avec les liaisons rompues et les liaisons moléculaires des fibres pour rehausser consi dérablement la réorientation moléculaire de ces fibres dans la configuration maintenue.
On croit qu'en pré sence d'ions libres, les liaisons sont plus facilement rom pues par l'application d'une énergie ultrasonique, avec de nouvelles liaisons avec ces ions dans la nouvelle confi guration telle que maintenue. Les ions libres sont nor malement portés par un support fluide, tel qu'un liquide, mais les ions peuvent former leur propre support, comme dans le cas d'un gaz ou liquide pur.
La fig. 3 illustre un peigne 26 présentant un alésage 28 recevant un transducteur 20. Lorsque le transducteur est commandé par un signal ultrasonore, et que les fibres mouillées par un milieu de couplage sont amenées à passer dans les dents 30 du peigne, ces fibres pren dront la configuration qu'elles avaient au moment du passage dans les dents 30.
La fig. 4 montre une bobine 32 qui peut être perforée, comme montré en 34, et autour de laquelle des fibres peuvent être enroulées et maintenues, cette bobine étant destinée à recevoir le transducteur 20. Des fibres, par exemple des cheveux humains, sont enroulées autour de plusieurs bobines de ce genre, le milieu de couplage est appliqué aux fibres et, à son tour, le transducteur est introduit dans les bobines et excité par un générateur. L'utilisation de bobines 32 permet l'emploi d'un seul transducteur 20 et d'un seul dispositif de commande 22 pour assurer un certain nombre d'opérations séparées de traitement de fibres comme lors de la réalisation d'ondulations permanentes aux cheveux des dames.
La fig. 5 montre une méthode différente de couplage d'une énergie ultrasonique à partir d'un transducteur 20a, par l'intermédiaire d'une barre 36, vibrant suivant un mode longitudinal, à des fibres 24 enroulées autour de la barre. A des intervalles espacés le long de cette barre 36, on a prévu une série de nervures 38 en forme de cornes, exponentielles et circonférentielles. Les cor nes des nervures 38 agissent suivant un mode de cisail lement et servent à réaliser un transfert d'une énergie ultrasonique aux fibres 24 depuis le transducteur 20a par l'intermédiaire d'une matière plastique 40 disposée entre les nervures 38.
La fig. 6 illustre un autre agencement suivant lequel une plaque 42 présente une série d'ailettes parallèles espacées 44. Un transducteur 20c est attaché à cette pla que pour transmettre une énergie ultrasonique à celle-ci et aux ailettes 44. On fait passer des fibres comportant un milieu de couplage entre les ailettes 44, ces fibres pre nant la configuration maintenue durant ce passage.
La fig. 7 illustre un transducteur 20d monté de manière à tourner sur un arbre 46 entraîné par un pignon 48. Une brosse cylindrique 50 est montée à rota tion sur un arbre 52 écarté de l'arbre 46 et parallèle à celui-ci. Les arbres 44 et 52 peuvent tourner dans le même sens ou dans des sens différents, comme on l'a représenté, et l'arbre 52 peut être entraîné grâce à un pignon 54 qui engrène avec le pignon 48. Un transduc teur 20d est commandé par un générateur d'ultrasons et on fait passer des fibres portant un milieu de cou plage entre le transducteur 20d et la brosse 50. Les fibres conserveront la configuration maintenue lors de leur pas sage sur le transducteur 20d.
La fig. 8 montre des fibres 24 portant un milieu de couplage, qui sont enroulées autour d'une barre pleine 56 qui est soumise à l'action d'un transducteur ultra- sonique 20e.
La fig. 9 illustre un agencement similaire, mais dans lequel l'énergie ultrasonique est couplée à la, barre 56 et aux fibres 24 par l'intermédiaire d'un courant d'un milieu de couplage liquide, tel que défini précédemment, modulé par un transducteur 20f en sortant d'un ajutage 58.
La fig. 10 montre un bain 60 d'un milieu de couplage soumis à l'action d'un transducteur ultrasonique 20g et à travers lequel on fait passer des fibres qui y sont soumi ses à une énergie ultrasonique.
La fig. 11 représente un transducteur ultrasonique 20h sous forme d'une brosse comportant des soies 62 attachées aux surfaces, le transducteur comportant une poignée 64. L'agencement de la fi-. 11, ainsi que ceux des fig. 3, 6, 7 et 10, sont particulièrement intéres sants dans le redressement de fibres.
La fréquence de l'énergie ultrasonique intéressante dans le traitement de fibres suivant la présente inven tion ne semble pas critique ; toutefois, des fréquences supérieures à l'intervalle audible semblent être les plus efficaces. Les fréquences qui conviennent le mieux à une application particulière sont déterminées par expérience et dépendront de la dimension et de la qualité de la fibre traitée. La puissance requise dépendra également de la dimension et de la qualité des fibres et de l'effi cacité du milieu de couplage, mais on croit toutefois qu'une somme suffisante de puissance doit être appli quée pour surmonter les forces maintenant les liaisons et pour rompre ces liaisons en vue de permettre une réorientation.
De la sorte, en mettant en oeuvre le procédé décrit, des brins de fibres, notamment des cheveux humains, sont enroulés et maintenus autour d'une forme, puis humidifiés ou soumis à l'action d'un milieu capable de fournir une quantité suffisante de radicaux et d'ions libres en vue d'une combinaison avec les liaisons rom pues, par exemple l'une des substances liquides définies précédemment. Après avoir été soumis à une courte exposition à l'énergie ultrasonique, les brins sont retirés de la forme. Les cheveux ont pris une déformation per manente, et des lavages, des fortes pressions et des sécha ges répétés ne peuvent pas supprimer ou modifier de façon importante la déformation.
D'autres fibres synthé tiques, ayant des structures chimiques apparentées, ont été traitées de façon similaire avec des résultats satis faisants. Pour supprimer une déformation préalable ment existante, les fibres sont soumises à une énergie ultrasonique, tandis qu'elles sont maintenues à l'état redressé.
Process for treating natural and synthetic, non-textile fibers The invention relates to a process for treating natural and synthetic non-textile fibers, with a view to producing a practically permanent deformation therein, and in which the fibers are formed into a predetermined configuration and they are kept in this configuration.
It is known to those skilled in the art that most natural fibers and many chemically related synthetic fibers are similar in structure to protein keratin or contain a high percentage of such keratin or similar material. These fibers are believed to comprise long polypeptide chains held in a folded arrangement by hydrogen bonds. Long polypeptide chains are linked laterally by at least five types of attractive forces, namely peptide bonds, Vander Walls forces and disulfide bonds.
The positions of equilibrium which the polypeptide chains can assume under any series of conditions will depend on the interaction of the various links and their relative strengths. Thus, unless some change occurs in the forces within the fiber molecules, for example keratin molecules, which would allow the transposition of the molecular structure, it is impossible to impregnate fibrous materials, a permanent configuration different from that which is present originally.
It is evident, however, that upon breaking the attractive bonds, the fibers can be bent or crimped into any given configuration, after which the broken bonds can be restored to their deformed conformation, making the crimping or crimping permanent. .
The problem involved lies in the fact that the methods and apparatus of the prior art, used in the treatment or crimping of human hair or other natural and synthetic fibers, are not sufficiently satisfactory in breaking the bonds of hair. fibers which hold the poly peptide chains together, the fibers inevitably returning to their original configuration.
The object of the present invention is to remedy these drawbacks. The process according to the invention is characterized in that a neck medium is applied to the fibers having a weaker binding structure and which can be broken more easily than that of water by releasing radicals and free ions. , and, through this medium, ultrasonic energy from an ultrasonic transducer, while the fibers are maintained in the desired configuration.
These characteristics and the advantages of the invention will emerge more clearly from the following description, given by way of example with reference to the appended drawing.
Fig. 1 is an elevational view of a hollow tube of transducer material around which fibers are shown in a circular configuration; <U> fi-. </U> 2 is a sectional view taken along line 2-2 of FIG. 1; fig. 3 is an elevational view of a transducer incorporated in a comb for straightening the fibers; fig. 4 is an elevational view of another transducer arrangement, in which a hollow tubular transducer is inserted inside a perforated tube around which fibers are wound;
fig. 5 is an elevational view of another transducer arrangement using a horn configuration to direct a longitudinal energy wave in a radial direction; fig. 6 is an elevational view of another transducer arrangement of interest in straightening fibers; fig. 7 is an elevational view of yet another arrangement of transducer of interest in straightening fibers; fig. 8 is an elevational view of another transducer arrangement according to the invention, using an external control element;
fig. 9 is an elevational view of another transducer arrangement according to the invention, including a modulated jet stream; fig. 10 is an elevational view of yet another arrangement of transducer according to the invention, using an ultrasonic bath, FIG. 11 is an elevational view of a transducer arrangement according to the present invention, in brush form and of interest in straightening fibers.
Referring to the drawing, there is shown in FIG. 1 a tube 20 made of a transducer material, for example barium titanate, with or without additives or the like, with control by an ultrasonic generator 22. As is known, a transducer of this shape will vibrate depending on the mode. radial as a function of the frequency of the generator output. The fiber 24 to be treated is wound around the transducer and maintained in the wound state by suitable means not shown. A coupling medium described below is applied to the fibers to ensure efficient transfer of energy from the transducer to the fibers.
The beach neck medium may also contain dyes, bleaches and / or other fiber treatment agents for concurrent action thereon. A high frequency alternating current is supplied from the generator 22 to the transducer 20, where it is converted into mechanical energy acting on the fibers 24 through the intermediary of the coupling medium. It has been found that after the application of energy for a short period of time, the fibers will remain in the configuration in which they are wound on the transducer in an almost unlimited fashion. This configuration will be retained even if the fibers are subsequently washed, bleached or subjected to other similar treatments.
The coupling medium employed to treat the fibers for better energy transfer from the transducer to the fibers is characterized in that it has a weak binding structure weaker than that of water, which bonds can easily be broken, in comparison with water, with the release of radicals and free ions. Such materials appear to greatly enhance the ultrasonic breaking of the molecular bonds of the fibers and they also aid in the reorientation of the fibers. The coupling medium can be selected from a number of chemical materials which belong to the above general classification.
However, the preferred substances for use according to the present invention are methyl iodide, either in pure form or as a solution with water, preferably a solution of about 15%. at 20% concentration by volume and triethanolamine, also in the pure form or in a form diluted similarly with water. However, methyl iodide is poisonous and should only be used in the treatment of natural fibers not associated with humans eg wigs etc. There is no significant toxicity to be noted for triethanolamine and it can be used successfully in the treatment of human hair without fear of any adverse effects.
The exact manner in which the process of the present invention works is not fully understood. Ultrasonic energy is believed to rapidly break most of the molecular bonds which laterally connect polypeptide chains in keratin fibers or the like. This allows these chains to form new bonds and molecular connections, and thereby reorient themselves to the configuration in which these fibers were forcibly held.
It is also not fully understood how the liquid materials wetting the fibers during the application of ultrasonic energy work is also not fully understood, but it appears that the materials dissociate to release and provide an abundance of ions and radiates. fibers which combine with the broken bonds and molecular bonds of the fibers to significantly enhance the molecular reorientation of these fibers in the maintained configuration.
It is believed that in the presence of free ions the bonds are more easily broken by the application of ultrasonic energy, with new bonds with these ions in the new configuration as maintained. Free ions are normally carried by a fluid support, such as a liquid, but the ions can form their own support, as in the case of a pure gas or liquid.
Fig. 3 illustrates a comb 26 having a bore 28 receiving a transducer 20. When the transducer is controlled by an ultrasonic signal, and the fibers wetted by a coupling medium are caused to pass through the teeth 30 of the comb, these fibers will take the lead. configuration they had when passing through the teeth 30.
Fig. 4 shows a coil 32 which can be perforated, as shown at 34, and around which fibers can be wound and held, this coil being intended to receive the transducer 20. Fibers, for example human hair, are wound around. In several such coils, the coupling medium is applied to the fibers and, in turn, the transducer is fed into the coils and energized by a generator. The use of coils 32 allows the use of a single transducer 20 and a single controller 22 to perform a number of separate fiber processing operations such as when making permanent waves to the hair of the hair. ladies.
Fig. 5 shows a different method of coupling ultrasonic energy from transducer 20a, through bar 36, vibrating in a longitudinal fashion, to fibers 24 wound around the bar. At spaced intervals along this bar 36, there is provided a series of ribs 38 in the form of horns, exponential and circumferential. The horns of the ribs 38 act in a shear fashion and serve to effect a transfer of ultrasonic energy to the fibers 24 from the transducer 20a through a plastic 40 disposed between the ribs 38.
Fig. 6 illustrates another arrangement in which a plate 42 has a series of spaced apart parallel fins 44. A transducer 20c is attached to this plate to transmit ultrasonic energy thereto and to the fins 44. Fibers having a fin 44 are passed through. coupling medium between the fins 44, these fibers taking the configuration maintained during this passage.
Fig. 7 illustrates a transducer 20d mounted so as to rotate on a shaft 46 driven by a pinion 48. A cylindrical brush 50 is rotatably mounted on a shaft 52 spaced from the shaft 46 and parallel thereto. The shafts 44 and 52 can rotate in the same direction or in different directions, as shown, and the shaft 52 can be driven by a pinion 54 which meshes with the pinion 48. A transducer 20d is controlled. by an ultrasound generator and fibers carrying a middle neck range are passed between the transducer 20d and the brush 50. The fibers will retain the configuration maintained as they pass over the transducer 20d.
Fig. 8 shows fibers 24 carrying a coupling medium, which are wound around a solid bar 56 which is subjected to the action of an ultrasonic transducer 20e.
Fig. 9 illustrates a similar arrangement, but in which ultrasonic energy is coupled to bar 56 and fibers 24 via a stream of a liquid coupling medium, as defined above, modulated by a transducer 20f coming out of a nozzle 58.
Fig. 10 shows a bath 60 of a coupling medium subjected to the action of an ultrasonic transducer 20g and through which fibers which are subjected thereto to ultrasonic energy are passed.
Fig. 11 shows an ultrasonic transducer 20h in the form of a brush having bristles 62 attached to the surfaces, the transducer having a handle 64. The arrangement of the fi-. 11, as well as those of FIGS. 3, 6, 7 and 10, are particularly interesting in the straightening of fibers.
The frequency of the ultrasonic energy of interest in the treatment of fibers according to the present invention does not appear to be critical; however, frequencies above the audible range appear to be the most effective. The frequencies that are best suited for a particular application are determined by experience and will depend on the size and quality of the fiber being processed. The power required will also depend on the size and quality of the fibers and the efficiency of the coupling medium, but it is believed, however, that a sufficient amount of power must be applied to overcome the forces maintaining the bonds and to break. these links in order to allow a reorientation.
In this way, by implementing the method described, strands of fibers, in particular human hair, are wound and held around a form, then moistened or subjected to the action of a medium capable of providing a sufficient quantity. radicals and free ions with a view to a combination with the Roman bonds, for example one of the liquid substances defined above. After being subjected to a short exposure to ultrasonic energy, the strands are removed from the form. The hair has become permanently deformed, and repeated washing, pressing and drying cannot remove or significantly modify the deformation.
Other synthetic fibers, having related chemical structures, have been treated in a similar fashion with satisfactory results. To suppress a previously existing deformation, the fibers are subjected to ultrasonic energy, while they are kept in the straightened state.