EP2456818A1 - Association de produits cationiques et anioniques naturels comme liant pour support textile - Google Patents

Association de produits cationiques et anioniques naturels comme liant pour support textile

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Publication number
EP2456818A1
EP2456818A1 EP10745379A EP10745379A EP2456818A1 EP 2456818 A1 EP2456818 A1 EP 2456818A1 EP 10745379 A EP10745379 A EP 10745379A EP 10745379 A EP10745379 A EP 10745379A EP 2456818 A1 EP2456818 A1 EP 2456818A1
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EP
European Patent Office
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anionic
polymers
binder
cationic
molecules
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP10745379A
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German (de)
English (en)
Inventor
Michel Bourgeois
Christine Faure
Stéphanie BAUMBERGER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institut Francais Textile et Habillement
Original Assignee
Institut Francais Textile et Habillement
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • D06M2200/35—Abrasion, pilling or fibrillation resistance

Definitions

  • the present invention relates to a combination of organic products, all from natural and renewable resources, for which binder properties for textile substrates have been demonstrated. More specifically, in the context of the present invention, the binder is the combination of polymers and / or molecules, at least one cationic and the other anionic.
  • these polymers and / or molecules can serve as a chemical binder for any type of textile support, whatever the structure and nature of the textile fibers used in the support.
  • the textile industry is defined as encompassing the entire process from fibers to the finished product.
  • two main sectors of activity are defined, namely the long fibers (for example wool) and the short fibers (for example cotton).
  • a textile support or textile structure is defined as an assembly of textile fibers, whatever the assembly technique used.
  • the nonwoven in which the fibers are randomly assembled are distinguished, the woven in which the fibers are an interweaving of warp yarns and weft yarns, and the knit where the fibers are interlaced in stitches.
  • the nonwoven fabric is distinguished from paper by the longer length of its fibers (about 5 mm) and especially by the absence of hydrogen bonds between the fibers.
  • a nonwoven is a manufactured sheet, consisting of directionally or randomly oriented webs or webs of fibers bound by friction and / or cohesion and / or adhesion, excluding paper and the products obtained. by weaving, knitting, tufting, seaming incorporating binding threads or filaments or felts by wet pressing, whether or not needled.
  • the field of textiles also includes composite materials.
  • a composite material is an assembly of at least two immiscible materials, but having good compatibility, thus constituting a new material that has properties that the elements alone do not possess. This possibility explains the increasing use of composite materials in different industrial sectors. Nevertheless, the exact description of a composite depends on the field of use and the expected mechanical performance.
  • a composite material consists of a fibrous framework, called reinforcement, which provides the mechanical strength and a protection, called matrix, which is generally a plastic material (thermoplastic or thermosetting resin) and which ensures the cohesion of the structure and the retransmission of the forces towards the fibrous reinforcement.
  • reinforcement which provides the mechanical strength
  • matrix which is generally a plastic material (thermoplastic or thermosetting resin) and which ensures the cohesion of the structure and the retransmission of the forces towards the fibrous reinforcement.
  • matrix which is generally a plastic material (thermoplastic or thermosetting resin) and which ensures the cohesion of the structure and the retransmission of the forces towards the fibrous reinforcement.
  • CMO - organic matrix composites
  • Ceramic matrix composites reserved for high-tech applications and working at high temperatures such as space, nuclear and military, as well as braking (ceramic brakes);
  • CCM metal matrix composites
  • the reinforcement is the skeleton supporting the mechanical forces. It can be in many forms: short fibers (mat) or continuous fibers (fabrics or multidirectional textures) depending on the intended application. Fibers generally have good tensile strength but low compressive strength. Among the most used fibers include glass fibers, carbon fibers, aramid fibers, silicon carbide fibers. For natural composites, there is a growing interest in plant fibers, such as hemp or flax. These fibers have good mechanical properties for a modest price, and are particularly ecological since they are natural products.
  • the resin remains synthetic (thermo-fusible polyolefin fibers or powders, polyamide, etc.). Many composites are also based on thermosetting polymers, which makes them difficult to recycle. These technological solutions therefore go against sustainable development.
  • the braids, ropes and structures mentioned above non-woven, fabrics or knits which have a three-dimensional structure (3D).
  • the fibers used in the field of textiles can be of natural, synthetic or artificial origins. Another classification of the fibers divides them into organic and mineral fibers, respectively:
  • mineral fibers such as fiberglass and asbestos
  • agrotextile namely the manufacture of flexible materials intended for example for the revegetation of soils or the fight against erosion
  • a binder (or resin) is defined as a product (liquid or solid) which assembles elements on the fibers constituting the textile: for example, immobilization of powder on fibers, fibers on fibers, molecules on fibers, microcapsules on fibers, ...
  • binders are used for textile finishing processes, such as:
  • the commercial binders used are acrylic, polyurethane or PVC binders.
  • the fibers are carded and transformed into a sheet.
  • the tablecloth is consolidated by different techniques:
  • binder either thermally, by adding a binder (powder or fiber) which melts and glues the fibers together;
  • the most common bonding to consolidate fiber webs involves commercial products derived from petroleum chemistry, such as polypropylene powders or two-component fibers in which one of the components melts at a temperature moderate and resins (eg epoxy resins).
  • petroleum chemistry such as polypropylene powders or two-component fibers in which one of the components melts at a temperature moderate and resins (eg epoxy resins).
  • thermoplastics available in powder form, such as starch modified by a chemical functionalization, or else polylactic acid (PLA for
  • Polylactic Acid or Polyhydroxyalkanoates (PHA) which are entirely synthetic molecules but based on vegetable raw materials;
  • thermosets such as epoxidized vegetable oils.
  • thermosets such as epoxidized vegetable oils.
  • the implementation of these binders requires the removal of powders, bicomponent fibers, or the projection or impregnation of the resins on the textile support, and the heating of the support at a high temperature.
  • the present invention relates to a binder for textile structures characterized in that this binder is exclusively of natural origin.
  • a structure or a textile support is defined as above, namely an arrangement of textile fibers, regardless of the method of manufacture of the structure (woven, knitted, nonwoven, braided textile surfaces ... whether 2D or 3D) and whatever the nature of textile fibers.
  • a satisfying binding function is defined as:
  • this binding function lasts over time and withstands various factors, in particular water and / or detergents, and abrasion.
  • Various tests are known to those skilled in the art for testing these properties, in particular:
  • washing standard in the field of clothing articles washing and domestic drying method NF EN 26330;
  • the binder according to the invention is characterized by the presence of at least two polymers and / or molecules of natural origin, one anionic and the other cationic respectively.
  • it is an organic binder, that is to say that at least the polymers and / or molecules contain carbon.
  • naturally occurring refers to the fact that these polymers and / or molecules are derived from renewable resources or raw materials, in other words that they are bio-based.
  • the said renewable resources may be of a plant or animal nature, of agricultural or marine origin: cereals, oilseeds, wood, fibers, algae, shells of crustaceans or insects, .... According to the definition of ADEME (Agency of the Environment and the Mastery of the Energy), it is thus about bioproducts.
  • the terms “naturally occurring” or “derived from renewable resources” indicate that the polymers and / or molecules may, in their natural state, be in anionic or cationic form, or may be slightly modified, especially to graft these ionic functions. However, these are to be differentiated from so-called synthetic molecules or polymers, generally derived from petroleum, the synthesis of which, in particular the polymerization, makes use of chemistry.
  • anionic polymers it is the combination of cationic and anionic polymers.
  • anionic polymers a possible alternative to the implementation of anionic polymers is the use of anionic molecules.
  • the term "polymer” is understood to mean a macromolecule composed of monomers of low molecular weight, linked together in a chain or in a network.
  • the anionic or cationic polymers used have molar masses of between 10 3 and 10 6 Da.
  • the polymers have a molecular weight of the order of 10 3 to 10 5 Da for the anionic lignosulfonates and 3.10 4 to 10 5 Da for the cationic starches. Thanks to their network structure and intermolecular ionic bonds between the negative charges of the anion and the positive charges of the cation, the high molecular weight polymers used in the composition of the binder therefore have the function of stiffening the textile support. bonding the fibers together and / or immobilizing elements (powder, molecules, microcapsules) on the fibers constituting the textile. They play perfectly their role of binder for textile supports.
  • the same polymer is both carrier of the anionic and cationic function, which is particularly the case of proteins such as albumin or collagen under conditions close to their isoelectric point.
  • the intramolecular bonds being weaker than the intermolecular bonds, such polymers are advantageously used in anionic or cationic form, in association with a polymer and / or a molecule carrying the complementary charge.
  • starch derivative in particular functionalized by quaternary ammonium functions.
  • Starch is a complex carbohydrate main constituent of cereals and potatoes.
  • Such cationic starch derivatives are commercially available, including:
  • Celquat H 100 or Polyquaternium 4 (National Starch), a hydroxyethyl cellulose dimethyl diallylammonium (cationic) copolymer (CAS #:
  • SC240C Celquat ® National Starch
  • polyquaternium- 10 CAS No. 53568-66-4
  • VECTOR SC 20157 ® (ROQUETTE), a cationic polymer derived from starch (No.
  • they may be salts or derivatives of chitosan.
  • the anionic polymer is a negatively charged lignin derivative.
  • Lignin is a group of compounds found mainly in the pectocellulosic walls of certain plant cells, including wood.
  • a preferred derivative of lignin is lignosulfonate (CAS RN: 8062-15-5), resulting from the production of pulp using bisulphite and carrying anionic sulfonate functions.
  • calcium lignosulfonate (CAS No: 8061-52-7), sodium lignosulfonate (CAS No: 8061-51-6), potassium lignosulfonate (CAS No: 37314-65-1), and ammonium lignosulfonate (CAS No. 8061-53-8) may be used in the context of the present invention.
  • REAX 81 A ® (Mead Westvaco), average degree of sulfonation, with about 5% sulfur;
  • Lignosol SD 60 ® (Borregaard LignoTech).
  • anionic polymers such as sodium alginate derived from algae, cellulose oxide resulting from the oxidation of cellulose or anionic starch from chemical modification of the native starch. It may also be salts of carboxymethylcellulose (CMC) or hyaluronic acid.
  • CMC carboxymethylcellulose
  • the anionic "component" of the binder according to the invention may be an anionic molecule of natural origin, advantageously having a molar mass of between 100 and 1000 Da. In a preferred manner, it is a soluble fatty acid salt derived from natural products of both plant and animal origin.
  • an anionic molecule may be sodium oleate or sodium lauryl sulphate.
  • the present invention is not limited to the combination of an anionic polymer or molecule and a cationic polymer, but that one or more polymers and / or anionic molecules may be associated with one or more cationic polymers. , the essential condition in the context of the invention being that all of these polymers and / or molecules is of natural origin.
  • the mass ratio of polymers and / or anionic molecule / cationic polymers, in particular cationic starch / sodium lignosulfonate is advantageously:
  • the mixture has too much water solubility incompatible with the desired binder function.
  • biodegradable means that, by the action of microorganisms under aerobic conditions, the decomposition of an organic compound with CO 2, water and mineral salts provides a new biomass.
  • a product is said to be biodegradable if it can be decomposed by living organisms in the biological environment (soil, fresh water, salt water, compost, activated sludge, etc.). Biodegradation results in a gradual simplification of the chemical structure of the organic compound: cleavage of the polymer chains and obtaining oligomers of low molecular weights available for the synthesis of cellular constituents (biomass).
  • the invention also relates to a method of depositing a binder as defined above on a textile support. This can be achieved for textile finishing, namely the assembly of elements on the fibers constituting the textile (immobilization of powder on fibers, fibers on fibers, molecules on fibers, microcapsules on fibers, etc.). or for the consolidation of a nonwoven textile support.
  • such a method comprises the following steps:
  • At least one solvent At least one solvent
  • the polymers and / or anionic and cationic molecules of natural origin are defined as above.
  • the anionic and cationic polymers and / or molecules are advantageously formulated in a liquid medium, using at least one solvent.
  • a true or colloidal solution is thus obtained.
  • the mixture is in the form of a solution. It is therefore preferentially an extemporaneous mixture, ready to use.
  • the mixture or the composition according to the invention therefore consists of:
  • the mixture or composition according to the invention does not contain fibers and / or mineral fillers and / or surfactants and / or precursors or accelerators of thermoset resins (of the isocyanate, epoxide, phenol derivative type). , imidazoles, polyamines).
  • the solvent is water, optionally supplemented with an alcohol.
  • the alcohol may be either a light alcohol (defined as having not more than 3 carbon atoms), or a heavy alcohol (defined as having at least 4 carbon atoms), optionally in a mixture.
  • a preferred light alcohol is ethanol.
  • Glycerol is also a by-product of the trans-esterification of vegetable oils in the production of methyl esters of vegetable oils that serve as fuels under the name of biodiesel or diester.
  • the dispersion of the cationic and anionic polymers and / or molecules in the solvent depends on the respective nature of these polymers and / or molecules and the solvent, but also on the concentration of polymers and / or molecules and the mass ratio between the polymers and / or molecules in the presence.
  • the polymers and / or molecules constituting the binder advantageously represent at most 20% by weight. of the mixture. This is the mass ratio between the dry matter of the binder and the total material of the mixture (binder + solvent in particular).
  • the mass ratio between polymers and / or anionic and cationic molecules, respectively is advantageously:
  • the plasticizer may be glycerol or polyethylene glycol (PEG).
  • PEG polyethylene glycol
  • the application of the mixture on the textile support is carried out by spraying, in practice using a device equipped with one or more nozzles for projecting the mixture in the form of droplets.
  • this deposit can be achieved by the other two techniques conventionally used in the textile field, namely by padding or immersion in full bath.
  • this deposition may be carried out by spraying with the aid of separate mixtures in solution in a solvent, or in the solid state.
  • each polymer and / or molecule can be deposited independently.
  • the application is carried out in a mass ratio between the dry matter of the binder mixture and the fibers of the textile support between 0.1 and 20%, ideally between 2% and 5%.
  • the next step is to fix or activate the binder on the textile support.
  • this is achieved by simple partial or total elimination of all or part of the solvents in the presence.
  • the elimination is carried out by simple drying at a temperature adapted to the fibers and the products.
  • the preferred temperature range is between 100 and 120 ° C.
  • this drying can also be carried out at ambient temperature.
  • the implementation of moderate temperatures in the treatment of the textile constitutes a significant difference, with the prior art which required the heating of the support at an elevated temperature, greater than 150 ° C.
  • the spray application technique has the advantage of reducing the amount of solvent in the presence and especially to facilitate its elimination due to its dispersion in droplets.
  • the mixture of at least two polymers and / or anionic and cationic molecules, respectively is produced in situ, that is to say directly on the textile support. In practice, this can be achieved by formulating each type of ionic polymer and / or molecule in a solvent and spraying each solution either consecutively or simultaneously but from separate nozzles.
  • FIG. 1 illustrates, in industrial trials, the influence of different spray mixtures on the mechanical properties of a rolled nonwoven of 600 g / m 2 in the production direction (A) or in the cross direction (B).
  • FIG. 2 illustrates, in laboratory tests, the influence of different spray mixtures on the mechanical properties of a calendered non-woven fabric in the production (A) or cross-direction (B) direction.
  • FIG. 3 illustrates, in laboratory tests, the influence of different spray mixtures on the mechanical properties of a non-roving rolled non-woven fabric in the production (A) or cross-direction (B) direction.
  • FIG. 4 illustrates, in laboratory tests, the influence of different spray mixtures on the mechanical properties of a non-rolled non-woven fabric in the production (A) or cross-direction (B) direction.
  • FIG. 5 illustrates, in laboratory tests, the influence of different spray mixtures on the mechanical properties of a non-rolled non-rolled non-woven fabric in the production (A) or cross-direction (B) direction.
  • the general protocol for obtaining a binder based on sodium lignosulfonate and cationic starch in water is as follows:
  • Lignosulfonate Arbo Nl 8 ® (anionic polymer) is in solid form, is dissolved in cold water or optionally warmed to 40 0 C to accelerate dissolution.
  • the cationic starch C * Bond 05949 HR ®, Cationamyl ® 9865 or Hl Celquat ® 00 is in the form of powdered solids is solubilized in water at 95 ° C (to accelerate dissolution), using a stirrer Powerful Ultra Turrax ® at 6000 rpm until the solution is translucent, while maintaining the temperature at around 95 ° C.
  • the two solutions are mixed by pouring the lignosulfonate solution Arbo N 18 ® in the cationic starch solution.
  • the liquid medium thickens and then becomes fluid and can become a mixture of gum in water in the mass ratios of cationic starch / lignosulfonate.
  • This binder is sprayable at room temperature.
  • This example describes industrial tests involving spraying of lignosulfonate binders and cationic starch on hemp nonwovens. The conditions of water removal and the properties of the reinforced support (especially the mechanical strength) are indicated.
  • the fibrous supports used for the spray treatments are nonwovens of needled hemp fiber.
  • Control nonwovens are raw needled hemp nonwovens, having undergone the same treatment (heating / calendering) as sprayed nonwovens.
  • the binders are sprayed with a hand sprayer (gun type for addition of fluid liquids) on each side of the sample at a rate of about 2% dry matter.
  • the speed of advance of the nonwoven in the oven and the temperature are adjusted in order to dry the sample under good conditions, without decomposition (120 ° C. for 45 seconds).
  • Binders 3, 1 'and 2' were used in this example 5. Binders 1, 2 and 3 were used in Example 6 below.
  • the impregnated and dried nonwoven is calendered (or not) at the outlet of the oven, at 90 ° C. so as not to alter the nonwoven fabric.
  • tensile tests were carried out on the various samples made industrially.
  • test specimens 5 ⁇ 20 cm (one specimen in the production direction and one specimen in the cross direction);
  • Test parameters tensile speed 50 mm / min;
  • the binder 1 '(anionic + cationic) is the least effective
  • the sprays were carried out on the same nonwoven needled hemp of 600 g / cm 2 , rusty or not, used in Example 5.
  • the binders are sprayed with a hand sprayer (gun type for fluid addition) on each side of the sample.
  • the speed of advance of the nonwoven in the oven and the temperature are adjusted in order to dry the sample under good conditions (120 ° C. for 45 seconds).
  • the samples are calendered or not at 90 0 C so as not to alter the nonwoven.
  • the binders 1, 2 and 3 are sprayed on each side with 2% (+/- 0.1%) in total dry matter relative to the mass of fibers.
  • the tensile tests are carried out on these samples under conditions similar to those of Example 5.
  • the figures show the change in% of the mechanical characteristics provided by the binder with respect to the control supports (non-woven blanks, calendered or not).
  • the maximum resistance Fm (Rmax in the figures) is significantly improved (from 30 to 120%).
  • the binder 3 is most suitable for the calendered-retted sample
  • the binder 2 is the most suitable for the calendered-non-rusty sample
  • the binder 2 is the most suitable for the non-calendered-rusty sample
  • the binder 3 is the most suitable for the non-calendered-non-rusty sample.
  • a heavy alcohol in this case glycerol
  • glycerol is added in the binder formulation at a level of 1% relative to the solids.
  • Glycerol is placed in the solution of Vector SC 20157 ® .
  • the Vector SC 20157 ® + Glycerol solution is then added to the lignosulfonate:
  • Table 5 summarizes the test carried out and indicates the percentages of the constituents of the binder, in dry matter:
  • the binder is sprayable at room temperature.
  • the resulting sample is softer to the touch.
  • the binder whose composition is shown in Table 6 below is applied by coating on a cotton fabric of 130 g / m 2 .
  • the fabric is dried in an oven at 120 ° C. for 45 seconds.
  • a test piece of the fabric prepared above is washed.
  • the fabric is washed twice at 40 ° C. in the presence of ECE lye without perborate according to standard NF EN 26330.
  • the sample is dried. A small portion of the binder placed in excess on the cotton was removed at the washings. The majority of the binder remained on the fabric after washing. The binder placed on cotton by coating is resistant after 2 washes.
  • the test is carried out on a specimen of the fabric prepared above according to standard NF EN ISO 105-X12 (crockmeter test).
  • the binder must not generate powder during the various manipulations of the textile (during manufacture, storage, installation or during use). In order to verify this property, an abrasion resistance test is done on the crockmeter.
  • the abrasive medium is cotton.
  • test piece is fixed on the cylindrical part of the apparatus and then deposited on the abrasive cotton support.
  • the crank is then actuated.
  • white abrasive cotton Teests carried out with 150 fast returns.
  • the results are satisfactory, the binder placed on cotton by coating is resistant after 150 round trips.
  • the binder whose composition is shown in Table 7 below is sprayed onto a white cotton fabric of 130 g / m 2 .
  • the impregnation rate is 8.0% dry matter.
  • the fabric is dried in an oven at 120 ° C. for 45 seconds.
  • the treated fabric and the untreated fabric are buried in the soil for 8 and 15 days.
  • the tissues are taken out of the ground, cleaned and weighed.
  • the binder placed on the cotton was degraded largely in the soil, under the conditions of the test.
  • the treated cotton has not deteriorated much: the cotton begins to degrade when the totality of the binder disappeared after 15 days.
  • the binder has behaved as a biodegradation retarding agent.
  • untreated cotton began to degrade (10% weight loss).
  • the addition of the binder according to the invention does not inhibit the natural chain of biodegradation in soil, formation of humus and biomass;

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Abstract

La présente invention concerne l'utilisation d'un mélange contenant au moins deux polymères et/ou molécules organiques d'origine naturelle, l'un anionique et l'autre cationique respectivement, comme liant pour support textile, ainsi qu'un procédé de dépôt de liant basé sur un tel mélange pour réaliser un ennoblissement textile ou pour consolider un support textile.

Description

ASSOCIATION DE PRODUITS CATIONIOUES ET ANIONIOUES NATURELS COMME LIANT POUR SUPPORT TEXTILE
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention a trait à une association de produits organiques, tous issus de ressources naturelles et renouvelables, pour laquelle des propriétés de liant pour supports textiles ont été mises en évidence. Plus précisément, dans le cadre de la présente invention, le liant est la combinaison de polymères et/ou de molécules, au moins l'un cationique et l'autre anionique.
Grâce à un procédé relativement simple, ces polymères et/ou molécules peuvent servir de liant chimique pour tout type de support textile, quelles que soient la structure et la nature des fibres textiles mises en œuvre dans le support.
ETAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
L'industrie textile se définit comme englobant l'ensemble du processus en partant des fibres jusqu'au produit fini. Dans ce domaine technique, on définit deux grands secteurs d'activité, à savoir la filière fibres longues (par exemple la laine) et la filière fibres courtes (par exemple le coton).
Un support textile -ou structure textile- est défini comme un assemblage de fibres textiles, quelle que soit la technique d'assemblage mise en œuvre. On distingue le non tissé dans lequel les fibres sont assemblées de manière aléatoire, le tissé dans lequel les fibres sont un entrecroisement de fils de chaine et de fils de trame, et le tricot où les fibres sont entrelacées en mailles. Le textile non tissé se distingue du papier par la longueur supérieure de ses fibres (5 mm environ) et surtout par l'absence de liaisons hydrogène entre les fibres.
En d'autres termes, un non tissé est une feuille manufacturée, constituée de voiles ou de nappes de fibres orientées directionnellement ou au hasard, liées par friction et/ou cohésion et/ou adhésion, à l'exclusion du papier et des produits obtenus par tissage, tricotage, tuftage, couturage incorporant des fils ou filaments de liage ou feutrés par foulage humide, qu'ils soient ou non aiguilletés. Le domaine du textile englobe également les matériaux composites. Un matériau composite est un assemblage d'au moins deux matériaux non miscibles, mais ayant une bonne compatibilité, constituant ainsi un nouveau matériau qui possède des propriétés que les éléments seuls ne possèdent pas. Cette possibilité explique l'utilisation croissante des matériaux composites dans différents secteurs industriels. Néanmoins, la description exacte d'un composite dépend du domaine d'utilisation et des performances mécaniques attendues.
De manière générale, un matériau composite est constitué d'une ossature fibreuse, appelée renfort, qui assure la tenue mécanique et d'une protection, appelée matrice, qui est généralement une matière plastique (résine thermoplastique ou thermodurcissable) et qui assure la cohésion de la structure et la retransmission des efforts vers le renfort fibreux. Il existe aujourd'hui un grand nombre de matériaux composites que l'on classe typiquement en trois familles, en fonction de la nature de la matrice :
- les composites à matrices organiques (CMO) qui constituent, de loin, les volumes les plus importants aujourd'hui à l'échelle industrielle ;
les composites à matrices céramiques (CMC) réservés aux applications de très haute technicité et travaillant à haute température comme le spatial, le nucléaire et le militaire, ainsi que le freinage (freins céramique) ;
- les composites à matrices métalliques (CMM).
Le renfort est le squelette supportant les efforts mécaniques. Il peut se présenter sous de nombreuses formes : fibres courtes (mat) ou fibres continues (tissus ou textures multidirectionnelles) en fonction de l'application envisagée. Les fibres possèdent généralement une bonne résistance à la traction mais une résistance à la compression faible. Parmi les fibres les plus employées, on peut citer les fibres de verre, les fibres de carbone, les fibres d'aramide, les fibres de carbure de silicium. Pour les composites naturels, un intérêt croissant est porté aux fibres végétales, comme le chanvre ou le lin. Ces fibres ont de bonnes propriétés mécaniques pour un prix modeste, et sont particulièrement écologiques puisque ce sont des produits naturels.
La résine reste synthétique (fibres ou poudres de polyoléfïne thermo fusible ; polyamide, ...). Beaucoup de composites sont aussi à base de polymères thermodurcissables, ce qui les rend difficilement recyclables. Ces solutions technologiques vont donc à l'encontre du développement durable. Dans le domaine du textile, on peut en outre citer les tresses, cordes et les structures évoquées précédemment (non tissés, tissus ou tricots) qui présentent une structure en trois dimensions (3D). De manière générale, les fibres mises en œuvre dans le domaine du textile peuvent être d'origines naturelle, synthétique ou artificielle. Une autre classification des fibres les divisent en fibres organiques et minérales, respectivement :
fibres minérales, telles que fibres de verre et amiante ;
fibres organiques :
• d'origine naturelle animale (telles que la soie ou la laine) ou végétale (telles que le coton, le lin ou le chanvre) ;
• d'origine synthétique (polyamide, polyester, ...)
• d'origine artificielle (viscose, acétate de cellulose). Les supports textiles trouvent de nombreuses applications, notamment dans les domaines suivants :
l'habillement, l'ameublement ;
le transport (automobile, aérien, ferroviaire), plus précisément pour la garniture de l'habitacle ou pour l'élaboration de panneaux pour la carrosserie ;
- la fabrication de panneaux pour le bâtiment ;
le moulage d'éléments de conditionnement et de transport ;
l' agrotextile, à savoir la fabrication de matériaux souples destinés par exemple à la revégétalisation des sols ou à la lutte contre l'érosion ;
Dans l'industrie textile, d'une façon générale, un liant (ou résine) est défini comme un produit (liquide ou solide) qui assemble des éléments sur les fibres constituant le textile : par exemple, immobilisation de poudre sur fibres, de fibres sur fibres, de molécules sur fibres, de microcapsules sur fibres,... . Ainsi, les liants sont utilisés pour les procédés d'ennoblissement textiles, tels que :
impressions ou teintures à base de pigments ;
enduction sur textile ;
immobilisation de microcapsules sur fibres ;
immobilisation d'actifs biocides (antimicrobiens, anti-insectes, ...) sur fibres ;
- immobilisation de molécules odorantes sur fibres. Pour ces applications, les liants commerciaux utilisés sont les liants acryliques, polyuréthane ou PVC.
Par ailleurs, dans l'industrie des non tissés en particulier, les fibres sont cardées et transformées en nappe. La nappe est consolidée par différentes techniques :
soit thermiquement, par ajout d'un liant (en poudre ou en fibres) qui fond et colle les fibres entre elles ;
soit par aiguilletage (liage mécanique) ;
soit par ajout d'un liant chimique (ou adhésif) qui colle les fibres entre elles (imprégnation chimique) ;
soit en utilisant une combinaison de plusieurs de ces techniques.
Dans l'industrie des non tissés, le liage le plus répandu pour consolider les nappes de fibres fait appel à des produits commerciaux issus de la chimie du pétrole, tels que les poudres de polypropylène ou les fibres bicomposantes dont un des composants fond à une température modérée et les résines (par exemple les résines époxy).
Bien sûr, d'un point de vue environnemental, ces solutions pour le liage, basées sur des ressources pétrolières, sont considérées comme peu satisfaisantes.
Ainsi, il a été envisagé de créer des structures liées chimiquement mais d'origine naturelle et biodégradable. Dans la littérature, deux grandes catégories de solutions techniques d'origine végétale ont été rapportées :
les thermoplastiques, disponibles sous forme de poudre, telles que l'amidon modifié par une fonctionnalisation chimique, ou encore l'acide polylactique (PLA pour
Polylactic Acid) ou les Polyhydroxyalkanoates (PHA) qui sont des molécules entièrement synthétiques mais à base de matières premières végétales ;
les thermodurcissables, telles que les huiles végétales époxydées. Toutefois, la mise en œuvre de ces liants nécessite la dépose des poudres, des fibres bicomposantes, ou la projection ou l'imprégnation des résines sur le support textile, et le chauffage du support à une température élevée.
Il existe donc un besoin évident d'identifier de nouvelles solutions techniques utilisables pour le traitement des structures textiles par des liants, notamment pour un ennoblissement textile ou un liage chimique de non tissés, ne présentant pas les inconvénients de celles de l'art antérieur mentionnées ci-dessus. EXPOSE DE L'INVENTION
Ainsi, la présente invention porte sur un liant pour structures textiles caractérisé par le fait que ce liant est exclusivement d'origine naturelle.
Dans le cadre de l'invention, une structure ou un support textile est défini comme ci- dessus, à savoir un agencement de fibres textiles, quel que soit le procédé de fabrication de la structure (surfaces textiles tissées, tricotées, non tissées, tressées..., qu'elles soient 2D ou 3D) et quelle que soit la nature des fibres textiles.
Par ailleurs, une fonction liante satisfaisante est définie comme :
une consolidation mécanique du support textile, et/ou
une immobilisation d'éléments (poudre, molécules, microcapsules) sur les fibres constituant le textile.
De manière avantageuse, cette fonction liante perdure dans le temps et résiste à différents facteurs, notamment à l'eau et/ou à des détergents, et à l'abrasion. Différents tests sont connus de l'homme du métier pour tester ces propriétés, notamment :
la norme de lavage dans le domaine des articles d'habillement = Méthode de lavage et de séchage domestique NF EN 26330 ;
la norme pour évaluer la résistance aux frottements de textiles = Norme NF EN ISO
105-X12 (test au crockmeter).
Plus précisément, le liant selon l'invention se caractérise par la présence d'au moins deux polymères et/ou molécules d'origine naturelle, l'un anionique et l'autre cationique respectivement.
En pratique, il s'agit d'un liant organique, c'est-à-dire qu'au moins les polymères et/ou molécules contiennent du carbone.
On entend par « d'origine naturelle » le fait que ces polymères et/ou molécules sont issus de ressources ou matières premières renouvelables, en d'autres termes qu'ils sont biosourcés. Lesdites ressources renouvelables peuvent aussi bien être de nature végétale qu'animale, d'origine agricole que marine : céréales, oléagineux, bois, fibres, algues, carapaces de crustacés ou d'insectes, .... Selon la définition de l'ADEME (Agence de l'Environnement et de la Maitrise de l'Energie), il s'agit donc de bioproduits. Les termes « d'origine naturelle » ou « issus de ressources renouvelables » indiquent que les polymères et/ou molécules peuvent, à l'état naturel, se présenter sous forme anio nique ou cationique, ou bien peuvent être faiblement modifiés, notamment de manière à greffer ces fonctions ioniques. Toutefois, ceux-ci sont à différencier des molécules ou polymères dits synthétiques, généralement issus du pétrole, dont la synthèse -notamment la polymérisation- fait appel à la chimie.
De manière avantageuse, il s'agit de la combinaison de polymères cationiques et anioniques. Toutefois, une alternative possible à la mise en œuvre de polymères anioniques est l'utilisation de molécules anioniques.
Dans le cadre de l'invention, on entend par « polymère » une macromolécule composée de monomères de faible masse moléculaire, liés entre eux en chaîne ou en réseau. Avantageusement, les polymères anioniques ou cationiques mis en œuvre possèdent des masses molaires comprises entre 103 et 106 Da. Typiquement, les polymères présentent une masse moléculaire de l'ordre de 103 à 105 Da pour les lignosulfonates anioniques et 3.104 à 105 Da pour les amidons cationiques. Grâce à leur structure en réseau et aux liaisons ioniques intermoléculaires s 'établissant entre les charges négatives de l'anion et les charges positives du cation, les polymères de haut poids moléculaire entrant dans la composition du liant ont donc pour fonction de rigidifîer le support textile, d'assembler par collage les fibres entre elles et/ou d'immobiliser des éléments (poudre, molécules, microcapsules) sur les fibres constituant le textile. Ils jouent ainsi parfaitement leur rôle de liant pour supports textiles.
Il peut être envisagé qu'un même polymère soit à la fois porteur de la fonction anionique et cationique, ce qui est notamment le cas de protéines telles que l'albumine ou le collagène dans des conditions proches de leur point isoélectrique. Toutefois, les liaisons intramoléculaires étant moins fortes que les liaisons intermoléculaires, de tels polymères sont avantageusement utilisés sous forme anionique ou cationique, en association avec un polymère et/ou une molécule porteur de la charge complémentaire.
Concernant le polymère cationique, il s'agit avantageusement d'un dérivé de l'amidon, en particulier fonctionnalisé par des fonctions ammonium quaternaire. L'amidon est un glucide complexe constituant principal des céréales et de la pomme de terre. De tels dérivés cationiques d'amidon sont disponibles dans le commerce, notamment :
Celquat H 100® ou polyquaternium 4 (National Starch), un copolymère hydroxyéthyl cellulose diméthyl diallylammonium chlorure (cationique) (n° CAS :
92183-41-0) ;
- Celquat L200® (National Starch) ou polyquaternium 4, un polymère cationique cellulosique ;
Celquat SC240C® (National Starch) ou polyquaternium- 10 (n° CAS : 53568-66-4), un hydroxyéthyl cellulose éthoxylé et quaternisé ;
C*Bond HR 05949® (Cargill Industrial Starches), un amidon cationique ayant un taux d'azote de 0,1 % en matière sèche (n° CAS : 56780-58-6) ;
Cationamyl 9865® (AGRANA STÀRKE GMBH), un amidon de pomme de terre ayant un taux d'azote de 0,27 - 0,32 % (n° CAS : 56780-58-6) ;
VECTOR SC 20157® (ROQUETTE), un polymère cationique issu d'amidon (n°
CAS 56780 58 6).
Alternativement, il peut s'agir de sels ou de dérivés du chitosane.
De manière privilégiée, le polymère anionique est un dérivé de la lignine chargé négativement. La lignine correspond à un groupe de composés trouvés principalement dans les parois pectocellulosiques de certaines cellules végétales, notamment le bois. Un dérivé privilégié de la lignine est le lignosulfonate (n° CAS : 8062-15-5), résultant de la production de pâte à l'aide de bisulfite et porteur de fonctions anioniques sulfonate. Ainsi, le lignosulfonate de calcium (n° CAS : 8061-52-7), le lignosulfonate de sodium (n° CAS : 8061-51-6), le lignosulfonate de potassium (n° CAS : 37314-65-1), et le lignosulfonate d'ammonium (n° CAS : 8061-53-8) peuvent être mis en œuvre dans le cadre de la présente invention.
Certains de ces polymères sont disponibles dans le commerce, notamment les lignosulfonates de sodium suivants :
- Arbo Nl 8® (TEMBEC), de masse molaire supérieure à 30 000, avec un degré de sulfonation élevé (16 % de soufre), résistant à des températures de 2500C sans perdre son pouvoir tensio-actif et dispersant ;
REAX 81 A® (Mead Westvaco), de degré de sulfonation moyen, avec 5 % de soufre environ ;
- REAX 85A® (Mead Westvaco), de faible degré de sulfonation, et de haut poids moléculaire ; Diwatex XP-9 (Borregaard LignoTech), de faible degré de sulfonation, avec 3,5% de soufre environ ;
Ultrazine Na® (Borregaard LignoTech), de haut poids moléculaire ;
Lignosol SD 60® (Borregaard LignoTech).
Alternativement, d'autres types de polymères anioniques peuvent être mis en œuvre, tels que de l'alginate de sodium issu d'algues, de l'oxyde de cellulose issu de l'oxydation de la cellulose ou de l'amidon anionique issu de la modification chimique de l'amidon natif. Il peut également s'agir de sels de carboxyméthylcellulose (CMC) ou d'acide hyaluronique.
En outre, la « composante » anionique du liant selon l'invention peut être une molécule anionique d'origine naturelle, présentant avantageusement une masse molaire comprise entre 100 et 1000 Da. De manière privilégiée, il s'agit d'un sel d'acide gras soluble issu de produits naturels aussi bien d'origine végétale qu'animale. A titre d'exemple, une telle molécule anionique peut être de l'oléate de sodium ou du laurylsulfate de sodium.
Il apparaît que la présente invention n'est pas limitée à l'association d'un polymère ou molécule anionique et d'un polymère cationique, mais qu'un ou plusieurs polymères et/ou molécules anioniques peuvent être associés à un ou plusieurs polymères cationiques, la condition essentielle dans le cadre de l'invention étant que l'ensemble de ces polymères et/ou molécules soit d'origine naturelle.
Des combinaisons particulièrement privilégiées dans le cadre de l'invention ont pu être définies :
Arbo N18® + VECTOR SC 20157®;
Arbo N18® + C*Bond HR 05949®;
Arbo N 18® + Cationamyl 9865 ®;
Arbo Nl 8® + Cationamyl 9865® + C*Bond HR 05949®;
- Arbo N18® + Celquat H100®;
Oléate de sodium + VECTOR SC 20157®;
Laurylsulfate de sodium + VECTOR SC 20157®;
Oléate de sodium + C*Bond HR 05949®. Afin d'optimiser la fonction liante, le rapport massique polymères et/ou molécule anioniques / polymères cationiques, notamment amidon cationique / ligno-sulfonate de sodium, est avantageusement :
- inférieur à 10, voire inférieur à 4, voire même inférieur à 2 ;
- supérieur à 0,1, voire supérieur à 0,25, voire même supérieur à 0,5 ;
- compris entre 1/10 (0,1) et 10/1 (10), avantageusement entre 20/80 (0,25) et 80/20 (4), voire même compris entre 10/20 (0,5) et 20/10 (2).
En dehors de ces plages, le mélange présente une trop forte solubilité à l'eau incompatible avec la fonction liante recherchée.
Il est à noter que le rapport idéal n'est pas le rapport stoéchiométrique (nombre de cations/nombre d'anions = 1). D'une façon inattendue, ce rapport est compris dans une large plage autour de 1, ce qui permet d'obtenir des liants dotés de viscosité et d'aspect différents : émulsions ou suspensions fluides, précipités cristallins, huiles, gommes ou gels. Cette plage de travail autour de 1 est probablement liée à la structure spatiale des produits mis en œuvre, leur déformabilité en solution aqueuse et l'encombrement stérique autour des charges ioniques qui vont s'associer. Selon une autre caractéristique privilégiée de l'invention, notamment en raison des applications visées telles que l' agrotextile, les polymères et/ou molécules constitutifs du liant sont avantageusement biodégradables. On entend par « biodégradable » le fait que, par l'action des microorganismes en conditions aérobies, la décomposition d'un composé organique en CO2, eau et sels minéraux fournit une nouvelle biomasse. Un produit est dit biodégradable s'il peut être décomposé par des organismes vivants du milieu biologique (sol, eau douce, eau salée, compost, boue activée, ...). La biodégradation se traduit par une simplification progressive de la structure chimique du composé organique : coupure des chaînes du polymère et obtention d' oligomères de faibles masses moléculaires disponibles pour la synthèse de constituants cellulaires (biomasse).
Une des méthodes de mesure de la biodégradation de textiles est la norme NF EN ISO 11721-1 (juin 2001) : Détermination de la résistance aux microorganismes des textiles contenant de la cellulose - Essais d'enfouissement - Partie 1 : Evaluation d'un traitement d'imputrescibilité. Cette norme est utilisée aussi bien pour montrer la résistance d'un textile aux germes du sol que pour mesurer sa biodégradation.
Ainsi, à la connaissance du Déposant, c'est la première fois qu'un mélange de polymères et/ou molécules anioniques et cationiques, d'origine exclusivement naturelle, est proposé pour son utilisation comme liant pour supports textiles. L'invention concerne également un procédé de dépôt d'un liant tel que défini précédemment sur un support textile. Ceci peut être réalisé pour l'ennoblissement textile, à savoir l'assemblage d'éléments sur les fibres constituant le textile (immobilisation de poudre sur fibres, de fibres sur fibres, de molécules sur fibres, de microcapsules sur fibres, ...) ou pour la consolidation d'un support textile non tissé.
Plus précisément, un tel procédé comprend les étapes suivantes :
application, sur le support textile, d'un mélange contenant :
• au moins deux polymères et/ou molécules d'origine naturelle, l'un anionique et l'autre cationique respectivement;
• au moins un solvant ;
élimination d'au moins solvant.
Dans des modes privilégiés de réalisation de l'invention, les polymères et/ou molécules anioniques et cationiques d'origine naturelle sont définis comme précédemment.
Pour être appliqués sur le support textile, les polymères et/ou molécules anioniques et cationiques sont avantageusement formulés en milieu liquide, à l'aide d'au moins un solvant. On obtient ainsi une solution vraie ou colloïdale. Avantageusement, le mélange se trouve sous la forme d'une solution. Il s'agit donc préférentiellement d'un mélange extemporané, prêt à l'emploi.
De manière avantageuse, le mélange ou la composition selon l'invention est donc constituée de :
- au moins deux polymères et/ou molécules d'origine naturelle, l'un anionique et l'autre cationique respectivement;
- un solvant ; et
éventuellement un plastifiant. De manière encore plus avantageuse, le mélange ou la composition selon l'invention ne contient pas de fibres et/ou de charges minérales et/ou de tensioactifs et/ou de précurseurs ou accélérateurs de résines thermodures (de type isocyanates, époxydes, dérivés phénoliques, imidazoles, polyamines). Selon un mode de réalisation privilégié, le solvant est de l'eau, éventuellement additionné d'un alcool. L'alcool peut aussi bien être un alcool léger (défini comme ayant au plus 3 atomes de carbone), ou un alcool lourd (défini comme ayant au moins 4 atomes de carbone), éventuellement en mélange. Un alcool léger privilégié est l'éthanol. Un exemple d'alcool lourd avantageux est le glycérol (Téb = 2900C), issu de la saponification de matières grasses animales ou végétales. Le glycérol est aussi un sous-produit de la trans-estérification d'huiles végétales lors de la production d'esters méthyliques d'huiles végétales qui servent de carburants sous la dénomination de biodiesel ou diester.
Bien évidemment, la dispersion des polymères et/ou molécules cationiques et anioniques dans le solvant dépend de la nature respective de ces polymères et/ou molécules et du solvant, mais également de la concentration en polymères et/ou molécules et du rapport massique entre les polymères et/ou molécules en présence.
Si ces paramètres peuvent être déterminés au cas par cas par l'homme du métier, il a été mis en évidence, dans le cadre de la présente invention, que les polymères et/ou molécules constitutifs du liant représentent avantageusement au plus 20% en poids du mélange. Il s'agit ici du rapport massique entre la matière sèche du liant et la matière totale du mélange (liant + solvant notamment).
Par ailleurs et comme déjà mentionné, le rapport massique entre polymères et/ou molécules anioniques et cationiques, respectivement, est avantageusement :
- inférieur à 10, voire inférieur à 4, voire même inférieur à 2 ;
- supérieur à 0,1, voire supérieur à 0,25, voire même supérieur à 0,5 ;
- compris entre 1/10 (0,1) et 10/1 (10), avantageusement entre 20/80 (0,25) et 80/20 (4), voire même compris entre 10/20 (0,5) et 20/10 (2). De manière classique, le plastifiant peut être du glycérol ou du polyéthylène glycol (PEG). Avantageusement, il est également d'origine naturelle, comme défini ci-dessus.
Préférentiellement, l'application du mélange sur le support textile est réalisée par pulvérisation, en pratique à l'aide d'un dispositif équipé d'une ou plusieurs buses permettant la projection du mélange sous forme de gouttelettes. Alternativement, ce dépôt peut être réalisé par les deux autres techniques classiquement utilisées dans le domaine du textile, à savoir par foulardage ou par immersion en plein bain. Alternativement, ce dépôt peut être réalisé par pulvérisation à l'aide de mélanges distincts en solution dans un solvant, ou à l'état solide. Ainsi, chaque polymère et/ou molécule peut être déposé de manière indépendante. De manière adaptée, l'application est réalisée selon un rapport massique entre la matière sèche du mélange liant et les fibres du support textile compris entre 0,1 et 20 %, idéalement entre 2% et 5 %.
Dans le cadre de la pulvérisation qui nécessite des solutions relativement fluides, il s'avère que la concentration et le rapport entre les polymères et/ou molécules ioniques sont particulièrement critiques pour obtenir un mélange final pulvérisable : En effet, il a été observé qu'en cas de sur- ou sous-dosage de l'un de ces polymères ou molécules, on obtient des produits non so lubies, non manipulables avec formation de poudre, de gel, de gomme ou épaississement excessif de la solution.
L'étape suivante consiste à fixer ou à activer le liant sur le support textile. Dans le cadre de la présente invention, ceci est réalisé par simple élimination partielle ou totale de tout ou partie des solvants en présence. En pratique, l'élimination est réalisée par simple séchage à une température adaptée aux fibres et aux produits. La gamme de température privilégiée est entre 100 et 1200C. Dans le cas où le solvant est de l'eau, ce séchage peut aussi être réalisé à température ambiante. Toutefois et pour augmenter la vitesse d'élimination, il est possible de disposer le textile traité dans une étuve, entre deux plaques chauffées d'une presse ou dans une rame de séchage. La mise en œuvre de températures modérées dans le traitement du textile constitue une différence notable, avec l'art antérieur qui imposait le chauffage du support à une température élevée, supérieure à 1500C.
La technique d'application par pulvérisation présente l'avantage de diminuer la quantité de solvant en présence et surtout de faciliter son élimination en raison de sa dispersion en gouttelettes.
Selon ce procédé, il doit donc être trouvé un compromis au niveau de la concentration des polymères et/ou molécules, permettant d'une part la pulvérisation (et donc une concentration limitée) et d'autre part une élimination rapide du solvant (et donc avantageusement une concentration élevée). Dans un mode de réalisation particulier et comme déjà évoqué, le mélange d'au moins deux polymères et/ou molécules anionique et catio nique, respectivement, est réalisé in situ, c'est-à-dire directement sur le support textile. En pratique, ceci peut être réalisé en formulant chaque type de polymères et/ou molécules ioniques dans un solvant et en pulvérisant chaque solution soit de manière consécutive, soit simultanément mais à partir de buses distinctes.
EXEMPLES DE REALISATION L'invention et les avantages qui en découlent ressortiront mieux des exemples de réalisation qui suivent, à l'appui des figures annexées. Ces exemples ne sont cependant en aucun cas limitatifs.
LEGENDES DES FIGURES
La figure 1 illustre, en essais industriels, l'influence de différents mélanges de pulvérisation sur les propriétés mécaniques d'un non tissé roui de 600 g/m2 en sens production (A) ou en sens travers (B).
La figure 2 illustre, en essais de laboratoire, l'influence de différents mélanges de pulvérisation sur les propriétés mécaniques d'un non tissé roui calandre en sens production (A) ou en sens travers (B).
La figure 3 illustre, en essais de laboratoire, l'influence de différents mélanges de pulvérisation sur les propriétés mécaniques d'un non tissé non roui calandre en sens production (A) ou en sens travers (B).
La figure 4 illustre, en essais de laboratoire, l'influence de différents mélanges de pulvérisation sur les propriétés mécaniques d'un non tissé roui non calandre en sens production (A) ou en sens travers (B).
La figure 5 illustre, en essais de laboratoire, l'influence de différents mélanges de pulvérisation sur les propriétés mécaniques d'un non tissé non roui non calandre en sens production (A) ou en sens travers (B). 1/ PROTOCOLE GÉNÉRAL DE PRÉPARATION DU MÉLANGE :
Le protocole général d'obtention d'un liant à base de lignosulfonate de sodium et d'amidon cationique dans l'eau est le suivant :
Le lignosulfonate Arbo Nl 8® (polymère anionique), se présentant sous forme solide, est solubilisé dans l'eau froide ou éventuellement tiédie à 400C pour accélérer la dissolution.
L'amidon cationique, C*Bond HR 05949®, Cationamyl 9865® ou Celquat Hl 00® se présentant sous forme de solides en poudre, est solubilisé dans l'eau à 95°C (pour accélérer la dissolution), en utilisant un agitateur puissant du type Ultra Turrax® à 6000 tr/min jusqu'à ce que la solution soit translucide, tout en maintenant la température à environ 95°C.
Les deux solutions sont mélangées en versant la solution de lignosulfonate Arbo N 18® dans la solution d'amidon cationique. Le milieu liquide s'épaissit puis se fluidifie et peut devenir un mélange de gomme dans l'eau selon les rapports massiques amidon cationique/lignosulfonate.
2/ MELANGE D'UN ANIONIQUE ET D'UN CATIONIQUE :
Différentes combinaisons entre le lignosulfonate Arbo N 18® (polymère anionique) et un amidon cationique ont été obtenues à des concentrations faibles (1 % environ) ou moyennes (5 % environ) :
Arbo N 18® (N 18) + Cationamyl 9865® (C98)
Arbo N18® (N 18) + Celquat H 100® (HlOO)
Arbo N18® (N18) + Vector SC 20157® (Vector) Le tableau 1 ci-dessous résume les différents essais effectués et indique les pourcentages des constituants du liant en matière sèche :
Tous ces liants sont pulvérisables à température ambiante. 3/ MELANGE D'UN ANIONIQUE ET D'UN CATIONIQUE A FORTE CONCENTRATION :
Un mélange entre le lignosulfonate Arbo N 18® (polymère anio nique) et un amidon cationique a été obtenu à forte concentration (10 %) :
Arbo N18® (N18) + Cationamyl 9865® (C98)
Le tableau 2 ci-dessous résume l'essai effectué et indique les pourcentages des constituants du liant, en matière sèche :
Ce liant est pulvérisable à température ambiante.
4/ MELANGE D'UN ANIONIQUE ET DE DEUX CATIONIQUES : Différentes combinaisons entre le lignosulfonate Arbo Nl 8 (polymère anionique) et deux amidons cationiques ont été obtenues à moyenne (5 % environ) et forte concentration (10 %) :
Arbo Nl 8® (Nl 8) + Cationamyl 9865® (C98) 1/3 + C*Bond HR 05949® (HR) 2/3 Arbo Nl 8® (Nl 8) + Cationamyl 9865® (C98) 2/3 + C*Bond HR 05949® (HR) 1/3 Le tableau 3 ci-dessous résume les différents essais effectués et indique les pourcentages des constituants du liant, en matière sèche :
Tous ces liants sont pulvérisables à température ambiante. 5/ MISE EN ŒUVRE INDUSTRIELLE DES MELANGES :
Cet exemple décrit des essais industriels portant sur des pulvérisations de liants à base de lignosulfonate et d'amidon cationique sur des non tissés de chanvre. Les conditions d'élimination de l'eau et les propriétés du support renforcé (notamment la résistance mécanique) sont indiquées.
Les supports fibreux utilisés pour les traitements de pulvérisation sont des non tissés de fibres de chanvre aiguilleté. Les non tissés témoins sont des non tissés de chanvre aiguilletés bruts, ayant subi le même traitement (chauffage/calandrage) que les non tissés pulvérisés.
Les liants sont pulvérisés à l'aide d'un pulvérisateur manuel (type pistolet pour ajout de liquides fluides) sur chaque face de l'échantillon à un taux d'environ 2% en matière sèche. La vitesse d'avance du non tissé dans le four et la température sont réglées afin de sécher l'échantillon dans de bonnes conditions, sans décomposition (1200C pendant 45 secondes).
Les essais industriels sont effectués avec les liants 3, 1 ' et 2' de concentration moyenne (5 % environ).
Le tableau 4 ci-dessous résume les essais effectués et indique les pourcentages des constituants du liant en matière sèche :
Les liants 3, 1 ' et 2' ont été utilisés dans le présent exemple 5. Les liants 1, 2 et 3 ont été utilisés dans l'exemple 6 suivant.
Le non tissé imprégné et séché est calandre (ou non) en sortie du four, à 900C pour ne pas altérer le non tissé. Pour caractériser l'efficacité des différents liants, des essais de traction ont été réalisés sur les différents échantillons réalisés industriellement.
Conditions expérimentales :
- Taille des éprouvettes : 5χ20 cm (une éprouvette dans le sens production et une éprouvette dans le sens travers) ;
Paramètres de l'essai : vitesse de traction 50 mm/mn ;
Ecart initial entre les mors : 100 mm. Pour chaque liant pulvérisé, les résultats sont exprimés en
Résistance maximale réversible à la traction (Fm) ;
Allongement maximum réversible à la traction (εm) ;
Résistance à la rupture (Fr) ;
Allongement à la rupture (εr),
en sens production et en sens travers.
Ces résultats, exprimés en termes de gain (Δ en %) par rapport au non tissé non pulvérisé, sont présentés à la figure 1. Les échantillons de 600 g/m2 ainsi obtenus ont été étudiés et comparés. Les conclusions suivantes peuvent être tirées :
Le liant 1 ' (un anionique + un cationique) est le moins efficace ;
Le liant 2' (un anionique + deux cationiques avec [HR] > [C98]) améliore toutes les propriétés du non tissé, alors que le liant 3 (solution 3 = un anionique + deux cationiques avec [HR] < [C98]) n'améliore que les propriétés dans le sens allongement ;
De plus, le liant 2' est pulvérisé à 1,8 % (en matière sèche), contre 2,4 % et 2,5% pour les autres liants 3 et 1 ', respectivement (Figure 1). 6/ ESSAIS COMPLEMENTAIRES EN LABORATOIRE :
Ces essais en laboratoire ont permis de préparer des échantillons comparables entre eux et comparables aux échantillons industriels de l'exemple 5, et ainsi de confirmer les résultats industriels. Les conditions d'élimination de l'eau, les propriétés du support renforcé (notamment la résistance mécanique) sont indiquées.
Les pulvérisations ont été effectuées sur les mêmes non tissés de chanvre aiguilleté de 600 g/cm2, rouis ou non, utilisés dans l'exemple 5.
Les liants sont pulvérisés à l'aide d'un pulvérisateur manuel (type pistolet pour ajout de produit fluide) sur chaque face de l'échantillon. La vitesse d'avance du non-tissé dans le four et la température sont réglées afin de sécher l'échantillon dans de bonnes conditions (1200C pendant 45 secondes). Les échantillons sont calandres ou non à 900C afin de ne pas altérer le non tissé.
Les liants 1, 2 et 3 (cf. tableau 4) sont pulvérisés sur chaque face à 2 % (+/- 0,1 %) au total en matière sèche par rapport à la masse de fibres. Les essais de traction sont effectués sur ces échantillons dans des conditions similaires à ceux de l'exemple 5.
Les résultats, présentés aux figures 2 à 5, sont exprimés en :
Résistance maximale réversible à la traction (Fm), notée Rmax ;
- Allongement maximum réversible à la traction (εm).
Les figures montrent la modification en % des caractéristiques mécaniques apportées par le liant par rapport aux supports témoins (non tissés bruts calandres ou non). D'une manière générale, la résistance maximale Fm (Rmax sur les figures) est nettement améliorée (de 30 à 120 %).
L'allongement maximum réversible à la traction correspondant (εm) est peu modifié ou négatif. Si l'on considère le ΔFm (Rmax), dans les deux sens machine et travers, on observe que :
Le liant 3 est le plus adapté pour l'échantillon calandré-roui ;
Le liant 2 est le plus adapté pour l'échantillon calandré-non roui ;
- Le liant 2 est le plus adapté pour l'échantillon non calandré-roui ;
Le liant 3 est le plus adapté pour l'échantillon non calandré-non roui.
Il MODIFICATION DU SOLVANT : Un mélange entre le lignosulfonate Arbo N 18® (polymère anio nique) et un amidon cationique (Vector SC 20157®) a été effectué à une concentration faible (1 % environ), en présence d'un alcool lourd.
Ainsi, un alcool lourd, en l'occurrence du glycérol, est ajouté dans la formulation de liant à hauteur de 1 % par rapport aux matières sèches. Le glycérol est placé dans la solution de Vector SC 20157®. La solution Vector SC 20157® + Glycérol est alors ajoutée dans le lignosulfonate :
Arbo N18® (N18) + Vector SC 20157® (Vector) + Glycérol
Le tableau 5 résume l'essai effectué et indique les pourcentages des constituants du liant, en matière sèche:
Le liant est pulvérisable à température ambiante. L'échantillon obtenu est plus souple au toucher.
8/ RESISTANCE AUX LAVAGES ET AUX FROTTEMENTS :
Des essais de résistance aux lavages et aux frottements d'un liant appliqué sur tissu de coton ont été réalisés.
Le liant dont la composition est indiquée dans le tableau 6 ci-dessous est appliqué par enduction sur un tissu de coton de 130 g/m2.
Le tissu est séché dans un four à 1200C pendant 45 secondes.
A - Essai de résistance aux lavages : Une éprouvette du tissu préparé ci-dessus est lavée. Le tissu est lavé 2 fois à 400C en présence de lessive ECE sans perborate selon la norme NF EN 26330.
En sortie de lavages, l'échantillon est séché. Une faible partie du liant placé en excès sur le coton a été éliminé aux lavages. La majorité du liant est restée sur le tissu après lavages. Le liant placé sur coton par enduction est résistant après 2 lavages.
B - Essai de résistance aux frottements :
Le test est réalisé sur une éprouvette du tissu préparé ci-dessus selon la norme NF EN ISO 105-X12 (test au crockmeter).
Le liant ne doit pas générer de poudre lors des diverses manipulations du textile (à la fabrication, au stockage, à la pose ou pendant l'utilisation). Afin de vérifier cette propriété, un essai de résistance à l'abrasion est fait au crockmeter. Le support abrasif est du coton.
L 'éprouvette est fixée sur la partie cylindrique de l'appareil puis déposée sur le support en coton abrasif. On actionne ensuite la manivelle. Sous l'effet du poids, il y a friction entre l'éprouvette et le support en coton abrasif blanc (Essais effectués avec 150 allers- retours rapides). Aucune trace de liant, qui est de couleur marron, n'est observée sur le support abrasif blanc ; l'éprouvette de tissu enduit est intacte. Les résultats sont satisfaisants, le liant placé sur coton par enduction est résistant après 150 allers-retours.
9/ ESSAIS DE BIODEGRADATION EN TERRE :
Une des méthodes de mesure de la biodégradation de textiles est la norme NF EN ISO 11721-1 (juin 2001) : Détermination de la résistance aux microorganismes des textiles contenant de la cellulose - Essais d'enfouissement - Partie 1 : Evaluation d'un traitement d'imputrescibilité.
Le liant dont la composition est indiquée dans le tableau 7 ci-dessous est appliqué par pulvérisation sur un tissu de coton blanc de 130 g/m2. Le taux d'imprégnation est de 8,0 % en matière sèche.
Le tissu est séché dans un four à 1200C pendant 45 secondes.
Le tissu traité ainsi que le tissu non traité sont enfouis en terre pendant 8 et 15 jours. Les tissus sont sortis de terre, nettoyés et pesés.
Les observations sont indiquées dans le tableau 8 :
Après 15 jours d'enfouissement, le liant placé sur le coton s'est dégradé en grande partie dans la terre, dans les conditions du test. Le coton traité s'est peu dégradé : le coton commence à se dégrader lorsque la totalité du liant a disparu après 15 jours. Le liant s'est comporté comme un agent retardateur de biodégradation. En revanche, le coton non traité a commencé à se dégrader (10 % de perte de poids).
Il apparaît clairement que la solution technique proposée dans le cadre de l'invention présente de nombreux avantages, notamment :
solution économique (chauffage uniquement pour sécher, et non pour fondre ni polymériser) et écologique avec l'absence d'utilisation de produits issus du pétrole et la possibilité d'utilisation exclusive de matières premières végétales, préparées dans l'eau ;
maintien de la biodégradation du produit textile final : l'ajout du liant selon l'invention n'inhibe pas la chaîne naturelle de biodégradation en terre, de formation d'humus et de biomasse ;
procédé aisé : application du liant par simple pulvérisation ou enduction, suivie d'un séchage ;
performances mécaniques conformes aux attentes, notamment lorsque le textile est un non tissé ;
- fixation solide du liant aux fibres prévenant son élimination par la pluie (cas des agrotextiles), par l'humidité (cas d'utilisation dans le transport) ou par la lessive
(cas des textiles pour habillement et ameublement).

Claims

REVENDICATIONS
1. Utilisation d'un mélange contenant au moins deux polymères et/ou molécules organiques d'origine naturelle, l'un anionique et l'autre cationique respectivement, comme liant pour support textile.
2. Utilisation selon la revendication 1, caractérisée en ce que les polymères et/ou molécules d'origine naturelle sont biodégradables.
3. Utilisation selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le polymère anionique est choisi dans le groupe suivant : dérivé de lignine, d'alginate ou de cellulose, amidon anionique, sels de carboxyméthylcellulose ou d'acide hyaluronique, avantageusement du lignosulfonate, et encore plus avantageusement du lignosulfonate de sodium.
4. Utilisation selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la molécule anionique est un sel d'acide gras, avantageusement un oléate ou un laurylsulfate.
5. Utilisation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le polymère cationique est un dérivé d'amidon ou un dérivé ou sel de chitosane.
6. Utilisation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le rapport massique entre polymères et/ou molécules anioniques et cationiques est compris entre entre 1/10 et 10/1, avantageusement entre 20/80 et 80/20.
7. Procédé de dépôt d'un liant sur un support textile comprenant les étapes suivantes :
application, sur le support textile, d'un mélange contenant :
• au moins deux polymères et/ou molécules organiques d'origine naturelle, l'un anionique et l'autre cationique respectivement;
« au moins un solvant ;
élimination d'au moins un solvant.
8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que les polymères et/ou molécules d'origine naturelle sont biodégradables.
9. Procédé selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que le polymère anio nique est choisi dans le groupe suivant : dérivé de lignine, d'alginate ou de cellulose, amidon anionique, sels de carboxyméthylcellulose ou d'acide hyaluronique, avantageusement du lignosulfonate, et encore plus avantageusement du lignosulfonate de sodium.
10. Procédé selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que la molécule anionique est un sel d'acide gras, avantageusement un oléate ou un laurylsulfate.
11. Procédé selon l'une des revendications 7 à 10, caractérisé en ce que le polymère cationique est un dérivé d'amidon ou un dérivé ou sel de chitosane.
12. Procédé selon l'une des revendications 7 à 11, caractérisé en ce que le rapport massique entre polymères et/ou molécules anioniques et cationiques est compris entre 1/10 et 10/1, avantageusement entre 20/80 et 80/20.
13. Procédé selon l'une des revendications 7 à 12 caractérisé en ce que le mélange se présente sous la forme d'une solution.
14. Procédé selon l'une des revendications 7 à 13 caractérisé en ce que le solvant est un solvant aqueux.
15. Procédé selon la revendication 14 caractérisé en ce que le solvant est constitué d'eau.
16. Procédé selon la revendication 14 caractérisé en ce que le solvant est constitué d'eau additionnée d'au moins un alcool.
17. Procédé selon l'une des revendications 7 à 16 caractérisé en ce que les polymères et/ou molécules représentent au plus 20 % en poids du mélange en matière sèche.
18. Procédé selon l'une des revendications 7 à 17 caractérisé en ce que l'application du mélange sur le support textile est réalisée par pulvérisation.
19. Procédé selon l'une des revendications 7 à 18 caractérisé en ce que l'application est réalisée selon un rapport massique entre la matière sèche du mélange et les fibres du support textile compris entre 0,1 et 20%, avantageusement entre 2 et 5%.
20. Procédé selon l'une des revendications 7 à 19 caractérisé en ce que l'élimination du solvant est réalisée par séchage, avantageusement à une température comprise entre 100 et 1200C.
21. Procédé selon l'une des revendications 7 à 20 caractérisé en ce que les polymères et/ou molécules anioniques et cationiques sont appliqués sur le support textile à l'aide de mélanges distincts, avantageusement en solution dans un solvant ou à l'état solide.
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