COMPOSITION PULVERULENTE THERMOPLASTIQUE POLYOLEFINIQUE
GREFFEE ET RETICULABLE, AYANT DES PROPRIETES D'ELASTICITE ET DE SOUPLESSE
DOMAINE DE L'INVENTION
L'invention concerne une composition thermoplastique polyoléfinique greffée et reticulable, ayant des propriétés d'élasticité et de souplesse.
L'invention concerne plus spécialement une composition thermoplastique polyoléfinique greffée et reticulable ayant des propriétés d'élasticité et de souplesse, se présentant sous la forme d'une poudre, pour la réalisation de revêtements souples, par écoulement libre de la poudre sur un moule chauffé, selon l'un ou l'autre des procédés de moulage slush molding ou rotomoulage.
L'invention concerne également le procédé de préparation de ladite composition.
L'invention concerne aussi le procédé de mise en oeuvre de ladite composition.
L'invention concerne enfin les articles moulés réalisés par la mise en oeuvre de la composition.
ARRIERE-PLAN TECHNIQUE DE L'INVENTION
De nombreuses pièces qui sont réalisées en matériaux polymères interviennent de plus en plus dans la construction automobile : telles que des planches de bord, des panneaux de porte, des consoles, etc. Certaines d'entre elles interviennent d'une manière très visible dans l'architecture interne du véhicule, de telle sorte qu'elles doivent offrir, sur la surface visible, un aspect esthétique agréable reproduisant, par exemple, l'aspect du cuir. Cette surface visible constitue la peau de la pièce. Cette peau, colorée dans la masse, doit également posséder d'autres qualités qui sont une bonne résistance à la rayure et aux agents chimiques tels que les solvants, ainsi qu'une bonne tenue aux variations thermiques, allant du grand froid à l'exposition prolongée au soleil en atmosphère confinée.
La peau ainsi évoquée, peut concerner toutes les pièces (encore appelées inserts) réalisées en matériaux polymères, particulièrement celles entrant dans l'architecture interne du véhicule : depuis les inserts rigides, généralement réservés aux véhicules de bas de gamme, jusqu'aux inserts mousses équipant des véhicules plus élaborés.
Dans le cas des inserts rigides, la peau ou tout au moins son aspect, est obtenue grâce à la gravure du moule, soit à partir de la matière constitutive de l'insert, soit
encore, par exemple, par une bi-injection de deux matières différentes, l'une pour l'insert, l'autre pour la peau.
Dans le cas des inserts mousses, la peau est généralement réalisée indépendamment de l'insert lui-même, dans une matière compatible d'une part avec la mousse ultérieurement développée entre ladite peau et l'insert, et d'autre part avec les laques de finition telles que les laques de polyuréthanes, déposées sur la surface visible de ladite peau, pour les mettre, en cas de nécessité, en conformité avec le cahier des charges des constructeurs automobiles.
Pour réaliser la peau d'inserts tels que la planche de bord par exemple, des procédés divers sont proposés dont l'une des préoccupations est de produire une peau avec le moins de contrainte résiduelle possible.
Dans un premier type de procédé qui met en oeuvre une feuille à base de polypropylène préalablement fabriquée, les peaux de planches de bord sont réalisées au moyen du procédé de thermoformage positif ou négatif. Mais le thermoformage pratiqué, qu'il soit positif (l'aspect de surface de la peau existe sur la feuille avant le thermoformage) ou négatif (l'aspect de surface est donné à la feuille par le moule au thermoformage) met généralement en oeuvre, pour des raisons aussi bien techniques qu'économiques, des feuilles de préférence de faibles épaisseurs (préalablement chauffées) .
De ce fait, les formes de peaux obtenues sont très limitées parce qu'elles génèrent des peaux de très faible épaisseur ainsi que des contraintes résiduelles qui, lorsqu'elles se relâchent par vieillissement, génèrent des craquelures esthétiquement très gênantes.
Dans un autre type de procédé, les peaux de planches de bord sont réalisées selon le procédé slush molding (précédemment évoqué) qui permet de les obtenir généralement exemptes de contraintes résiduelles.
Par lui-même, le procédé slush molding est un procédé de moulage utilisant du matériel conventionnel (moule en nickel électroformé, chauffé, par exemple, par un système à air chaud) qui permet de réaliser les peaux souhaitées en mettant en oeuvre une poudre de polymère à base de polyvinylchlorure (PVC) par la technique de l'écoulement libre.
Les peaux ainsi réalisées, même si elles ne comportent plus ou très peu de contraintes résiduelles, et même si elles satisfont pour l'essentiel au cahier des charges des constructeurs automobiles, présentent des inconvénients immédiats ou potentiels, même à court terme.
Parmi les inconvénients réels et immédiats, les peaux à base de PVC sont assez fortement chargées, de par leur composition, en matières volatiles (en particulier les plastifiants du PVC). Ces matières, à l'usage et sous l'effet des variations de température de l'habitacle du véhicule, sont volatilisées et migrent sur les zones
froides pour s'y condenser : c'est le phénomène bien connu de la lente opacification des pare-brise des véhicules, particulièrement gênante pour la visibilité du conducteur et le bon contrôle du véhicule.
Parmi les inconvénients potentiels, l'usage du PVC apparaît, dans l'état actuel du recyclage en fin de vie des matériaux entrant dans la fabrication des véhicules automobiles, être condamné à plus ou moins court terme pour une meilleure protection de l'environnement.
Car les matériaux polymères résultant du broyage des véhicules usagés sont actuellement utilisés (en tout ou partie) comme combustible dans certains types de fours, tels que par exemple des fours de cimenterie. Or, le PVC transformé en matière combustible émet, lors de sa combustion, des effluents gazeux acides, nocifs pour 1•environnement.
C'est pourquoi, pour répondre à une double préoccupation des constructeurs de véhicules automobiles et des pouvoirs publics, qui est d'abord celle de la protection de l'environnement (éliminer les effluents gazeux nocifs engendrés par la combustion des déchets en matières polymères et en limiter la mise en décharge) et ensuite celle du recyclage le plus complet des déchets (formés de matériaux polymères) résultant de la destruction par broyage des véhicules usagés, les constructeurs de véhicules automobiles envisagent sérieusement de limiter le nombre de polymères présents dans chaque véhicule mais
simultanément d'en augmenter les quantités relatives, et en particulier de substituer au PVC des polyoléfines, pour permettre un recyclage plus facile. Ainsi, les véhicules automobiles seraient équipés de pièces, telles que planches de bord moussées, dont la peau, la mousse et 1'insert rigide seraient réalisés en polyoléfines recyclables en fin de vie des véhicules.
Pour ce faire, des compositions thermoplastiques polyoléfiniques ont déjà été proposées.
A ce titre, le document EP0482778 décrit une composition polyoléfinique ayant des propriétés élastiques, formée d'un mélange extrudé de polypropylène et d'un élastomère polyoléfinique [éthylène-propylène-rubber (EPR) et êthylène-propylène-diène monomère (EPDM) ] , utilisable selon le procédé slush molding. Mais, selon ce document :
- pour favoriser au contact du moule la fusion de la composition se présentant sous la forme d'une poudre, des huiles telles que des huiles paraffiniques y sont introduites, à un taux relativement élevé par rapport à l'élastomère polyoléfinique. Ces huiles constituent un risque potentiel d'émission de matières volatiles polluantes pour l'environnement et opacifiantes pour les pare-brise des véhicules, mais aussi un risque d'altération de l'aspect de la peau lors de son vieillissement ;
- pour octroyer une bonne résistance thermique à la peau qui est par définition fine et pour limiter la présence des matières volatiles gênantes, des agents de réticulation dont en particulier des peroxydes organiques, sont introduits dans la composition ;
- enfin, pour permettre un démoulage aisé de la peau, des agents de démoulage externe (par exemple le diméthylsiloxane) déposés sur le moule ou interne à la composition (par exemple le méthylpolysiloxane) sont mis en oeuvre : ils constituent également un risque de pollution directe de l'environnement des ateliers de fabrication, mais surtout rendent plus difficile l'opération ultérieure de laquage des peaux actuellement nécessaire pour les mettre en conformité avec le cahier des charges des constructeurs automobiles (aspect, niveau de matité-brillance, résistances à la rayure, à l'abrasion et aux agents chimiques, dont les solvants) .
Un autre document, le brevet canadien 2,129,326 décrit également une composition polyoléfinique thermoplastique ayant des propriétés élastiques utilisables dans le domaine de l'automobile, qui se présente sous forme pulvérulente.
- Cette composition inclue trois composants :
- le premier (10 à 40 parties en poids) étant du polypropylène ou un copolymère de propylène et d'éthylène et/ou d'alphaoléfine du type CH2 ≈ CHR où R
est un radical alkyl ayant 2 à 8 carbones (I) , ayant un index isotactic supérieur à 86 ;
- le deuxième (0 à 20 parties en poids) étant un copolymère contenant de l'éthylène, du propylène et/ou le monomère d'alpha-oléfine du type CH2 = CH-R précité (insoluble dans le xylène à température ambiante) ;
- le troisième (50 à 80 parties en poids) étant une fraction d'un copolymère d'éthylène, avec du propylène et/ou le monomère d'alpha-oléfine du type CH2 = CH-R précité (soluble dans le xylène à température ambiante) .
Toutefois, une telle composition apparaît ne pas pouvoir être mise facilement en oeuvre dans le procédé slush molding pour la réalisation de peaux, sans en pratiquer une certaine modification par l'ajout d'agents d'écoulement de la composition en poudre, mis en oeuvre à des taux tels que la fusion et/ou le démoulage risquent d'être compromis.
Un autre document, la demande de brevet japonais J03286811, décrit une composition polyoléfinique thermoplastique ayant des propriétés élastiques qui se présente sous l'aspect d'une poudre utilisable selon le procédé slush molding. Cette composition élastomère thermoplastique comporte :
un matériau polymère composé de polyoléfines cristallines et non cristallines, de granulométrie moyenne d'au moins 10 micromètres, et de masse volumique apparente d'au moins 0,2 g/ml, ce matériau étant par exemple formé d'éthylène, de propylène et de butène ;
- et un agent réticulant, tel que par exemple un peroxyde organique.
Mais cette composition manifeste des inconvénients majeurs quand elle est mise en oeuvre telle quelle dans le procédé slush molding, en particulier pour le moulage. De plus, les peaux ainsi obtenues ne répondent pas au cahier des charges fonctionnelles de l'industrie automobile et plus précisément résistent mal aux tests de tenue thermique, parce qu'il est constaté que la reticulation reste incomplète.
Un autre document, EP0409992 décrit un procédé pour la préparation de particules de polymères thermoplastiques oléfiniques réticulables dans lequel lesdites particules sont mises en contact à l'état solide avec l'agent de reticulation, en particulier par l'intermédiaire d'une huile minérale, la réaction de reticulation se faisant à une température où les particules de polymères ne sont pas fondues et n'adhèrent pas les unes aux autres.
Quand le contact entre les particules de polymères et l'agent de reticulation est établi sans qu'il y ait présence de l'huile minérale, la reticulation se produit
essentiellement à la surface de toutes les particules de polymères. Cette reticulation est de ce fait hétérogène et conduit à tous les inconvénients qui en découlent lors de la mise en oeuvre des particules de ces polymères.
Quand le contact entre les particules de polymères et l'agent de reticulation s'effectue en présence de l'huile minérale, cette huile qui migre au sein de la matière, constitue un inconvénient qui se manifeste ultérieurement par une mauvaise adhésion de cette composition aux mousses de polyuréthane ou encore un mauvais collage ou un mauvais laquage.
Enfin, un dernier document, le JP 58-001724 décrit un procédé de préparation de particules de polyolêfines greffées et réticulables qui consiste à mettre en contact à l'état solide lesdites particules avec les agents de greffage et de reticulation, le greffage s'effectuant à une température où les particules de polyolêfines ne sont pas fondues, et dès lors n'adhèrent pas les unes aux autres.
Ce procédé conduit bien à des particules de polyolêfines greffées essentiellement en surface, c'est-à-dire greffées d'une manière hétérogène, qui une fois réticulées, le seront d'une manière également hétérogène, en créant dès * lors des zones de polymères faiblement greffés qui risquent, dans le cas de la réalisation d'articles moulés, de migrer vers l'extérieur dudit article lors de vieillissement thermique.
Dès lors, le problème de la mise en oeuvre de compositions polyoléfiniques de substitution au polychlorure de vinyle dans la réalisation des peaux pour l'habillage moussé ou non des inserts reste pratiquement entier.
Ainsi, les objectifs que vise l'invention sont de disposer d'une composition polyoléfinique, essentiellement à base d'un monomère éthylénique, ayant des propriétés élastiques, pour la fabrication de revêtements souples, qui :
- se présente sous l'aspect d'une poudre de bonne coulabilité, pour être exploitée selon l'un ou l'autre des procédés de slush molding ou de rotomoulage ;
- procure aux revêtements souples, lors de sa mise en oeuvre, toutes les caractéristiques exigées par le cahier des charges fonctionnelles des constructeurs automobiles, en particulier une bonne tenue thermique aux tests les plus sévères (130°C) , une bonne résistance à la rayure, à l'abrasion, aux agents chimiques dont en particulier les solvants organiques, et une bonne conservation de la souplesse dans le temps (par comparaison, par exemple, avec une peau à base de polypropylène ou de PVC) ;
permet la réalisation de revêtements souples d'épaisseur régulière et exempts de porosité ;
- permet l'obtention de revêtements souples dénués de contraintes résiduelles ;
- est compatible avec les opérations ultérieures de moussage, laquage ;
- est dénuée d'agents ayant de fortes tensions de vapeur ;
- ne manifeste pas de phénomènes de blanchiment en contre dépouille, par comparaison avec une peau à base de polypropylène ;
- ne présente pas de phénomènes d'exsudation des faibles masses molaires des élastomères polyoléfiniques assurant l'absence de mottage et une bonne coulabilité de la poudre ;
- autorise un excellent démoulage de la pièce réalisée ;
- soit intégralement recyclable après usage, dans la filière automobile, pour répondre aux exigences de la protection de l'environnement ;
- et réponde aux exigences techniques et économiques actuelles et à venir.
SOMMAIRE DE L'INVENTION
En raison des inconvénients précités, la demanderesse a poursuivi, à travers ses recherches, l'établissement d'une composition pulvérulente polyoléfinique greffée dans la masse, à l'état fondu et reticulable, répondant aux objectifs qu'elle s'est imposée.
La composition thermoplastique polyoléfinique pulvérulente selon l'invention, ayant des propriétés d'élasticité et de souplesse, destinée à la production, par écoulement libre sur un moule chaud, d'articles souples réticulables, se caractérise en ce qu'elle contient :
a) de 100 à 5 % en poids et préférentiellement de 80 à 20 % en poids d'au moins un polymère éthylénique et/ou d'au moins un copolymère contenant au moins 50 % en moles d'éthylène ;
b) de 0 à 95 % en poids et préférentiellement de 20 à 80 % en poids d'au moins un élastomère thermoplastique;
c) de 0,1 à 15 parties en poids et préférentiellement de 0,5 à 10 parties en poids d'un agent de greffage, pour 100 parties en poids des composants cumulés "a" et "b".
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
L'invention concerne une composition pulvérulente polyoléfinique greffée à l'état fondu, et reticulable seulement après le démoulage de la pièce réalisée à partir de ladite composition, ayant :
- des propriétés d'élasticité et de souplesse, mise en oeuvre selon le procédé d'écoulement libre de la poudre sur un moule chauffé, pour la fabrication de revêtements souples, également connus sous l'appellation de peaux ;
d'autres propriétés essentielles comme celles précédemment évoquées, et en particulier, la facilité de la mise en oeuvre, l'absence de blanchiment au choc et à la pliure des pièces réalisées, la facilité de démoulage pour des pièces à contre dépouille et une très bonne tenue thermique aux tests les plus sévères.
Pour parvenir à de telles propriétés, alors que sont mis en oeuvre des polymères et/ou copolymères thermiquement sensibles contenant au moins 50 % en moles d'éthylène, la composition est greffée à l'état fondu, c'est-à-dire greffée dans sa masse, par opposition à l'état de la technique qui propose un greffage à l'état solide des particules de polyolêfines, c'est-à-dire un greffage
" essentiellement de surface à caractère hétérogène. La composition ainsi greffée à coeur est rendue potentiellement reticulable et n'est complètement réticulée qu'après sa transformation par moulage et
démoulage, en articles souples afin d'augmenter sa capacité de résistance au vieillissement thermique.
Mais elle concerne également un procédé de préparation de cette composition, un procédé de mise en oeuvre de ladite composition, ainsi que les articles moulés par la mise en oeuvre de ladite composition.
Selon l'invention, la composition polyoléfinique thermoplastique ayant des propriétés d'élasticité et de souplesse, comporte au moins un polymère éthylénique et/ou au moins un copolymère contenant au moins 50 % en moles d'éthylène, constituant le composant "a" de la composition.
Le polymère thermoplastique éthylénique pouvant intervenir dans le composant "a" peut être choisi dans le groupe constitué par le polyethylène de basse densité (PEBD) , le polyethylène linéaire de basse densité (PEBDL) , le polyethylène de moyenne densité (PEMD) ou bien un mélange de deux au moins de ces polyéthylènes, ou encore le mélange de l'un au moins de ces polyéthylènes avec un polyethylène haute densité (PEHD) , ce dernier mélange contenant au plus 50 % de PEHD.
Le copolymère thermoplastique contenant au moins 50 % en moles d'éthylène pouvant intervenir dans le composant "a" peut être choisi dans le groupe constitué par :
les copolymères d'éthylène et d'au moins un alkylène, dans lesquels l'alkylène peut être un monomère en C4 à C12 et préférentiellement en C5 à C^o/ tels que, par exemple, le butène, le pentène, 1'isobutène, le diisobutène, l'hexène, le méthylpentène, l'éthylbutène, l'heptène, l'octène, le nonène, le 2,5-diméthyl-4-heptène, le 2-méthyl-2- octène, le décène, le 2,2-diméthyl-4-octène, le 5- méthyl-5-nonène, le triméthylheptène, les undécènes (1, 4 ou 5) , le 2,4,7-triméthyl-4-octène, le dodécène;
- les copolymères d*éthylène et d•au moins un monomère acrylique dans lesquels le monomère acrylique peut être l'acide acrylique, méthacrylique, itaconique, crotonique, fumarique, l'anhydride maléique ou encore, isocrotonique, aconitique, mésaconique, sinapique, undecylénique, angélique, hydroxyacrylique, l'acrolénine, l'acrylamide, l'acrylonitrile, les esters des acides acryliques et methacryliques et en particulier l'acrylate ou le métacrylate de méthyle, d'ethyle, les imidazoles, le styrène, 1'alphaméthylstyrène ; les fonctions acides ainsi évoquées peuvent se présenter sous leur forme acide ou sous une forme au moins partiellement salifiée par des agents à base de métaux monovalents ou assimilés, tels que sodium, potassium, ammonium ou de métaux polyvalents, tels que calcium, magnésium, zinc, ou encore neutralisés par des aminés ;
- les copolymères d'éthylène et d'au moins un monomère vinylique tels que, par exemple, l'acétate de vinyle, le méthylvinylcétone, le vinylpyrolidone, le vinylcaprolactane, les éthers vinyliques, en particulier les éthers méthylique, éthylique, isobutylique, ou autres ;
- les copolymères d'éthylène et d'au moins deux autres monomères pris dans les groupes précités.
Ces polymères et/ou copolymères sont obtenus par les méthodes bien connues de l'homme de l'art et comprennent également celles mettant en oeuvre un catalyseur du type métallocène.
Les copolymères intervenant dans le composant "a" de la composition selon l'invention contiennent des quantités d'éthylène généralement comprises entre 60 % et 98 % et préférentiellement comprises entre 70 % et 90 %, exprimés en poids.
Selon l'invention, le composant "a" possède un "indice de fluidité" (M.F.I.) défini par la norme ASTM D 1238L (190°C et 2,16 kg) compris entre 15 et 300 g en 10 minutes et de préférence compris entre 20 et 50 g en 10 minutes, et un module d'élasticité en flexion (MEF) défini par la norme ASTM D70, au plus égal à 500 MPa et préférentiellement au plus égal à 50 MPa.
Selon l'invention, la composition polyoléfinique thermoplastique ayant des propriétés d'élasticité et de souplesse peut comporter au moins un élastomère constituant le composant "b". Ce composant "b" peut être choisi parmi les élastomères thermoplastiques :
mis en oeuvre seuls, tels que : l'éthylène- propylène-caoutchouc (EPR) , 1•éthylène-propylène- diène-monomère (EPDM) , le styrène-butadiène-styrène (SBS) , le styrène-éthylène-butadiène-styrène (SEBS) , le styrène-butadiène-caoutchouc (SBR) , éventuellement partiellement ou totalement réticulé, le styrène- isoprène-styrène (SIS) , le butyl-caoutchouc (BR) , le nitril-butyl-caoutchouc (NBR) , l'hydrogéno-nitril- butyl-caoutchouc (HNBR) , le polyacétate de vinyle;
ou mis en oeuvre, selon un mélange, soit en réacteur, soit par extrusion, de polyethylène et/ou polypropylène semi-cristallin, avec au moins un élastomère précité, tels que, par exemple, le polyéthylène/éthylène-propylêne-caoutchouc(PE/EPR) , le polyéthylène/éthylène -propylène-diène monomère (PE/EPDM) , la fraction élastomèrique pouvant être éventuellement partiellement ou totalement réticulée.
ou appartenant au groupe des polypropylènes (homopolymères) à blocs amorphes et semi-cristallins
et des copolymères de propylène-éthylène ou d'alpha- oléfines à blocs amorphes et semi-cristallins.
L'élastomère polyoléfinique mis en oeuvre dans la composition dispose préférentiellement d'une solubilité de 100% à 70% dans le xylène à 20°C.
Selon l'invention, la composition polyoléfinique thermoplastique qui comporte des polymères et/ou copolymères polyoléfiniques à faible résistance thermique est renforcée par la présence d'au moins un agent de greffage constituant le composant "c" permettant la reticulation ultérieure de la composition greffée, après sa mise en oeuvre dans une opération de moulage-démoulage d'un article souple.
Le composant "c" est choisi dans le groupe constitué par les silanes relevant de la formule générale XYSiZ2 dans laquelle :
- X peut être un radical hydrocarboné monovalent oléfiniquement insaturé ou encore un radical hydroxycarbonoxy qui est réactif à l'égard des sites à radicaux libres créés ;
- Y peut être un radical X ou un radical Z ;
- Z est un radical organique hydrolysable.
Ainsi, le radical X peut être l'un des radicaux vinyle, alkyle, butényle, cyclohexényl, cyclopentadiényle, cyclohexadiényle, mais il est préférentiellement un radical vinyle.
Le radical organique hydrolysable Z peut être un radical alcoxy tel que les radicaux méthoxy, éthoxy, butoxy, ou encore un radical acyloxy, tel que les radicaux formyloxy, acétoxy, propionoxy, des radicaux oximo tels que par exemple :-ON=C-(CH3)2, -ON=C-CH2-C2H5-ON=C(C6H5)2 ou encore des radicaux aminosubstitués tels que des radicaux alcolylamino ou arylamino, dont par exemple -NHCH3, NHC2H5 et NH(C6H5)2.
Préférentiellement, le silane est choisi dans le groupe constitué par le vinyltriméthoxysilane, le vinyltriéthoxysilane, le vinyltriméthoxyothoxysilane, le 3-méthacryloxypropyltriméthoxysilane, ou encore un silane modifié silicone.
Par opposition à l'état de la technique qui pratique le greffage à l'état solide de fines particules de polymères, conduisant à un greffage de ces particules essentiellement de surface, c'est-à-dire un greffage hétérogène, et dès lors à une reticulation hétérogène parce que laissant des zones de polymères faiblement greffés, l'opération de greffage du composant "c" sur le mélange des composants "a" et "b" ou préférentiellement sur le composant "a" seul s'effectue à l'état fondu, c'est-à-dire dans la masse et
préférentiellement sous cisaillement mécanique des composants présents, selon les procédés connus de l'homme de l'art. Cette opération consiste à faire réagir le composé polyoléfinique à l'état fondu avec un silane, préférentiellement en présence d'un agent générateur de radicaux libres, créant dans le composé polyoléfinique des sites à radicaux libres.
L'opération de greffage à l'état fondu s'effectue généralement à une température d'au moins 140°C, dans une technologie appropriée, par exemple une extrudeuse bi-vis contrarotative dans laquelle le composé polyoléfinique et l'agent de greffage sont mis en contact à la température appropriée : l'agent de greffage peut être introduit dans la technologie mise en oeuvre sous une forme dispersée à la surface du composé polyoléfinique, ou encore directement introduit, par exemple par injection, dans le milieu réactionnel.
L'agent générateur de radicaux libres précédemment évoqué peut être introduit sous une forme dispersée à la surface du composé polyoléfinique ou bien peut être introduit par injection simultanément avec l'agent de greffage, en présence éventuellement d'un solvant approprié, à raison de 0,1 à 8 parties en poids pour 100 parties en poids de l'agent de greffage (composant "c") .
L'agent générateur de radicaux libres capable de créer des sites à radicaux libres dans le composé polyoléfinique est
un peroxyde organique ou un perester, tel que par exemple le tert.BUTYLPEROXY 3 ,5,5-TRIMETHYLHEXANOATE; 2,5-DIMETHYL 2,5-DI(BENZOYLPEROXY)HEXANE;tert.BUTYLPEROXY(2-ETHYLHEXYL) CARBONATE;tert.BUTYLPEROXYACETATE;tert.AMYLPEROXYBENZOATE; tert.BUTYLPEROXYBENZOATE ; 2,2-DI(tert.BUTYLPEROXY)BUTANE; n-BUTYL 4,4-DI (tert.BUTYLPEROXY)VALERATE;ETHYL 3,3-DI (tert.BUTYLPEROXY)BUTYRATE;DICUMYLPEROXYDE;tert.BUTYLCUMYL PEROXYDE;DI (tert.AMYL)PEROXYDE;DI(2-tert.BUTYLPEROXY ISOPROPYL)BENZENE;2,5-DIMETHYL 2, 6-DI(tert.BUTYLPEROXY) HEXANE; DI(tert.BUTYL)PEROXYDE; 2,5-DIMETHYL 2,5- DI(tert.BUTYLPEROXY)HEXYNE-3 ; 3,3 ,6, 6,9,9-HEXAMETHYL 1,2,4,5-TETRAOXA CYCLONONANE ; tert.BUTYL HYDROPEROXYDE ; 3,4-DIMETHYL 3,4-DIPHENYL HEXANE ; 2,3-DIMETHYL 2,3- DIPHENYL BUTANE et le perbenzoate de tertiobutyle et des composés azo, par exemple l'azobisisobutyronitrile et le diméthylazodiisobutyrate : ledit agent est préférentiellement choisi dans le groupe constitué par DICUMYLPEROXYDE;tert.BUTYLCUMYLPEROXYDE;DI(tert.AMYL) PEROXYDE DI (tert.BUTYL)PEROXYDE ; 2,5-DIMETHYL 2,5- DI(tert.BUTYLPEROXY)HEXYNE-3.
Les caractéristiques thermomécaniques de la composition thermoplastique polyoléfinique greffée selon l'invention, sont très préférentiellement les suivantes :
• - indice de fluidité
(norme ASTM 1238L : 190°C et 2,16 kg) 20 à 30 g/10 min.
- densité
(norme ASTM 1505) : environ 0,87 à 0,91 g/cm3
- module en flexion
(norme ASTM D 790) : préférentiellement < 50 MPa
- contrainte au seuil d'écoulement
(norme ASTM D 638) : environ 4 à 5 MPa - élongation à la rupture
(norme ASTM D 638) > 400%
- résistance au choc sur barreau entaillé (norme ASTM D 256) à 23°C > 500 J/m à 0°C > 500 J/m
- température de déflexion à la chaleur (HDT)
(norme ASTM D 648) > 40°C
Selon l'invention, la composition polyoléfinique thermoplastique ayant des propriétés d'élasticité et de souplesse peut comporter au moins un agent de démoulage interne.
L'agent de démoulage interne peut être choisi parmi l'un des agents classiquement connus appartenant au groupe comprenant la famille des dérivées montaniques et d'ester montaniques, les sels de stéarate, leurs aminés, leurs amides, tels que l'éthylène bis stéaramide, les résines d'hydrocarbone hydrogénées, les cires de polyethylène, polypropylène et copolymère éthylène/acétate de vinyle (EVA) , les résines de copolymérisation de monomères aliphatiques et/ou aromatiques, les huiles de silicones ou encore les huiles d'éthylène oxyde et/ou propylène oxyde modifiées silicone.
Préférentiellement, l'agent de démoulage interne peut être choisi dans le groupe formé par les stéarates alcalino- terreux, tels que le stéarate de calcium, de magnésium, dont le plus utilisé est le stéarate de magnésium, les huiles silicones ou encore les huiles d'éthylène oxyde et/ou de propylène oxyde modifiées silicones.
L'agent de démoulage interne qui, en finalité, est préférentiellement mis en oeuvre dans la composition selon l'invention, est le stéarate de magnésium, pour lequel la demanderesse a constaté expérimentalement l'absence du phénomène de migration du coeur vers la surface de l'article le contenant, phénomène se manifestant généralement à la surface de dudit article par l'apparition d'un léger dépôt blanchâtre dont la présence est rédhibitoire au regard des normes de qualification de certain constructeurs automobiles.
Le stéarate de magnésium mis en oeuvre comme agent de démoulage interne présente de nombreux avantages, dont les plus marquants sont énoncés ci-après :
- il assure par sa présence un excellent démoulage ;
- et il permet le laquage avec une bonne adhésion de la laque à la suite d'une préparation particulière, telle que flammage ou utilisation d'un primer d'adhésion.
L'agent de démoulage interne peut être introduit dans la composition de l'invention à l'occasion d'une opération de mélange, par exemple au moment de l'opération de greffage, soit encore au moment où s'effectue le mélange de la composition greffée avec un catalyseur de reticulation.
L'agent de démoulage interne est introduit dans la composition à raison de 0,1 à 6 parties en poids et préférentiellement à raison de 0,5 à 3 parties en poids pour 100 parties en poids des composants "a" et "b".
Mais l'agent de démoulage peut également être externe et dans ce cas, il est directement déposé sur la surface du moule. Cet agent ,dans ce cas, peut être choisi dans le groupe constitué par la famille des silicones, les naphtes aliphatiques et aromatiques, et les polyphosphatides ou les huiles bien connues par l'homme de métier. Mais, de plus, l'agent de démoulage, qu'il soit interne ou externe peut être remplacé par un traitement de surface du moule le rendant anti-adhérent.
La composition selon l'invention est préparée selon plusieurs procédés de fabrication.
Selon un premier procédé, les divers constituants de la composition selon l'invention sont introduits, mélangés puis greffés dans une zone de malaxage et/ou d'extrusion portée au moins à la température de fusion dudit mélange.
Puis les matières provenant de la zone de malaxage et/ou d'extrusion, mises sous forme de granulés ou autre forme, sont soumises à un broyage cryogénique d'une manière telle qu'il en résulte une poudre polyoléfinique thermoplastique greffée dans la masse et reticulable, ayant les propriétés d'élasticité et de souplesse recherchées.
Selon un autre procédé, la composition selon l'invention peut être préparée par microgranulation, qui consiste en une extrusion de la composition à l'état fondu, à travers une microfilière et une coupe rasante en milieu aqueux dont il résulte une poudre polyoléfinique thermoplastique greffée dans la masse et reticulable ayant des propriétés d'élasticité et de souplesse.
La poudre polyoléfinique thermoplastique selon l'invention, obtenue selon un procédé adapté, tel que, par exemple, ceux précités, a une granulométrie maximale d'environ 700 μm et médiane d'environ 500 μm, mais préférentiellement d'environ 300 μm.
C'est pourquoi, pour assurer le meilleur écoulement sur le moule de la poudre, résultant de l'un ou l'autre des procédés de préparation précédemment évoqués, de la composition selon l'invention, éviter des surcharges locales de cette composition, quelle que soit la forme du moule, et diminuer l'épaisseur des articles à produire, il est souhaitable d'associer, à la composition selon
1'invention, un agent d'écoulement des poudres par mélange à sec.
Cet agent d'écoulement est souhaitablement une silice précipitée, de forme sphérique, et préférentiellement greffée en surface par un silane ou par une huile de silicone.
La quantité d'agent d'écoulement entrant dans la composition selon l'invention est comprise entre 0,1 et 5 parties et préférentiellement entre 0,1 et 1 partie en poids pour 100 parties en poids des composants "a" et "b".
La silice précipitée et greffée, mise en oeuvre dans la composition selon l'invention comme agent d'écoulement, dispose des caractéristiques suivantes :
- poudre blanche, meuble, hydrophobe ou hydrophile
- surface spécifique BET (norme DIN 66131) : < 300 m2g_1 - diamètre moyen des particules primaires : <50 nanomètres
- densité tassée (norme DIN-ISO 787/XI) : < 200 g/l-1
Divers adjuvants de type connu peuvent également être introduits dans la composition selon l'invention lors de la préparation du mélange des constituants, ou même ultérieurement, lors de la préparation de la composition selon l'invention, par la mise en oeuvre de ses divers constituants "a", "b" et "c".
Ces divers adjuvants sont, par exemple, des stabilisants thermiques ou photochimiques, des antioxydants, des lubrifiants, des antistatiques, des ignifugeants, ou autres encore.
En outre, certaines matières minérales pulvérulentes peuvent être également introduites dans la composition selon l'invention : elles peuvent être choisies parmi des sels et/ou des oxydes minéraux ayant subi ou non un traitement de surface, tels que les carbonates de calcium, de magnésium, de zinc, la dolomie, la chaux, la magnésie, le trihydroxyde d'aluminium, l'alumine, des argiles et autres silico-alumineux, préférentiellement le talc, le kaolin, le mica, la bentonite, la wollastonite et les billes de verre.
Enfin, d'autres matières pulvérulentes organiques d'origine naturelle ou synthétique peuvent aussi être introduites, telles que par exemple des colorants, le noir de carbone.
Toutes ces matières pulvérulentes peuvent être mises en oeuvre seules ou en combinaison.
Les dimensions de ces matières minérales sont généralement comprises entre 0,01 et 300 μm et préférentiellement entre 0,1 et 100 μm.
Ces matières minérales pulvérulentes peuvent être introduites dans les compositions selon l'invention à
raison de 0,1 à 5 parties et préférentiellement de 0,1 à 2 parties en poids pour 100 parties en poids des composants "a" et "b".
Dès lors que la composition thermoplastique polyoléfinique greffée et reticulable est préparée par un moyen approprié, elle est susceptible d'être mise en oeuvre pour la réalisation d'articles souples réticulables, par l'un ou l'autre des procédés de slush molding ou de rotomoulage éventuellement, en présence d'un catalyseur d'hydrolyse.
Le catalyseur d'hydrolyse ainsi évoqué est généralement incorporé dans la composition thermoplastique polyoléfinique selon l'invention, immédiatement avant qu'elle ne soit mise en oeuvre selon l'un ou l'autre des procédés slush molding ou rotomoulage.
Selon un mode de réalisation, la composition polyoléfinique greffée et reticulable est livrée selon deux composants séparés, l'un des composants comportant la composition polyoléfinique à réticuler, l'autre composant apportant le catalyseur d'hydrolyse sous une forme appropriée.
Ces deux composants peuvent ensuite être mélangés selon des proportions souhaitables pour permettre la reticulation de la composition selon l'invention, en présence d'eau.
Le catalyseur d'hydrolyse peut être choisi parmi divers composés bien connus de l'homme de l'art, qui se présentent généralement sous une forme liquide, mais aussi sous une forme solide pour certains. Ces divers composés forment le groupe constitué par des carboxylates métalliques tels que dibutyldilaurate d'étain (DBDL) , dibutyltrilaurate d'étain (DBTL) , acétate d'étain, octoate d'étain, oxalate d'étain, dibutyltriacétate d'étain (DBTA) , maléate de dibutylétain (DBTM) , butyltricaprylate d'étain (BTTO) , 2-éthylhexoate de fer, des composés organométalliques tels que les esters de titane et des chélates, par exemple le titanate de tétrabutyle, le titanate de tétranonyle, le titanate de bis(acétylacétonyl)di-isopropyle, des bases organiques telles que éthylamine, hexylamine, dibutylamine et pipéridine et des acides tels que les acides minéraux et les acides gras. Préférentiellement, le catalyseur d'hydrolyse est choisi parmi les composés organiques de l'étain, par exemple le dibutyldilaurate d'étain, le dibutyltrilaurate d'étain, le butyltricaprylate d'étain, l'oxalate d'étain, le dibutyltriacétate d'étain, le maléate de dibutylétain, l'octoate d'étain.
Le catalyseur d'hydrolyse, lorsqu'il est mis en oeuvre, est introduit dans la composition greffée reticulable selon l'invention à raison de 0,001 à 0,5 parties en poids et préférentiellement à raison de 0,001 à 0,3 parties en poids par rapport à 100 parties en poids des composants "a" et "b" de ladite composition.
Quand le catalyseur d'hydrolyse est sous une forme solide, il peut être introduit sous la forme d'une poudre fine (de 0,1 μm à 10 μm) éventuellement enrobée au moyen d'une enveloppe thermoplastique fusible lui octroyant lors de la mise en oeuvre selon l'un ou l'autre des procédés slush molding ou rotomoulage, un effet retard particulièrement favorable pour contrôler le début de la reticulation qui est ainsi amorcée après les opérations de formage à chaud et de démoulage.
Mais le catalyseur solide peut également se présenter sous l'aspect d'un composé finement pulvérulent, obtenu, par exemple, par l'extrusion, suivie d'un broyage, d'un mélange formé dudit catalyseur et :
- d'une cire de polypropylène (MFI supérieur à 100 g/10 min. à 190°C sous 2,16 kg) greffée ou non, au moyen d'un composant tel que l'anhydride maléique ;
- d'un polyuréthane thermoplastique (TPU) ;
- d'un polyester thermoplastique.
Ce composé finement pulvérulent peut être lui-même microencapsulé pour lui conférer également le même effet retard déjà évoqué.
Quand le catalyseur d'hydrolyse est sous une forme liquide, il peut être mis en oeuvre par l'intermédiaire d'un support solide minéral pulvérulent, finement divisé, tel que la silice précipitée précédemment évoquée dans le rôle d'agent d'écoulement ou encore par l'intermédiaire d'un composé thermoplastique correspondant au composant "a", ou bien microencapsulé dans une enveloppe thermoplastique fusible pour lui donner une effet retard, ou bien encore introduit par l'intermédiaire d'un support gazeux, par exemple de la vapeur d'eau injectée dans une enceinte appropriée.
La reticulation de la composition thermoplastique polyoléfinique greffée et reticulable s'effectue après formage à chaud en présence du catalyseur d'hydrolyse, selon l'un ou l'autre des procédés slush molding ou rotomoulage, en exposant la pièce moulée à l'humidité. L'humidité atmosphérique est habituellement suffisante pour permettre cette reticulation. Toutefois, la reticulation peut être accélérée, soit par la mise en oeuvre d'une atmosphère humide artificielle contrôlée, soit par immersion de la pièce dans de l'eau, soit encore en pratiquant une élévation de la température du milieu de traitement, qu'il soit gazeux ou liquide. A titre d'exemple, la reticulation de la pièce moulée peut s'effectuer dans un milieu chaud à une température d'au moins 50°C, en présence de vapeur d'eau.
Toutefois, la reticulation de la composition thermoplastique selon l'invention peut s'effectuer :
- soit par simple imprégnation du revêtement souple par le catalyseur d'hydrolyse pur quand il est liquide ou mis en solution dans l'eau ou un solvant ;
- soit par immersion dans un milieu liquide ou gazeux contenant le catalyseur d'hydrolyse.
Ainsi, la composition selon l'invention est mise en oeuvre pour la réalisation par exemple de peaux par la méthode de l'écoulement de poudre sur moule chaud. Ces peaux sont destinées à équiper des inserts, mousses ou non, tels que, par exemple, des planches de bord, répondant, au travers des tests, aux plus hautes exigences des constructeurs automobiles.
L'invention sera mieux comprise grâce aux exemples illustratifs et non limitatifs décrits ci-après.
Exemple 1
Cet exemple illustre une composition selon l'invention, ultérieurement mise en oeuvre dans la fabrication de la peau de planches de bord moussées.
Les divers composants constituant la composition selon 1'invention étaient les suivants :
- composant "a" : 100 parties en poids d'éthylène- octène (commercialisé par la société DOW sous la référence Engage 8400) ;
- composant "c" : 2 parties en poids du mélange de l'agent de greffage qui est le vinyltriméthoxysilane associé à un générateur de radicaux qui est du dicumylperoxyde, ce dernier étant présent dans le mélange maître ainsi formé à raison de 8,5 % en poids par rapport à l'agent de greffage.
A ces deux composants sont adjoints, en parties en poids, pour 100 parties en poids du cumul des composants "a" et "b" : - 2 parties en poids de noir de carbone ;
- 0,5 partie en poids de l'agent de démoulage qui est le stéarate de magnésium ;
- 0,1 parties en poids d'un agent d'écoulement qui est une silice précipitée (commercialisée par Degussa, sous la référence SIPERNAT 22S) de forme sphérique.
Tous les composants précités, hormis l'agent d'écoulement, ont été introduits dans une extrudeuse bi-vis portée à une température de 220°C. Le composant polyoléfinique "a" a été introduit en tête de 1•extrudeuse pour être fondu et les autres composants (agent de greffage, générateur de radicaux libres, noir de carbone et agent de démoulage)
l'ont été dans une zone de malaxage en aval de la zone de fusion. Des granulés greffés et réticulables ont alors été produits à partir du mélange (fondu) des divers composants.
Les granulés ainsi préparés ont été soumis à un broyage cryogénique (en présence d'azote liquide, à une température comprise entre -100°C et -70°C .
A la sortie du broyage, la composition thermoplastique polyoléfinique greffée et reticulable était recueillie sous la forme d'une fine poudre dont la granulométrie médiane était d'environ 400 μm et la granulométrie maximale d'environ 700 μm.
La poudre polyoléfinique greffée et reticulable a alors été introduite dans un mélangeur rapide (Henschel) , ainsi que l'agent d'écoulement précité.
Dans ce mélangeur a été introduit le catalyseur d'hydrolyse dibutyldilaurate d'étain (DBTL) sur un support constitué par de la silice précipitée, à raison de 0,1 parties en poids pour 100 parties en poids de composant "a".
Des essais d'écoulement de la poudre et de réalisation de peaux au moyen de cette poudre ont été effectués sur une moule de nickel chauffé à une température comprise entre 200°C et 240°C et ont permis d'obtenir des peaux de bonne
qualité pour planche de bord à mousser, d'épaisseur régulière (1 mm) .
Les peaux ainsi obtenues ont été soumises à une reticulation dans une enceinte appropriée, dans laquelle était injectée de la vapeur d'eau et dont la température ambiante était de 60°C.
Puis des planches de bord moussées, non laquées, ont été réalisées, qui ont été soumises à des tests de qualification pour les constructeurs automobiles : elles se sont révélées être très proches du cahier des charges.
Exemple 2
Cet exemple illustre une autre composition selon l'invention, ultérieurement mise en oeuvre dans la fabrication de la peau de planches de bord moussées. Les divers composants constituant cette composition étaient les suivants :
- composant "a" : 100 parties en poids d'un mélange comprenant 90 parties en poids d'un copolymère éthylène-octène (commercialisé par DOW sous la référence ENGAGE SM 8400) et 10 parties en poids de polyethylène basse densité linéaire (PEBDL) (commercialisé par la société NESTE sous la référence NCPE 8030) ;
- composant "c" : 2 parties en poids de l'agent de greffage qui est le vinyltriméthoxysilane associé à un générateur de radicaux qui est du dicumylperoxyde (ce dernier étant présent dans le mélange maître ainsi formé à raison de 8,5 % en poids par rapport à l'agent de greffage) .
A ces deux composants est adjoint, en parties en poids, pour 100 parties en poids du cumul des composants "a" :
- 0,1 partie en poids d'un agent d'écoulement qui est une silice précipitée à caractère hydrophobe (commercialisée par Degussa, sous la référence SIPERNAT D10) de forme sphérique, sur laquelle est greffée une huile siliconée.
Tous les composants, hormis l'agent d'écoulement, ont été introduits dans une extrudeuse bi-vis à microgranulation portée à une température de 180°C, le composant "a" 1•étant en tête pour y être fondu et les autres composants (agent de greffage, générateur de radicaux libres) dans une zone de malaxage en aval de la zone de fusion. On a ainsi produit des microgranulés à partir du mélange fondu des divers composants.
A la sortie de la microgranulation, la composition thermoplastique polyoléfinique greffée et reticulable était recueillie sous la forme d'une fine poudre dont la
granulométrie médiane était d'environ 400 μm et la granulométrie maximale d'environ 500 μm.
Des essais d'écoulement de la poudre et de réalisation de peaux au moyen de cette poudre ont été effectués sur un moule de nickel traité par un agent de démoulage qui est un mélange de napthes aliphatiques et chauffé à une température comprise entre 200°C et 240°C. Les essais ont permis d'obtenir des peaux de bonne qualité pour planche de bord à mousser, d'épaisseur régulière (1 mm).
Les peaux ainsi obtenues ont été soumises à une reticulation dans une enceinte appropriée, dans laquelle était injectée de la vapeur d'eau contenant 5 % en poids de dibutyldilaurate d'étain (DBTL) et dont la température ambiante était de 60βC (durée du traitement : lh30) . Puis des planches de bord moussées, non laquées, ont été réalisées, qui ont été soumises à des tests de qualification pour les constructeurs automobiles : elles se sont révélées être très proches du cahier des charges.