WO1999031174A1 - Procede de preparation d'une composition thermoplastique a base de polyolefines, composition obtenue et application a la fabrication d'objets a trois dimensions - Google Patents
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- WO1999031174A1 WO1999031174A1 PCT/FR1998/002637 FR9802637W WO9931174A1 WO 1999031174 A1 WO1999031174 A1 WO 1999031174A1 FR 9802637 W FR9802637 W FR 9802637W WO 9931174 A1 WO9931174 A1 WO 9931174A1
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Definitions
- the invention relates to a process for preparing a thermoplastic composition based on polyolefins for the manufacture of three-dimensional objects, in particular packaging or packaging of thin walls, in particular for food products. It particularly relates to compositions based on polypropylenes intended to be thermoformed.
- Patent EP-0 476 926 also describes a polypropylene-based composition in which talcum powder is incorporated in a smaller proportion than in the preceding cases, but it does not seem that this addition leads to significant advantages as regards the Re / P ratio. For these reasons, manufacturers have given up incorporating mineral fillers into polyolefins intended for the manufacture of packaging; the only products added (in very small proportion of the order of 1%) are functional products such as pigments (titanium dioxide), antistatic agents (glycerol monostearate) or other additives. It should be emphasized that certain thermoplastic compositions are intended for producing sheets by calendering and obviously do not pose the problem of resistance to crushing of the above-mentioned three-dimensional objects.
- patent FR-2,358,439 (corresponding to patent GB 1,575,010) describes the incorporation of a weight percentage between 10% and 60%, preferably 15% to 45%, of slate flour, dolomite , barite, calcium carbonate, kaolin, gypsum or talc, in a polypropylene intended for calendering sheets. According to this prior document, the addition of these high percentages of mineral fillers would facilitate calendering.
- a mineral filler (talc, calcium carbonate, silica, clay, diatomaceous earth, etc.) is added to the thermoplastic material intended to form the film by calendering; this load reduces the force required to obtain the tear of the film from a notch.
- the present invention proposes to prepare a thermoplastic composition based on polyolefins for the manufacture of a three-dimensional object, in particular an object with thin walls (that is to say less than 2.5 mm ), said composition making it possible to increase the Re / P ratio of the object (Re: resistance to crushing between two faces thereof; P: weight of the object) compared to the objects produced from the compositions currently known thermoplastics.
- An object of the invention is thus, with constant crush resistance Re, to reduce signif icantly the weight of the object and therefore the amount of recycling taxes and its own manufacturing cost
- thermoplastic composition capable of being implemented by thermoforming while benefiting from significant productivity gains.
- the process for the preparation of the polyolefin-based thermoplastic composition according to the invention is characterized in that talc is incorporated in the polyolefins in percentage by weight substantially between 5% and 25%, occurring under the form of a powder with a lamellarity index greater than or equal to 1.4 and a particle size distribution such that the cut-off diameter D95 is less than or equal to 18 microns and that the median diameter D50 is less than or equal to 6 microns.
- binder is meant both an uncompacted product in which the particles are free from each other, as well as a densified product in which the particles or certain particles are temporarily bonded into agglomerates.
- median diameter D50 we mean a diameter such that 50% of the particles by weight have a size less than said diameter
- cut-off diameter D95 we mean a diameter such that 95% of the particles by weight have a size less than said
- Stokes diameter the equivalent spherical diameter
- the lamellarity index characterizes the shape of the particle and more particularly its flattening (large dimension / thickness). This lamellarity index is measured by the difference between, on the one hand, the value of the average dimension (Dm) of the particles of the powder obtained by a particle size measurement by laser diffraction in the wet process, (AFNOR standard NFX11-666 ) and on the other hand, the value of the median diameter (D50 ) obtained by a measurement by sedimentation using a "Sedigraph"
- This "Average Aspect Ratio” is defined by the ratio between the average diameter of the particles measured by scanning electron microscopy and their average thickness also measured by scanning electron microscopy.
- the two parameters: lamellarity index and “Average Aspect Ratio” are linked by linear proportionality and the corresponding curve for talc is provided in the single figure of the appended drawing. It should be emphasized that, in patent EP-0 476 926, the "Average Aspect Ratio" of the powder incorporated is between 3 and 20, preferably between 7 and 20, and more preferably between 10 and 20.
- Talc means either the hydrated magnesium silicate mineral or the chlorite mineral
- thermoplastic material of a particular type of talc in a particular percentage range makes it possible to increase by at least 4% the Re / P ratio of the objects to three dimensions produced by thermoforming, despite the higher density of talc added.
- this effect is only obtained with the incorporation of a specific type of talc combining a lamellarity index> 1.4, a D95 ⁇ 18 microns and a D50 ⁇ 6 microns, the weight percentage of talc not to exceed 25% (beyond, the increase in the apparent density of the composition becoming too large compared to the gain in crushing resistance obtained).
- the value of the lamellarity index is the critical parameter for obtaining this significant improvement in Re / P report. It should be stressed that such a value greater than 1.4 is an exceptional index that only very rare talcs present. Current talcs (99% of talcs existing on the market) have a lamellarity index of between 0.4 and 1 and do not allow the above-stated result to be obtained, whatever their particle size.
- composition according to the invention in which the aforementioned talc particles are dispersed benefits from a reduced amount of recycling taxes due to its lower weight and a very reduced manufacturing cost (from 8 to 10% approximately: reduction of the total amount of material used, substitution of a fraction of the polyolefins by talc much cheaper).
- the polyolefins used are polypropylenes, homopolymers and / or copolymers, having a melt index substantially between 0, 5 and 5 g per 10 naked at 230 ° C under 2.16 kg (ISO R 1131 standard).
- a talc having the following characteristics: (as already mentioned) lamellarity index substantially between 1.4 and 10, and preferably between 1.4 and 3.6,
- the cut-off diameter D95 is less than 15 microns and the median diameter D50 is substantially between 0.5 and 5 microns, talc of macrocrystalline type (whose lamellar nature is most pronounced), this talc being pre-ground to present the aforementioned particle size distribution.
- microcrystalline talc a talc which naturally contains large elementary crystals (in particular greater than 15 microns before pre-grinding) observable on thin sections, in contrast to microcrystalline talcs naturally having small elementary crystals.
- talc in polyolefins
- extruders in particular twin-screw
- certain conventional additives such as pigments, anti-static agents, etc. can also be added to the composition.
- Talc can be directly incorporated into polyolefins in the above-mentioned proportions.
- a concentrated mixture is prepared beforehand in the form of granules comprising polyolefins and a weight percentage of talc of between 60% and 80%, and this is then diluted. concentrated mixture with polyolefins so as to obtain the aforementioned weight percentage talc / polyolefins.
- the transformation of the plastic material uses only granules (concentrated mixture and polyolefins) without handling of powders which are implemented at the supplier of master mixture which has the corresponding know-how.
- the invention extends to the thermoplastic composition prepared according to the process defined above as well as to the above-mentioned concentrated mixture.
- the invention extends to a method of manufacturing a three-dimensional object characterized in that, in order to increase the Re / P ratio of the object, where Re is its resistance to crushing between two faces and P its weight, one chooses to carry out thermoforming, a thermoplastic composition of the type previously defined, that is to say containing talc in percentage substantially between 5% and 25%, being in the form of particles dispersed in the polyolefins, of lamellarity index greater than or equal to 1.4 and of particle size such that the cut-off diameter D95 is less than or equal to 18 microns and that the median diameter D50 is less than or equal to 6 microns.
- the composition is implemented by thermoforming either in the molten state (“Melt phase”) or in the solid phase under pressure (“SPPF: Solide phase pressure forming”).
- Melt phase molten state
- SPPF Solide phase pressure forming
- Such an object is characterized by a Re / P ratio increased by at least 4% compared to an object of the same external shape produced from the same polyolefins in the absence of talc.
- a polypropylene homopolymer manufactured by the company MONTELL under the name "JE 6100”, in the form of granules, having a melt index close to 2 is used.
- talc ground macrocrystalline product, chlorite weight rate: 3.5%, BET specific surface area: 7 m / g
- Table I talc (ground macrocrystalline product, chlorite weight rate: 3.5%, BET specific surface area: 7 m / g) of characteristics indicated in Table I is mixed with polypropylene in the molten state. a twin-screw extruder, type "Clextral BC21", so as to obtain a weight percentage of talc of 75%.
- the concentrated mixture is in the form of granules with an average size of 2 mm.
- the concentrated mixture is then diluted with the same homopolymer polypropylene so as to obtain a talc content by weight of 15% in the final mixture, directly in an "Reifenhâuser RM 801" type extruder capable of calendering the mixture in a sheet of constant thickness equal to 950 ⁇ m and of width 315 mm; said sheet is thermoformed by the "SPPF” process on an "Illig type RDM53K” machine fitted with a preheating system (heating to temperatures close to the melting temperature of the mixture: 155 ° C., and forming under a pressure of 6 , 5 bars in a three-dimensional mold).
- the finished object is a generally rectangular rectangular container, flared towards its open face opposite the bottom, (dimensions: height 6 cm, length 13 cm, width 9 cm), it is ejected from the mold thanks to an air system compressed.
- the characterization of the object is made by a measurement of resistance to crushing between its bottom and its open face on a dynamometer of the type "Adamel Lhomargy DY24" provided with force sensors. The force measurement in Newton is made at a speed of 100 mm / min after deformation in compression of 7 mm.
- Table I The essential parameters and the results obtained are summarized in Table I below:
- composition referred to in this example is produced in an identical manner to that of Example 1 with the same percentage of talc, but the latter of a deposit different, (ground macrocrystalline product, chlorite weight content: 2.5%; BET specific surface: 5 m 2 / g) has the characteristics indicated in Table II.
- the finished object is prepared in the same way as that of Example 1. Table II below summarizes the results obtained and essential parameters implemented:
- composition of this comparative test C1 contains only polypropylene without addition of filler.
- the finished object is prepared in the same way as those of Examples 1 and 2 but by extruding a thicker sheet, of thickness equal to 1100 ⁇ m, so as to obtain an equal crush resistance for the finished object.
- Comparative tests C2, C3 Compositions manufactured in a similar manner to those of Examples 1 and 2 contain talcs described in Table III, having respectively a cut-off diameter D95 equal to 20 ⁇ m for the first and a lamellarity index less than 1 , 3 for the second.
- the finished articles are prepared in the same way as those of Examples 1 and 2, starting from a sheet of thickness equal to 950 ⁇ m.
- Table III summarizes the data in Tables I and II and summarizes the parameters and results of the comparative examples C1, C2, C3.
- This table shows that only the type of talc targeted by the invention having a high lamellarity index associated with a fine particle size as described makes it possible to produce a polypropylene tray whose Re / P ratio is increased.
- the increase in this ratio is approximately 10% compared to the comparative test C1 (no charge) and to the comparative test C2 (relatively lamellar talc but of different particle size), and is approximately 17% by report on the comparative test C3 (charge constituted by a talc with standard lamellarity).
- Examples 3, 4 and 5 The compositions referred to in Examples 3, 4 and 5 are produced in an identical manner to that of Example 1 with the same percentage of talc (15%), the talc having been the subject of a different grinding according to the process described in the international application PCT / FR 98/00569 in order to give it the following lamellarity indices: example 3: 2.9; Example 4: 3.6; example 5: 10.
- the finished object is prepared in the same way as that of Example 1.
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Abstract
L'invention concerne un procédé de préparation d'une composition thermoplastique à base de polyoléfines pour la fabrication d'objets à trois dimensions, en particulier conditionnements ou emballages à parois de faible épaisseur. On incorpore aux polyoléfines du talc en pourcentage sensiblement compris entre 5 et 25 %; ce talc se présente sous la forme d'une poudre d'indice de lamellarité supérieur ou égal à 1,4 et de répartition granulométrique telle que le diamètre de coupure D95 soit inférieur ou égal à 18 microns et que le diamètre médian D50 soit inférieur ou égal à 6 microns. Cette incorporation entraîne une augmentation significative du rapport Re/P des objets à trois dimensions réalisés par thermoformage, Re étant la résistance à l'écrasement entre deux faces d'un objet et P son poids.
Description
PROCEDE DE PREPARATION D'UNE COMPOSITION THERMOPLASTIQUE A
BASE DE POLYOLEFINES, COMPOSITION OBTENUE ET APPLICATION
A LA FABRICATION D'OBJETS A TROIS DIMENSIONS
L'invention concerne un procédé de préparation d'une composition thermoplastique à base de polyoléfines pour la fabrication d'objets à trois dimensions, en particulier conditionnements ou emballages de parois de faible épaisseur, notamment pour produits alimentaires. Elle vise tout particulièrement des compositions à base de polypropylènes destinées à être thermoformées .
Le pourcentage de conditionnements ou emballages de produits alimentaires fabriqués par thermoformage de polyoléfines, en particulier de polypropylènes, est actuellement de l'ordre de 20% et croît fortement chaque année, ceci pour la raison essentielle que ces matières sont facilement recyclables. Ces conditionnements ou emballages sont généralement palettisés et une de leurs premières qualités est de bénéficier d'une résistance à l'écrasement entre les deux faces porteuses
(Re) qui soit suffisante pour éviter un endommagement de l'emballage ou du conditionnement. Ainsi, cette résistance minimale à l'écrasement est une spécification qui conditionne la quantité de matière à mettre en œuvre et, donc, le prix du conditionnement et son poids P. Des taxes parafiscales fonction du poids sont appliquées sur ces produits dans la plupart des pays pour financer leur recyclage et on comprend que le ratio Re/P constitue le paramètre critique sur lequel porte l'effort de recherche des industries du conditionnement.
Il est connu dans le domaine des matières thermoplastiques qu'une incorporation d'une charge minérale
peut abaisser le prix de revient de la matière et augmenter le module d'élasticité en flexion de celle-ci. Par exemple, les brevets EP-0 353 991 et EP-0 129 890 décrivent l'incorporation dans un polypropylene d'une charge minérale telle que carbonate ou sulfate de calcium, talc, mica... dans une proportion pondérale élevée (50% à 80% pour le premier brevet, 19 à 69% pour le second) . Toutefois, ce type d'incorporation conduit à une augmentation très sensible du poids de l'emballage car la très importante augmentation de densité du composé minéral ajouté (par exemple densité moyenne d'un polypropylene pur : 0,9, densité moyenne des charges minérales précitées : 2,8) n'est pas compensée, et de loin, par l'augmentation du module d'élasticité en flexion de la matière obtenue ; si l'on travaille à résistance à l'écrasement constante, le poids de l'objet terminé est nettement plus élevé, de sorte que dans la plupart des pays, le montant des taxes de recyclage fait perdre tout intérêt à 1 ' incorporation de telles charges (le gain obtenu sur la quantité de polypropylene étant inférieur à l'accroissement des coûts dus aux taxes) . Le brevet EP-0 476 926 décrit également une composition à base de polypropylene dans laquelle est incorporée une poudre de talc en plus faible proportion que dans les cas précédents, mais il ne semble pas que cette adjonction conduise à des avantages significatifs pour ce qui concerne le ratio Re/P. Pour ces raisons, les industriels ont renoncé à incorporer des charges minérales dans les polyoléfines destinées à la fabrication des conditionnements ou emballages ; les seuls produits ajoutés (en très faible proportion de l'ordre de 1%) sont des produits fonctionnels tels que pigments (dioxyde de titane), agents antistatiques (monostéarate de glycérol) ou autres additifs.
Il convient de souligner que certaines compositions thermoplastiques sont destinées à la réalisation de feuilles par calandrage et ne posent évidemment pas le problème de résistance à l'écrasement des objets à trois dimensions sus-visés. Par exemple, le brevet FR-2 358 439 (correspondant au brevet GB 1.575.010) décrit l'incorporation d'un pourcentage pondéral compris entre 10% et 60%, préférentiellement 15% à 45%, de farine d'ardoise, dolomie, barytine, carbonate de calcium, kaolin, gypse ou talc, dans un polypropylene destiné au calandrage de feuilles. D'après ce document antérieur, l'ajout de ces pourcentages élevés de charges minérales faciliterait le calandrage .
Par ailleurs, dans certaines applications particulières, par exemple pour rendre dechirable un film en polypropylene (brevet EP-0 659 815), il est ajouté une charge minérale (talc, carbonate de calcium, silice, argile, terres diatomées...) à la matière thermoplastique destinée à former le film par calandrage ; cette charge réduit la force nécessaire pour obtenir la déchirure du film à partir d'une encoche.
La présente invention se propose de préparer une composition thermoplastique à base de polyoléfines en vue de la fabrication d'un objet à trois dimensions, en particulier un objet à parois de faible épaisseur (c'est-à-dire inférieure à 2,5 mm), ladite composition permettant d'accroître le rapport Re/P de l'objet (Re : résistance à l'écrasement entre deux faces de celui-ci ; P : poids de l'objet) par rapport aux objets réalisés à partir des compositions thermoplastiques actuellement connues.
Un objet de l'invention est ainsi, à résistance à l'écrasement Re constante, de réduire
signif icativement le poids de l'objet et donc le montant des taxes de recyclage et son coût propre de fabrication
(moindre quantité de matière totale, moindre quantité de polyoléfines dont une fraction est remplacée par un matériau moins cher) .
Un autre objectif est de fournir une composition thermoplastique susceptible d'être mise en œuvre par thermoformage en bénéficiant de gains significatifs de productivité. A cet effet, le procédé de préparation de la composition thermoplastique à base de polyoléfines conforme à l'invention se caractérise en ce que l'on incorpore aux polyoléfines du talc en pourcentage pondéral sensiblement compris entre 5% et 25%, se présentant sous la forme d'une poudre d'indice de lamellarité supérieur ou égal à 1,4 et de répartition granulométrie telle que le diamètre de coupure D95 soit inférieur ou égal à 18 microns et que le diamètre médian D50 soit inférieur ou égal à 6 microns . Par "poudre", on entend aussi bien un produit non compacté dans lequel les particules sont libres les unes par rapport aux autres, qu'un produit densifié où les particules ou certaines particules sont provisoirement liées en agglomérats. Par "diamètre médian D50, on entend un diamètre tel que 50% des particules en poids ont une taille inférieure audit diamètre ; par "diamètre de coupure D95", on entend un diamètre tel que 95% des particules en poids ont une taille inférieure audit diamètre. Pour des particules non sphériques, la taille est constituée par le diamètre sphérique équivalent (diamètre de Stokes) . Toutes les mesures des diamètres D50 et D95 sont effectuées au moyen d'un appareil "Sédigraph" (marque déposée) par
sédimentation par gravité conformément à la norme AFNOR Xll-683.
"L'indice de lamellarité" caractérise la forme de la particule et plus particulièrement son aplatissement (grande dimension/épaisseur) . Cet indice de lamellarité est mesuré par l'écart entre, d'une part, la valeur de la dimension moyenne (Dm) des particules de la poudre obtenue par une mesure de granulométrie par diffraction laser en voie humide, (norme AFNOR NFX11-666) et d'autre part, la valeur du diamètre médian (D50) obtenue par une mesure par sédimentation au moyen d'un "Sédigraph"
(norme AFNOR Xll-683), cet écart (Dm - D50) étant rapporté au diamètre médian D50 . indice de lamellarité = Dm ~ D 50 •
D 50
On pourra se reporter à l'article "G. BAUDET et J.P RONA, Ind. Min. Mines et Carr. Les Techn. juin juillet 1990 pp 55-61" qui montre que cet indice est corrélé au rapport moyen de la plus grande dimension de la particule à sa plus petite dimension. Un indice de lamellarité supérieur à 1,4 caractérise un talc exceptionnel ayant des particules très allongées (l'indice de lamellarité de particules sphériques est 0) . Il est à noter qu'il existe de nombreux autres paramètres permettant de caractériser la forme de particules minérales, en particulier le paramètre anglo- saxon désigné "Average Aspect Ratio" . Cet "Average Aspect Ratio" est défini par le rapport entre le diamètre moyen des particules mesurées par microscopie électronique à balayage et leur épaisseur moyenne également mesurée par microscopie électronique à balayage. Les deux paramètres : indice de lamellarité et "Average Aspect Ratio" sont liés par une proportionnalité linéaire et la courbe correspondante pour le talc est fournie à la figure unique du dessin annexé. Il convient de souligner que, dans le brevet EP-0 476 926, 1 ' "Average Aspect Ratio" de la poudre
incorporée est compris entre 3 et 20, préférentiellement entre 7 et 20, et plus préférentiellement entre 10 et 20. Ce brevet enseigne donc à l'homme du métier qu'il convient de choisir un "Average Aspect Ratio" inférieur à 20 pour obtenir une composition ayant des caractéristiques mécaniques satisfaisantes, c'est-à-dire un indice de lamellarité inférieur à 1 (comme le montre la courbe de correspondance du dessin) .
On entend par "talc" soit le minéral silicate de magnésium hydraté, soit le minéral chlorite
(silicate de magnésium et d'aluminium hydraté), soit un mélange des deux, associé le cas échéant à d'autres minéraux (dolomite, ...), soit encore, une substance minérale issue du talc et présentant des propriétés analogues.
Les inventeurs ont mis en évidence que, de façon inattendue, l'adjonction dans la matière thermoplastique d'un type de talc particulier dans une plage particulière de pourcentage permet d'augmenter d'au moins 4% le rapport Re/P des objets à trois dimensions réalisés par thermoformage, et ce malgré la densité plus élevée de talc ajouté. Comme les exemples comparatifs fournis plus loin l'illustreront, cet effet n'est obtenu qu'avec l'incorporation d'un type de talc spécifique combinant un indice de lamellarité > 1,4, un D95 < 18 microns et un D50 < 6 microns, le pourcentage pondéral de talc ne devant pas dépasser 25% (au-delà, l'augmentation de la densité apparente de la composition devenant trop forte par rapport au gain en résistance à l'écrasement obtenu). La valeur de l'indice de lamellarité, supérieure ou égale à 1,4, de préférence comprise entre 1,4 et 10, et très préférentiellement entre 1,4 et 3,6 est le paramètre critique pour obtenir cette amélioration significative de
rapport Re/P. Il convient de souligner qu'une telle valeur supérieure à 1,4 est un indice exceptionnel que ne présentent que de très rares talcs. Les talcs courants (99% des talcs existants sur le marché) ont un indice de lamellarité compris entre 0,4 et 1 et ne permettent pas d'obtenir le résultat ci-dessus énoncé, quelle que soit leur granulométrie .
Cette augmentation significative de la résistance à l'écrasement de l'objet obtenu à partir de la composition conforme à l'invention n'est pas expliquée à l'heure actuelle et tient probablement à une orientation privilégiée que prennent les particules de talc dans la matière lorsque l'opération de formage à chaud est réalisée. Il ne semble pas que d'autres minéraux donnent le même effet.
La composition conforme à l'invention dans laquelle sont dispersées les particules de talc précitées bénéficie d'un montant réduit des taxes de recyclage en raison de son moindre poids et d'un coût de fabrication très réduit (de 8 à 10% environ : réduction de la quantité totale de matière utilisée, substitution d'une fraction des polyoléfines par du talc beaucoup moins cher) .
Dans la majorité des cas visant en particulier l'application de la composition à la fabrication d'emballages ou de conditionnement de produits alimentaires, les polyoléfines utilisées sont des polypropylènes, homopolymères et/ou copolymères, ayant un indice de fluidité sensiblement compris entre 0,5 et 5 g par 10 nu à 230°C sous 2,16 kg (norme ISO R 1131). Les avantages sus -indiqués sont optimisés en utilisant préférentiellement un talc ayant les caractéristiques suivantes :
(comme déjà évoqué) indice de lamellarité sensiblement compris entre 1,4 et 10, et préférentiellement entre 1,4 et 3,6,
- répartition granulometrique telle que le diamètre de coupure D95 soit inférieur à 15 microns et le diamètre médian D50 soit sensiblement compris entre 0,5 et 5 microns, talc de type macrocristallin (dont le caractère lamellaire est le plus prononcé) , ce talc étant prébroyé pour présenter la répartition granulometrique précitée.
Par "talc macrocristallin", on entend un talc qui contient naturellement des cristaux élémentaires de grande dimension (notamment supérieure à 15 microns avant le prébroyage) observables sur des lames minces, par opposition à des talcs microcristallins ayant naturellement des cristaux élémentaires de faible dimension.
Le pourcentage pondéral de talc qui paraît donner le meilleur résultat dans la plupart des cas est sensiblement compris entre 10% et 20%.
L'incorporation du talc dans les polyoléfines peut être réalisée de façon traditionnelle dans des extrudeuses, notamment bi-vis, permettant une dispersion sensiblement homogène dans la matière plastique. Bien entendu, certains additifs classiques tels que pigments, agents anti-statiques... peuvent également être ajoutés à la composition.
Le talc peut être directement incorporé aux polyoléfines dans les proportions sus- indiquées . Toutefois, selon un mode de mise en œuvre préférentiel, l'on prépare préalablement un mélange concentré sous forme de granulés comprenant des polyoléfines et un pourcentage pondéral de talc compris entre 60% et 80%, et on dilue ensuite ce
mélange concentré avec des polyoléfines de façon à obtenir le pourcentage pondéral précité talc/polyoléfines . Ainsi, la transformation du matériau plastique utilise uniquement des granulés (mélange concentré et polyoléfines) sans manipulation de poudres qui sont mises en œuvre chez le fournisseur de mélange maître qui possède le savoir-faire correspondant. Pour fabriquer ce mélange concentré, on peut avantageusement utiliser le procédé visé dans le brevet FR- 2 714 326, dans lequel le talc est préalablement aggloméré en granulés aptes à se désagréger lors de 1 ' incorporation dans les polyoléfines.
L'invention s'étend à la composition thermoplastique préparée conformément au procédé précédemment défini ainsi qu'au mélange concentré sus- évoqué.
L'invention s'étend à un procédé de fabrication d'un objet à trois dimensions caractérisé en ce que, en vue d'accroître le rapport Re/P de l'objet, où Re est sa résistance à l'écrasement entre deux faces et P son poids, on choisit pour réaliser le thermoformage, une composition thermoplastique du type précédemment défini, c'est-à-dire contenant du talc en pourcentage sensiblement compris entre 5% et 25%, se présentant sous forme de particules dispersées dans les polyoléfines, d'indice de lamellarité supérieur ou égal à 1,4 et de granulométrie telle que le diamètre de coupure D95 soit inférieur ou égal à 18 microns et que le diamètre médian D50 soit inférieur ou égal à 6 microns. Pour fabriquer le produit à trois dimensions, la composition est mise en œuvre par thermoformage soit à l'état fondu ("Melt phase"), soit en phase solide sous pression ("SPPF : Solide phase pressure forming"). On peut constater des gains de productivité remarquables (temps de cycle raccourcis) pouvant atteindre
30 à 40%. Le talc incorporé augmente la conductibilité thermique du polymère et donc réduit la durée des cycles de chauffage et refroidissement.
Un tel objet (conditionnement, emballage, conteneur...) se caractérise par un rapport Re/P augmenté d'au moins 4% par comparaison à un objet de même forme extérieure réalisé à partir des mêmes polyoléfines en l'absence de talc.
La figure unique du dessin annexé fournit, dans le cas du talc, la courbe de correspondance entre l'indice de lamellarité utilisé dans la description et dans les exemples et le paramètre anglo-saxon "Average Aspect Ratio" . Les exemples 1 à 5 qui suivent illustrent le procédé de 1 ' invention, cependant que les essais comparatifs Cl, C2 et C3 décrivent des fabrications de caractéristiques différentes afin d'illustrer, par comparaison, l'efficacité de l'invention.
Exemple 1 :
On utilise un polypropylene homopolymère fabriqué par la Société MONTELL sous la dénomination "JE 6100", sous la forme de granulés, ayant un indice de fluidité voisin de 2.
Afin de préparer un mélange concentré, du talc (produit macrocristallin broyé, taux pondéral de chlorite : 3,5%, surface spécifique BET : 7 m/g) de caractéristiques indiquées dans le tableau I est mélangé au polypropylene à l'état fondu dans une extrudeuse bi-vis, type "Clextral BC21", de façon à obtenir un pourcentage pondéral de talc de 75%. Le mélange concentré se présente sous la forme de granulés de taille moyenne de 2 mm.
Le mélange concentré est ensuite dilué avec le même polypropylene homopolymère de façon à obtenir un taux pondéral de talc de 15% dans le mélange final,
directement dans une extrudeuse de type "Reifenhâuser RM 801" apte à assurer un calandrage du mélange en nappe d'épaisseur constante égale à 950 μm et de largeur 315 mm ; ladite nappe est thermoformée par le procédé "SPPF" sur une machine "Illig type RDM53K" munie d'un système de préchauffage (chauffage à des températures proches de la température de fusion du mélange :155°C, et formage sous une pression de 6,5 bars dans un moule en trois dimensions) .
L'objet fini est une barquette de forme générale parallépipédique rectangle, évasée vers sa face ouverte opposée au fond, (dimensions : hauteur 6 cm, longueur 13 cm, largeur 9 cm) , elle est éjectée du moule grâce à un système d'air comprimé. La caractérisation de l'objet se fait par une mesure de résistance à l'écrasement entre son fond et sa face ouverte sur un dynamomètre de type "Adamel Lhomargy DY24" muni de capteurs de force. La mesure de force en Newton se fait à une vitesse de 100 mm/min après déformation en compression de 7 mm. Les paramètres essentiels et les résultats obtenus sont résumés dans le tableau I ci -dessous :
Exemple 2 :
La composition visée à cet exemple est fabriquée de façon identique à celle de l'exemple 1 avec le même pourcentage de talc, mais ce dernier d'un gisement
différent, (produit macrocristallin broyé, taux pondéral de chlorite : 2,5% ; surface spécifique BET : 5 m2/g) présente les caractéristiques indiquées au Tableau II. L'objet fini est préparé de la même façon que celui de l'exemple 1. Le tableau II ci-dessous résume les résultats obtenus et paramètres essentiels mis en œuvre :
Essai comparatif Cl :
La composition de cet essai comparatif Cl ne contient que du polypropylene sans addition de charge. L'objet fini est préparé de la même façon que ceux des exemples 1 et 2 mais en extrudant une nappe plus épaisse, d'épaisseur égale à 1100 μm, de façon à obtenir une résistance à l'écrasement égale pour l'objet fini.
Essais comparatifs C2 , C3 : Des compositions fabriquées de façon analogue à celles des exemples 1 et 2 contiennent des talcs décrits dans le tableau III, ayant respectivement un diamètre de coupure D95 égal à 20 μm pour le premier et un indice de lamellarité inférieur à 1,3 pour le second. Les objets finis sont préparés de la même façon que ceux des exemples 1 et 2 en partant d'une nappe d'épaisseur égale à 950 μm.
Le tableau III ci-dessous reprend les données des tableaux I et II et résume les paramètres et résultats des exemples comparatifs Cl, C2 , C3.
Ce tableau montre que seul le type de talc visé par 1 ' invention ayant un haut indice de lamellarité associé à une granulométrie fine telle que décrite permet de réaliser une barquette en polypropylene dont le rapport Re/P soit augmenté. L'augmentation de ce rapport est d'environ 10% par rapport à l'essai comparatif Cl (pas de charge) et à l'essai comparatif C2 (talc relativement lamellaire mais de granulométrie différente) , et est d'environ 17% par rapport à l'essai comparatif C3 (charge constituée par un talc de lamellarité standard) . Cet essai comparatif C3 conduit à un rapport Re/P qui est inférieur à celui de l'essai Cl mis en œuvre en l'absence complète de talc ; cet essai met en lumière le caractère essentiel de l'indice de lamellarité qui doit être supérieur à 1,4 pour autoriser l'obtention d'un rapport Re/P significativement augmenté. Cet effet est totalement inattendu.
Exemples 3 , 4 et 5 : Les compositions visées aux exemples 3, 4 et 5 sont fabriquées de façon identique à celle de l'exemple 1 avec le même pourcentage de talc (15%), le talc ayant fait l'objet d'un broyage différent conformément au procédé décrit dans la demande internationale
PCT/FR 98/00569 afin de lui conférer les indices de lamellarité suivants : exemple 3 : 2,9 ; exemple 4 : 3,6 ; exemple 5 : 10.
L'objet fini est préparé de la même façon que celui de 1 ' exemple 1.
Le tableau IV ci-dessous résume les résultats obtenus et paramètres essentiels mis en œuvre.
Dans les trois exemples, on constate une amélioration significative du rapport Re/P (par rapport aux essais comparatifs). Cette amélioration croît avec l'indice de lamellarité, mais en pratique on aura intérêt à se limiter à un indice de lamellarité inférieur à 10 car, au- delà, les talcs sont très chers. En pratique, une plage de 1,4 à 3,6 conduit à une économie maximale sur l'objet fabriqué (compte tenu du prix croissant du talc au-delà de cette valeur) .
Claims
REVENDICATIONS
1/ - Procédé de préparation d'une composition thermoplastique à base de polyoléfines pour la fabrication d'objets à trois dimensions, en particulier conditionnements ou emballages, caractérisé en ce que l'on incorpore aux polyoléfines du talc en pourcentage pondéral sensiblement compris entre 5% et 25%, se présentant sous la forme d'une poudre d'indice de lamellarité supérieur ou égal à 1,4 et de répartition granulometrique telle que le diamètre de coupure D95 soit inférieur ou égal à 18 microns et que le diamètre médian D50 soit inférieur ou égal à 6 microns .
2/ - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on incorpore aux polyoléfines une poudre de talc ayant un indice de lamellarité sensiblement compris entre 1,4 et 10, préférentiellement entre 1,4 et
3,6.
3/ - Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on incorpore aux polyoléfines une poudre de talc ayant une répartition granulometrique telle que le diamètre de coupure D95 soit inférieur à 15 microns et le diamètre médian D50 soit sensiblement compris entre 0,5 et 5 microns.
4/ - Procédé selon l'une des revendications 1, 2 ou 3 , caractérisé en ce que l'on incorpore aux polyoléfines un pourcentage pondéral de talc sensiblement compris entre 10% et 20%.
5/ - Procédé selon l'une des revendications 1, 2, 3 ou 4, caractérisé en ce que l'on incorpore aux polyoléfines un talc de type macrocristallin, broyé pour présenter la répartition granulometrique précitée.
6/ - Procédé selon l'une des revendications 1, 2, 3, 4 ou 5, caractérisé en ce que l'on prépare
préalablement un mélange concentré sous forme de granulé comprenant les polyoléfines et un pourcentage pondéral de talc compris entre 60% et 80%, et on dilue ce mélange concentré avec des polyoléfines de façon à obtenir le pourcentage pondéral précité talc/polyoléfines .
7/- Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel le talc est incorporé aux polyoléfines dans une extrudeuse dans des conditions appropriées pour obtenir une dispersion sensiblement homogène. 8/- Procédé selon l'une des revendications
1 à 7, dans lequel on utilise comme polyoléfines des polypropylènes, homopolymères et/ou copolymères, ayant un indice de fluidité sensiblement compris entre 0,5 et 5 g par 10 irai à 230°C sous 2,16 kg (norme ISO R1113) . 9/ - Composition thermoplastique comprenant des polyoléfines, caractérisée en ce qu'elle comprend du talc en pourcentage sensiblement compris entre 5% et 25%, se présentant sous forme de particules dispersées dans les polyoléfines, d'indice de lamellarité supérieur ou égal à 1,4 et de granulométrie telle que le diamètre de coupure D95 soit inférieur ou égal à 18 microns et que le diamètre médian D50 soit inférieur ou égal à 6 microns.
10/ - Composition thermoplastique selon la revendication 9, à base de polypropylènes, comprenant un pourcentage pondéral de talc sensiblement compris entre 10% et 20%.
11/ - Mélange concentré de polyoléfines et de talc en vue de la préparation d'une composition thermoplastique conforme à l'une des revendications 9 ou 10, caractérisé en ce qu'il comprend du talc en pourcentage sensiblement compris entre 60% et 80%, se présentant sous forme de particules dispersées dans les polyoléfines, d'indice de lamellarité supérieur ou égal à 1,4 et de
granulométrie telle que le diamètre de coupure D95 soit inférieur ou égal à 18 microns et que le diamètre médian D50 soit inférieur ou égal à 6 microns.
12/ - Procédé de fabrication d'un objet à trois dimensions, caractérisé en ce que, en vue d'accroître le rapport Re/P de l'objet, où Re est sa résistance à l'écrasement entre deux faces et P son poids, on thermoforme une nappe réalisée à partir d'une composition thermoplastique conforme à l'une des revendications 9 ou 10.
13/ - Objet à trois dimensions, en particulier conditionnement ou emballage, réalisé par mise en œuvre du procédé selon la revendication 12, se caractérisant par un rapport Re/P augmenté d'au moins 4% par comparaison à un objet de même forme extérieure réalisé à partir des mêmes polyoléfines en l'absence de talc.
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| EP98958960A EP1040159A1 (fr) | 1997-12-16 | 1998-12-07 | Procede de preparation d'une composition thermoplastique a base de polyolefines, composition obtenue et application a la fabrication d'objets a trois dimensions |
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Applications Claiming Priority (2)
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| US20180071181A1 (en) * | 2015-03-18 | 2018-03-15 | Imerys Talc Europe | Cosmetic compositions comprising a talc particulate |
| CN115490960A (zh) * | 2022-10-13 | 2022-12-20 | 江苏金发科技新材料有限公司 | 一种抗静电聚丙烯组合物及其制备方法和应用 |
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- 1998-12-07 WO PCT/FR1998/002637 patent/WO1999031174A1/fr not_active Application Discontinuation
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