FIL COMPOSITE PHOTOLUMINESCENT, PROCEDE D'OBTENTION ET STRUCTURE TEXTILE OBTENUE
La présente invention concerne un fil composite photoluminescent à usage technique ou industriel, pouvant être assemblé en tout type de structure textile, notamment tissus et nappes textiles, pouvant être utilisé dans toutes applications notamment dans le domaine de la signalétique, par exemple vêtements de sécurité, ou pour la décoration, par exemple pour la fabrication de stores ou rideaux. Plus particulièrement, l'invention concerne des fils composites photoluminescents susceptibles d'être obtenus par enduction.
L'intérêt de conférer des propriétés photoluminescentes ou phosphorescentes à un fil textile est apparu il y a longtemps. Ainsi, US-A- 2 787 558 décrit un procédé de production d'un fil phosphorescent par incorporation d'un pigment approprié (ZnS) dans la composition de résine destinée à recouvrir le fil. Cette composition comprend un liant tel que la caséine et un polymère tel qu'un polyéthylène ou un polyacétate de vinyle. L'application sur le fil se fait par imprégnation.
Cette façon de procéder a été critiquée comme conférant de la rigidité au fil et au tissu, une perte des propriétés textiles et une vulnérabilité à l'abrasion. Il en résulte une faible durabilité des propriétés de photoluminescence.
Pour améliorer ces propriétés, les industriels se sont tournés vers l'incorporation des pigments luminescents directement dans la fibre textile : US-A- 2003/0122107, US-A-5 674 437 et US-A-7 338 877. D'autres industriels ont développé l'application de couches photoluminescentes à la surface de substrats divers. Ainsi, FR-A-2 901 561 décrit l'incorporation de pigments photoluminescents dans des substances transparentes ou translucides destinées au revêtement de surfaces, y compris de surfaces textiles. Il peut s'agir de vernis photoluminescent de type bi-composant et de matrice mono-composant de copolymères ou de vernis PU acrylique. Selon ce document, le choix ou la couleur de la surface sur laquelle la matrice est appliquée peut être mise à profit pour conférer des effets visuels intéressants. Le document envisage ainsi d'appliquer des couleurs blanches ou claires et/ou pouvant être
dotées d'effets spéciaux de type nacré, métallisé, du type photo réfléchissant, ou fluorescent, phosphorescent et/ou d'effets spécifiques obtenus par traitement de surface comme par exemple l'anodisation, la métallisation, le traitement laser, sur la surface de base . Le document envisage de juxtaposer des couches photoluminescentes et non photoluminescentes transparentes ou translucides.
On connaît également de FR 2 514 377 une préparation à base de matériau thermoplastique, de préférence de type transparent, tel que du chlorure de polyvinyle, et des pigments phosphorescents pour former des granulés et des particules pouvant être extrudées. Il est notamment décrit que l'âme du fil de base (sans traitement préalable) est soumis par extrusion à un recouvrement thermoplastique à base de la préparation précitée. La particule phosphorescente est incorporée dans un polymère fondu très visqueux. Les forces de cisaillement sont plus importantes et la particule risque de voir sa taille diminuée ce qui est préjudiciable à la durabilité de la phosphorescence. La demande de brevet US 2006/048440 concerne des lignes de pêche dont l'âme est recouverte de deux ou trois couches de revêtement. La première couche peut contenir des microsphères polymériques permettant d'apporter une légèreté au fil. Les couches peuvent également contenir des pigments fluorescents. Cependant, la fluorescence est un phénomène distinct de la phosphorescence et de document ne permet pas de résoudre le problème de la durabilité du phénomène de fluorescence.
On connaît de WO03/075046 une méthode d'incorporation d'additifs fluorescents ou phosphorescents dans une couche polymérique. La composition obtenue est déposée sur des fibres/tissus de verre ou de quartz (transparent). Seuls des additifs fluorescents sont exemplifiés et la durabilité du phénomène de phosphorescence n'est pas ici décrit, cependant celle-ci doit être faible.
On connaît de JP09067764 un traitement collant de la surface par une résine à base d'acrylique ou d'uréthane comprenant des pigments à base de phosphore. La fibre enduite est transparente. Ce document ne traite cependant pas de la question de la rémanence du phénomène de phosphorescence.
On connaît enfin de JP08176924 un fil nylon comportant une couche de dioxyde de titane et d'agent fluorescent. L'agent fluorescent joue un rôle d'azurant optique permettant de renforcer la blancheur du pigment (dioxyde de titane). Il
n'est pas question dans ce document de la rémanence du phénomène de phosphorescence.
De manière générale, on connaît déjà des fils composites techniques comprenant : une âme comportant un fil continu en matériau inorganique tel que le verre ou organique tel que le polyamide, l'alcool de polyvinyle, le polyester et une gaine ou enveloppe comportant une matrice, constituée par au moins un matériau polymère, par exemple un matériau polymère chloré ou acrylique, et un plastifiant.
Préférentiellement, mais de manière non exclusive, un tel fil peut être obtenu par enduction en une ou deux couches, de l'âme avec un plastisol comprenant le matériau polymère et le plastifiant, puis par gélification du plastisol autour de l'âme.
La présente invention a pour objectif de remédier aux inconvénients des fils enduits d'une matrice phosphorescente ou photoluminescente et des fils réalisés à partir de fibres artificielles contenant le pigment photoluminescent.
L'objectif de l'invention est notamment de fournir de nouveaux fils composites photoluminescents faciles à fabriquer sans imposer des modifications sensibles du procédé ou fabrication des fils composites, présentant de bonnes propriétés de fils textiles et ayant une photoluminescence durable.
La présente invention a ainsi pour objet un fil photoluminescent continu, obtenu par filature de filaments ou fibres en un matériau artificiel organique ou inorganique ou de fibres naturelles, et d'un matériau polymère constitué autour de l'âme, caractérisé en ce que la surface extérieure de l'âme est de couleur claire ou blanche, et en ce que le matériau polymère constitué autour de l'âme est transparent ou translucide, de préférence transparent, et contient un pigment photoluminescent. La surface extérieure de l'âme est de préférence blanche mais une couleur claire favorisant la perception de la photoluminescence peut convenir.
Le fait d'utiliser une âme blanche ou de couleur claire ou de réaliser une sous-couche blanche ou claire permet de réfléchir le rayonnement lumineux. Ainsi, Le pigment phosphorescent est doublement excité par la radiation lumineuse incidente et par la réflexion de ce rayon lumineux sur l'âme de couleur claire ou blanche.
La mesure de la couleur claire ou blanche peut se faire par la méthode de Wl Berger (formule de blanc BERGER). La mesure de blancheur selon le Wl Berger utilise un illuminant (source lumineuse) normalisé D65 qui correspond à la lumière émise par le soleil. Cette source lumineuse est normalisée et connue par l'homme de l'art. Le degré Berger est obtenu par la formule suivante :
W = L * -0,9^(a *2 +b *2 ) où L* correspond à la clarté et est comprise entre 0 (noir) et 100 (blanc), a* et b* correspondent aux coordonnées Lab (coordonnées qui définissent la couleur), bien connues de l'homme du métier, a représentant l'axe rouge à vert et b représentant l'axe jaune à bleu. Ainsi, la présente invention est caractérisée par une valeur Wl Berger
(degré Berger) comprise entre 80 et 100. A titre de comparaison des formules ne comportant pas de pigment conférant la couleur claire ou blanche ou comportant une charge ne conférant pas de couleur claire ou blanche (par exemple charge ignifugeante) ont des valeurs de blancheur mesurées par la méthode Wl Berger (degré Berger) inférieures à 65%, respectivement 80%.
Dans un mode de réalisation la charge ou pigment conférant la couleur claire ou blanche présente une granulométrie de l'ordre du micron, plus particulièrement comprise entre 0,8 à 10 μm. on emploie des charges ayant une granulométrie telle qu'elles ont un effet d'opacification. L'intervalle donné est particulièrement approprié à cet effet.
L'opacité est l'aptitude d'un matériau à s'opposer à la transmission d'un flux lumineux et ce pour une épaisseur donnée. L'opacité correspond physiquement au rapport entre la luminosité mesurée d'une couche de matériau polymérique appliquée sur un fond noir (Y fond noir) et la luminosité mesurée d'une couche du même matériau polymérique sur un fond blanc (Y fond blanc), les mesures sont réalisées au spectrocolorimètre. En pratique, on enduit le matériau polymérique sur une feuille carton à damiers noir / blanc. Le film d'épaisseur 1 .25 mm est gélifié à 1600C pendant 12 minutes. On mesure la réflectance Y de l'enduction à
l'aide d'un spectro-colorimètre Datacolor SF300 sur fond blanc et sur fond noir.
L'opacité est le ratio entre la mesure de réflectance sur fond blanc et la mesure de réflectance sur fond noir = Yb/Ynx100. Ainsi une enduction d'opacité 100% est parfaitement opaque. Dans un mode de réalisation la couleur claire ou blanche confère une opacité à l'âme comprise entre 75 et 100%. A titre de comparaison des formules ne comportant pas de pigment conférant la couleur claire ou blanche ou comportant une charge ne conférant pas de couleur claire ou blanche (par exemple charge ignifugeante) ont des valeurs d'opacité inférieures à 75% (7%, respectivement 32%).
La quantité de charge conférant une couleur claire ou blanche à l'âme est comprise entre 0,5 et 5% en poids par rapport au poids total du matériau polymère.
Suivant un premier mode de réalisation, l'âme comprend le fil continu et un matériau polymère de couleur claire ou blanche constitué autour du fil. Dans ce mode de réalisation, le fil composite est revêtu d'au moins deux matériaux polymères, l'un formant une sous-couche de couleur claire ou blanche, cette sous- couche étant au plus près du fil continu, typiquement au contact de celui-ci, l'autre un matériau polymère formant une couche extérieure du fil composite comportant le pigment photoluminescent.
Pour conférer les propriétés conférant au fil composite selon l'invention, sa capacité à être manipulé, mis en œuvre et notamment tissé, il est d'usage de constituer une certaine épaisseur de matériau polymère autour du fil continu. On appelle notamment taux d'emport, le taux d'imprégnation du fil et il est défini par la formule suivante : poids du fil enduit - poids du fil x 100 poids du fil enduit
Selon l'invention, le fil continu est de préférence enduit par un procédé d'enduction avec les matériaux polymères et suivant l'ordre successif des couches, l'âme proprement dite étant tout d'abord réalisée par enduction à l'aide du polymère formant la sous-couche, puis le polymère formant la couche extérieure est constitué autour de l'âme par enduction.
Selon l'invention, l'enduction est susceptible d'être effectuée par couche avec une préparation liquide de monomère ou de polymère. Suivant une première
méthode, une préparation liquide de polymère est obtenue par fusion d'un polymère ou par dispersion, par exemple sous forme de plastisol. Suivant une deuxième méthode, une préparation liquide de monomère est constituée d'un monomère liquide qui polymérisera sous l'effet d'une source d'énergie, telle que la chaleur ou une irradiation, e.g. irradiation UV.
Ces procédés d'enduction, et notamment à partir d'un polymère plastifié et notamment d'une dispersion du type plastisol, permettent d'obtenir les meilleurs taux d'emport. Néanmoins, selon l'épaisseur finale souhaitée, le fabricant est amené à appliquer des couches successives. Ainsi, rien n'interdit à ce dernier d'appliquer plus de deux couches ou enductions. Ainsi, une couche extérieure de matériau polymère transparent sans pigment peut être présente, de même qu'un matériau polymère intermédiaire transparent sans pigment peut être interposé entre la sous-couche et le polymère luminescent, ou encore le fil continu peut-il être enduit ou imprégné à cœur d'un matériau polymère approprié. Le taux d'emport du polymère est avantageusement compris entre 25 et
200. Il est de préférence compris entre 50 et 100 %.
Selon une caractéristique, le matériau polymère constitué autour d'un fil et formant la sous-couche, contient un pigment ou des pigments conférant la couleur (claire) blanche. De préférence, le polymère contient un pigment blanc de préférence minéral, tel que le dioxyde de titane, le sulfure de zinc, le carbonate de calcium, le talc, le trioxyde d'antimoine.
Concernant ce mode de réalisation, l'homme du métier pourra se référer à WO-A-03/056082 décrivant un fil composite revêtu de matériaux polymères.
En variante, le matériau polymère constitué autour du fil et formant la sous- couche est un polymère moussé, c'est-à-dire un matériau polymère comportant un système moussant conduisant à l'obtention d'une couche de polymères de couleur claire ou blanche par l'effet du moussage. L'homme du métier pourra se référer à WO-A-2005/052232 qui décrit un tel polymère moussé appliqué à l'enduction d'un fil continu. Suivant un deuxième mode de réalisation, l'âme comprend un fil continu incorporé dans une masse de polymère moussé, en particulier selon l'enseignement de WO-A-2005/052232. Les fibres constitutives du fil continu sont réparties uniformément dans la matrice en matériau polymère. Le polymère est
moussé par la mise en œuvre d'un système moussant chimique ou d'un système moussant mécanique. Typiquement, l'âme est préparée typiquement par enduction ou extrusion par ou dans le matériau polymère en combinaison avec un procédé d'ouverture mécanique du fil permettant la séparation des fibres et l'imprégnation à cœur. Le polymère moussé confère la couleur claire ou blanche à ladite âme, de sorte qu'il n'est pas nécessaire, sans toutefois y être limité, de prévoir un matériau polymère formant une sous-couche indépendante. En effet, les particules de gaz emprisonnées réfractent les rayons lumineux et apportent une couleur claire ou blanche de la même manière que des charges minérale. Le matériau polymère moussé forme lui-même la sous-couche. Dans ce mode de réalisation, le matériau polymère contenant le pigment photoluminescent peut être appliqué directement sur ladite âme.
Suivant une modalité de l'invention, le matériau constitutif des fibres du fil continu est inorganique et typiquement il s'agit de verre ou de silice. Suivant une autre modalité de l'invention, le matériau constitutif des fibres du fil continu est organique et typiquement il s'agit de polyoléfines, de polyesters, de polyamides, de polyvinyles, d'acryliques.
Suivant une autre modalité de l'invention, le matériau constitutif des fibres du fil continu est d'origine naturelle, par exemple du lin ou du coton et de préférence du lyocell.
Par préparation liquide de monomères ou de polymères, on entend toute formulation liquide à base de monomères ou de polymères.
Par formulation, on entend tout mélange comportant au moins un produit par exemple dispersion, solution, mélange de monomères et/ou d'oligomères. Par dispersion de polymère, on entend toute préparation de polymère à l'état divisé, comprenant éventuellement des additifs, dans un liquide organique ou non.
Par plastifié, on entend un polymère contenant un agent plastifiant.
Par « plastisol », on entend une dispersion de polymères, et éventuellement de charges et autres additifs éventuels, à l'état finement divisé, dans un plastifiant ou système plastifiant.
Suivant une modalité de l'invention, le matériau polymère constitué autour de l'âme est un polymère plastifié.
Suivant une modalité préférée, le matériau polymère constitué autour de l'âme est un plastisol.
Le matériau polymère constitué autour de l'âme est de préférence un polymère chloré ou acrylique transparent ou translucide. A titre de matériau polymère chloré, on peut utiliser conformément à l'invention, toute résine susceptible d'être plastifiée, et notamment pouvant être de ce fait mise en œuvre sous forme de plastisol.
Par matériau polymère chloré, on entend un polymère chloré pur ou un copolymère de chlorure de vinyle copolymérisé avec d'autres monomères, ou encore un polymère chloré qui est allié avec d'autres polymères.
Parmi les monomères qui peuvent être copolymérisés avec le chlorure de vinyle, on citera notamment des oléfines comme par exemple l'éthylène, des esters vinyliques d'acides carboxyliques saturés, comme l'acétate de vinyle, le butyrate de vinyle ou les maléates ; des dérivés vinyliques halogènes comme, par exemple, le chlorure de vinylidène, des esters d'acide acrylique ou méthacrylique comme, par exemple, l'acrylate de butyle.
A titre de polymère chloré, on citera par exemple le polychlorure de vinyle (PVC), mais aussi les PVC surchlorés, les polychlorures de vinylidène et les polyoléfines chlorées. De manière préférentielle, mais non exclusive, le matériau polymère chloré selon la présente invention a une teneur pondérale en halogène comprise entre 40 et 70 %.
A titre de plastifiant, on peut citer les phtalates organiques, par exemple le phtalate d'isononyle. A titre de matériau ou résine acrylique, on peut utiliser tout polymère synthétique dérivé de l'acide propénoïque permettant d'obtenir un polymère transparent (translucide).
La résine acrylique peut être un homopolymère ou un copolymère à base de méthacrylate de méthyle. Pour former un matériau polymère plastifié ou un plastisol, la résine acrylique contient avantageusement un plastifiant de type phosphate ou de type mixte phosphate/phtalate.
Le matériau polymère constitué autour de l'âme comprend un ou des pigments photoluminescents à raison de 1 à 15 %, plus particulièrement de 2 à 10%, de préférence de 4 à 6% en poids par rapport au poids du matériau polymère. Le matériau polymère doué de propriétés photoluminescentes comprend un ou plusieurs pigments photoluminescents.
Par définition, un pigment photoluminescent s'entend d'un pigment ou substance qui lorsqu'il est excité par une radiation lumineuse, notamment une longueur d'onde d'une radiation dans le domaine du visible ou de l'ultraviolet, émet une lumière se prolongeant après cessation de l'exposition à la radiation.
Parmi ces pigments, on peut citer : sulfure de zinc ou sulfure de calcium, éventuellement dopé au cobalt ou au cuivre ; sulfides de terre rare - de préférence silicates de terre rare, aluminates de terre rare, et leurs mélanges ; comme exemples, on peut citer notamment les silicates et les aluminates d'europium ou de dysprohum.
Suivant un mode de réalisation, l'âme comprend le fil continu et un matériau polymère de couleur (claire) blanche constitué autour du fil et ce matériau polymère est de même nature que le matériau polymère constitué autour de l'âme.
Suivant un mode de réalisation particulièrement préféré, l'âme comprend le fil continu et un matériau polymère constitué autour d'un fil, ainsi qu'un matériau polymère constitué autour de cette âme, et en ce que les deux matériaux polymères sont des plastisols transparents (translucides) de même nature, typiquement de polymère chloré ou de polymère acrylique.
De préférence et comme cela est connu en soi, le fil est ignifugé. Une charge ignifugeante peut être incorporée dans l'un au moins des matériaux polymères. On peut employer les charges connues. On peut notamment employer des charges qui n'opacifient pas le matériau polymère. Ainsi, suivant une caractéristique avantageuse, une telle charge est présente dans le polymère formant la sous-couche et dans le polymère photoluminescent. A titre d'exemple préféré, on citera les mélanges ternaires tels que décrits dans WO-A-97/42363, ou encore ceux décrits dans la demande de brevet FR 08 54490.
Le fil composite selon l'invention peut être incorporé dans toutes structures textiles, ou assemblés selon toutes structures textiles requises, bidimensionnelles (nappes, tissus, etc.) ou tridimensionnelles (tresses par exemple).
Le fil composite peut être coupé et divisé en fils élémentaires, destinés à être ensuite entremêlés et fixés les uns aux autres, sous forme de structures textiles non tissées, mats par exemple, ou à être incorporés dans de telles structures. La fixation des fils élémentaires peut être obtenue par imprégnation avec une substance adhésive appropriée ou par thermo-fusion du matériau polymère. Le fil composite peut aussi être assemblé sur lui-même ou avec d'autres fils, dans toutes structures textiles tissées ou tricotées. Il peut être incorporé comme fil de chaîne et/ou de trame, ou sous forme de grilles constituées exclusivement ou pas à partir de ce fil composite.
Suivant un mode de réalisation préféré de l'invention, le fil composite est tissé avec un fil de couleur claire, de préférence un fil blanc. Le fil composite est tissé en trame ou en chaîne, typiquement en trame.
La présente invention a donc aussi pour objet un textile comprenant au moins un fil selon l'une quelconque des revendications précédentes.
Ce textile peut être un tissu ou un tricot. Il s'agit notamment d'un tissu dans lequel le fil composite est tissé en chaîne ou en trame, avec un autre fil, de couleur claire, de préférence de couleur blanche. Le fil complémentaire est de préférence un fil composite, à base de fil continu et de matériau polymère.
Ce textile peut aussi être un tissu ou un tricot dans lequel le fil composite est travaillé en chaîne et en trame, en présence ou non d'un fil complémentaire, de préférence un fil composite, à base de fil continu et de matériau polymère.
L'invention a aussi pour objet un store ou rideau d'intérieur ou d'extérieur, réalisé à partir d'un textile selon l'invention.
L'invention a aussi pour objet un article textile ou un article incorporant un textile, comprenant un textile selon l'invention, dans le domaine de la signalisation ou de la sécurité.
L'invention va être maintenant décrite plus en détail à l'aide de modes de réalisation ou d'exemples pris à titre non limitatif. Les ingrédients donnés ci-après peuvent être tous considérés isolément comme des exemples pouvant entrer dans
toute composition selon l'invention. Ils ne doivent pas être considéré seulement comme faisant partie intégrante de la composition donnée en exemple.
Une couche polymère interne blanche avec charge opacifiante peut comprendre les ingrédients suivants : résine PVC, notamment sous forme de microsuspension ou en émulsion, par exemple VINNOLIT® P70 ; extender ou filler PVC, notamment sous forme de résine en suspension, par exemple LACOVYL® PS1050 ; - plastifiant, par exemple phtalate d'isononyle ; agent mouillant, notamment tensioactif de la gamme BYK, par exemple BYK DISPERPLAST® I agent rhéologique / diluant, par exemple EXXSOL® ; stabilisant thermique, notamment sel d'étain, thioétain, composé calcium-zinc ou composé baryum-zinc, par exemple de la gamme
BAERLOCHER, e.g. I1UBZ 171 ; anti-UV, par exemple de la gamme CIBA ; charge ignifugeante, par exemple mélange de trioxyde d'antimoine, d'hydroxystannate de zinc et de borate de zinc ; et - charge opacifiante, notamment sulfate de zinc, dioxyde de titane, carbonate de calcium, par exemple Kronos 2222.
Une couche polymère interne moussée peut comprendre les ingrédients suivants : - résine PVC, notamment sous forme de microsuspension ou en émulsion, par exemple VINNOLIT® P70 ; plastifiant, par exemple phtalate d'isononyle ; agent rhéologique / diluant, par exemple EXXSOL® ; stabilisant thermique, notamment sel d'étain, thioétain, composé calcium-zinc ou composé baryum-zinc, par exemple de la gamme
BAERLOCHER, e.g. l'UBZ 171 ; et système moussant, par exemple azodicarbonamide et activateur
(« kicker »).
Une couche polymère externe photoluminescente peut comprendre les ingrédients suivants : résine PVC, notamment sous forme de microsuspension ou en émulsion, par exemple VINNOLIT® P70 ; extender ou filler PVC, notamment sous forme de résine en suspension, par exemple LACOVYL® PS1050 ; plastifiant, par exemple phtalate d'isononyle ; agent mouillant, notamment tensioactif de la gamme BYK, par exemple BYK DISPERPLAST® I agent rhéologique / diluant, par exemple EXXSOL® ; stabilisant thermique, notamment sel d'étain, thioétain, composé calcium-zinc ou composé baryum-zinc, par exemple de la gamme BAERLOCHER, e.g. UBZ 171 ; - anti-UV, par exemple de la gamme CIBA ; charge ignifugeante, par exemple mélange de trioxyde d'antimoine, d'hydroxystannate de zinc et de borate de zinc ; et pigment photoluminescent, HONEYWELL Lumilux® Green SN F5
Exemple :
On réalise une enduction d'un fil de verre ensimé continu 34 tex à l'aide de compositions telles que décrites ci-dessous. Le procédé d'enduction lui-même consiste en une enduction sur une première filière pour la sous-couche, puis gélification, et sur une deuxième filière pour la couche externe photoluminescente, puis gélification, avant bobinage. La gélification est obtenue comme il est connu en soi par passage en four à une température appropriée.
Les formulations suivantes ont été réalisées :
Couche interne blanche avec charge opacifiante A
Couche interne moussée B :
Couche externe photoluminescente C :
Réalisation d'un fil avec sous-couche A et couche externe C, et d'un fil avec sous- couche moussée B et couche externe C.
On obtient un fil enduit A + C de 97 tex, ayant des propriétés de photoluminescence à longue rémanence. Avec 3,3% de pigment photoluminescent, exprimé en poids par rapport au poids total du fil enduit, on obtient une rémanence de 5 à 8 heures après une exposition du fil quelques minutes aux UV. On obtient un résultat similaire avec un fil enduit B + C de 67 tex.