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La presente invention concerne des compositio~s
moulables a base de pol~mères thermoplastiques et de
matières fibreuses végétales. Elle concerne aussi l~utili~
sation de ces compositions, à aptitudes améllorée au formage
par les procédés classiques de moulage, pour le thermoformage
d'objets à partir de feuilles ou de plaques.
On connalt déjà des compositions moulables ~ base
de polymères thermoplastiques et de ma-tières fibreuses végé
tales -telle que la farine de bois.
On sait aussi que les articles moulés à partir de ces
compositions présentent des propriétés avantageuses, par
exemple une bonne résistance au choc et une bonne rigidité
dans le cas des compositions à base d'homopolymères du
propylène et de bois (E~o SOULE et H.E. HENDRICKSON' FOREST
PRODUCTS JOURNAL, vol. 16, p. 17-22, 1966 ; demande de brevet
allemand 1 769 178 au nom de BoA~S~F~ ) Ou une bonne résistance
au choc et a l'humidité dans le cas des compositions à
base de polyéthylène et de bois (brevet allemand 1 241 981
au nom de RUHRCHEMIE).
Toutefois, ces compositions elles-memes présentent
llinconvénient serieux d'etre dificiles à mettre en oeuvre
et a former par les techniques traditionnelles.
C'est ainsi qu'on a constaté, au cours de la mise
en oeuvre par les techniques d'injection, que l'injectabilité
de ces compositions était mediocre et que les températures
élevees necessaires entralnaient souvent leur degradation.
Par ailleurs, un débouché important de ces compositions
est la Eabrication d'objets Eormés à partir de feuilles ou
de plaques extrudées ou calandrées. Or, lorsqu'on procède
au calandrage de ces compositions, on observe une tendance
au collage des feuilles sur les cylindres chauds. En outre,
on rencontre de sérieuses difficul-tés au cours de la mise
~ . ~
--1--
3L~ 3~i
en forme de ces feuilles~ en particulier pour les plier, les
agrafer, etc. i enfin, la plupart du temps, lorsqu~on procede
à un thermoformage sous dépression, ce dernier doit 2tre
assisté par un contre~moule male et l'aspect final des
articles thermoformes laisse malgre tOtlt à desirer.
La Demanderesse a maintenant trouve des compositions
moulables à base de polymères thermoplastiques et de matières
fibreuses vegetales qui ne presen-tent plus ces inconvenients
et qui conduisent à des articles moules de resistance au
1~ choc encore amelioree.
La presente invention propose une composition moulable
composee essentiellement de polymère thermoplastique et de
matière fibreuse vegetale, caractérisee en ce qu'elle contient
en outre un elastomere synthétique.
L'utilisation des compositions selon l'invention pour
la mise en feullles ou en plaques par calandrage et pour le
thermoformage d'ob]ets à partir de ces feuilles ou de ces
plaques constitue d'autres aspects de la présente invention.
la-
3~
La Demandere~Qe a e~ c~fet co~state que l'aptitude au calantrage de ces
co~positions est plu8 élevée. ~lle a co~w~at~ en outre qne le thermoformage de
feuill2s obtenueQ ~ partir des c~mposi~ionS moulables selon l'inventiony con-
duit, avec une technologie simplifiée, ~ de objets façonné~ homogenes, d'épais-
seu~ u~iforme, ayant uu bel aspect final9 une meilleure résistance au choc etu~e bonne rigidité.
Tous les poly~re~ thcrmGpla6tique3 dont la compatibilité avec des fibres
végetales est ~uf~iqan e convienne~t ~ la réalisation de compositious conformes
à la présente in~ention.
A titre de polymères thermoplastiques qui convienne~t à cette réalisation~
o~ peut citer par exsmple les polyamidez, le~ polyolafines, le polyacétal,
12s 2olycsrbonates, le polystyrèue, les résines vinyliques et les résines
acryliques. On prefere toute~ois choisir le polymère thermoplastique parmi
les rési~eR vinyliques e~ les polyoléfi~es.
Les résiues vi~yliques qui ont la préférence so~t celles qui résultent
de l'ho~opolymerisation de monomeres vinyliques chlorés, spécialement du
chlorure de vinyle, et de la copolymérisation de ces monomèrq3 entre eux ou
avec d'autres monomères copolymérisables avec eux. A titre d'exemples de ces
copolymeres, on peut citer les copolymères du chlonlre de vinyle avec les
esters vinyli~ues tel~ que l'acétate de vinyle, les esters acryliques tels que
l'acrylate de mé~hyle, les nitriles insaturés tels que l'acrylonitrile, les
dérivés styrénique~ et les alpha-oléfines telles que l'éthylèns et le propylen~
Les homo- et copolymères des acétals polyvi~yliques convien~ent égalem~nt.
Par polyoléfines, on en~end desi~ner les polymeres thermoplastiques résul-
tant de 1'homopolymérisation des oléines ~ insaturation ~erminale dont lamolécule contient de 2 à ~0 atomes de carbone, spécialemsnt l'éthylène e~ le
propylène, et dela copolyme~risation de ces oléfine~ entre elles ainsi qu'avec
dtau~res monomères copolymérisables avec elles. Ces autres monomeres copolymé-
ris~bles peuve~ etre9 par exemple, des dioléfines telles que le bu~adiène,
l'isoprène et le~ hexadiènes.
Les copolym~res resultants peuvent etre aussi bien des copoly~ères statis-
~iques que des copolymeres appeles "à blocs". Ces copolymè~es à blocs consis-
tent en des successions de segments de chaine de longueu~s variables. Chaque
seg~en~ consiste en un homopolymère d'una alpha-oléfine ou en un copolymère
statis~ique comprenant deux ou plusieurs co~onomères tels que définis ci-dessus.De3 polymères thermoplastiques par~iculièrement préfQrés pour la réalisa-
tion des compositions selon l'invention son~ les polyéthylènes e~ plus parti-
culièrement les polypropylènes. Ceux-ci peuvent etre des homopolymères de
l'ethylè~e et du propylène e~ des copolymères contenant au total au moins 90 %
~olaires d'un de ces monomères. Lorsqu'on fait usage de polymè~es de l'éthy-
lène, on préf`re les pol~ères de densite ~levee, c'est-à-dire d'au moins
environ 0,955. Lorsqu'o~ fai~ usage de polym~res du propyl~ne, on les choisit
avantageusement parmi les homopoly~ères do~t 1'indice de fluidité (melt-flow
index mesuré selon la norme ASTM D 1238 sou~ une charge de 2,16 kg ~ 230C et
exprimé e~ dg/min) est compris entre e~viron 0,5 et environ 4, de préférence
entre environ 1,5 et 3. Pareils polymères sont surtout ava~tageux lorsque ;~
le~ composi~io~s selon l'in~entio~ ~ont de~inées ~ être calandrées e~ ensuite
ther~ofonmées. E~ effet, dans ca cas, si l'indice de fluidité est trop fai~,
la composition ~e détache des cylindres de c~la~drage. Si l'indice de fluidité
du polymère est trop élevé, l'aptitude au thenmoformage de la feuille cala~-
drée dimi~ue. Le pol~mare thermoplastique peue être utilisé 80US une forme
quelconque perme~ant le mélange avec le~ iibres végétales. De préférence,
il est exempt de grosses particules. Il peut se pré~enter sous forme de
poudre, de par~ieules, de gra~ules, de paillettes, de fibres, de déchets
broyés, etc.
Sous la ténomination de matières fibreuses végetales, on entend désigner
principalement les matierçs ligno-cellulosiques produites à partir de bois ou
d'autres végé~aux. On préfère mettre en oeuvre des matières provenant de bois
d'arbres résineux ou d'arbres feuillus. A titre de produits provenant te bois
pouvant conYenir, on peut citer, par exemple, les produits de pin, d'euca-
lyptus~ de hêtre, de chêne, de peuplier, etc. ; les rë~ultats les plus avanta-
geux, en particulier sur le pla~ économique, sont ob~enus avec les produits
provenant de pin.
Ces matieres végétales peuvent e~tre mis~ en oeuvre sous une forme quel-
conque. De préfërence, elles sont utilisées sous forme de p~r~icules ayant une
dimension moyenne comprise entre 0,05 et 1 ~m, plus spécifiquement de l'ordre
de 0,2 mm, en particulier lorsqu'elles son~ destinées à des compositions pour
cala~drage. Ces par~icules de bois se présentent sou~ent sous forme de farine
ou de sciure, dont la te~eur en eau ne dépasse pa~ 15 % en poids.
Quoique les matières provenant de bois soient préferées pour la réalisa-
tion des compositions con~ormes à llin~ention, l'utilisation d'autres matieres
fibreuses végétales ~elles que la paille, le liège, la rafle de mals, 1 s
iibres textiles, etc. n'est nullement exclue du cadre de l'in~eneion.
Les c~mposit~ns moulables selon l'in~en~ion sont caractérisées en ce
qu'elles contiennent en outre un élas~omere synthétique. Tous les élastomères
synthétiques9 dont la compatibllite vis-a-vis des autres constituants des
compositions selon l'inven~ion est suffisante, peu~ent con~enir. A titre
d'exemples d'élas~omeres utilisables, on peu~ citer :
~3~i .
- les élastomères qui resultent de l'homopolym2risation de dioléfines conju-
guées, telles que le butadiène, de leur dérivés substitu~s tel que l'isoprè~
ne9 de leurs dérives halogene6 tel3 que le chloroprène et d~ la copolymeri
! sa~io~ de ces diolefineq avec d'autres mon~mères, tels que le styrène,
17acryloni~rile et l'isobutène par e~emple ;
- le~ copolymères t'ethylène et d'ester~ vinyliques, en particulier les copo-
lymère3 ayant une teneur de lS à 35 ~ en poids d'acetate de vinyle ;
- lej copolymères d'éthylène e d'une autre alpha-monooleiine copolymérisa~le
e~ les terpolymères de l'é~hylène avec une autre alpha-~onooléfine et avec
une dioléfine ~on conjuguée5 qui ont une structurs essentiellement amorphe ;
- les silicones ;
- les polysulfures ;
- 19s polyéthylèneschloré et chlorosulfone ;
~ les polyuréthanes ;
~ le polyisobutène, etc.
Les elastomères synthetiques qui o~t la pr~ference pour la realisation
des compositions selo~ l'invention sont les opolymères, à s~ructure essentiel-
lement amorphe3 de l'ethylène avec une autre alpha-monoolefine copolymerisable
et eventuellement avec una diolefine non co~Juguee.
L'alpha~monooleine copolymerisable est de preference le propylène.
~ua~t aux diolefinPs non conJuguées, associées au~ autre~ mono~ères dans les
terpo}ymères, elles sont choisies de préference parmi :
- les dioléfines aliphatiques non conjuguées telles le pentadiène-1,4 ,
l'hexadiène-1,5 et l'hexadiene 1,4 ;
- les diolefine9 monocycliques non conjuguées ~elles le 4-vinylcyclohexène,
le l,3-divinylcyclohexane, le cycloheptadiène-1,4 , la cyclooctadiène-1,5 ;
- les diolefines a~icycliques non conjuguees possedant un pont endocycl;que
telles que le di yclopentadiène, le norbornadiène, le methyl~enenorbornène
e~ l'éthylidènenorborn~ne.
Des copolymères pareiculiere~ent interessants en tant qu'élastomères
synthetiques 30nt ceux qui contiennent entre 10 et 90 % et de préference entre
20 et 60 ~ molaires de propylène comme alpha-olefine copolymerisable.
Les ela~tomères synthetiques peuven~ être utilises sous n'importe quelle
forme penme~tant le melange avec les autres constituants de la composition,
par exemple sous forme de poudre, de billes, etc.
Les quanti~és de polymère thermoplastique de matieres fibreuses vegetales
et d'elastomère ~yn~hetique presen~es dans les compositions conformes à
l'invention lle sont pas critiques. Toutefois, afin d'assurer un moulage et
un formage corrects de ces co~positiong, on prefère incorporer les constituan~s
de la composition dans leQ propor~ions specifiees ci-après. La tene~r en
~, . . .
.
ILB~5
matières fibreuaes végétales des c~po8ition8 e8t déterminée p~r rapport au
poits de polymère ther~oplastique. En général, les compo3itions selon l'inven-
tio~ contieunent 30 à 250 parties en poids de matières fibreuses végé~ales pour
100 parties en poids de poly~èr~ ther~opla~tique et de preférence 70 à 150 par-
tiers pour lO0 parties. Les meilleurs r~sultats 80nt obtenus lorsque les com-
positions contien~ent un poids approximativeme~t égal de p~lymère thermDplasti~
que et de matièrec fibreuses vegetales. Un excès de polymere thermoplastique
nuit à l'economie des compositions. Un deiaut de poly~are thermoplastique nui~
à la cohésio~ de~ camposition~ et rend leur mise en oeuvre par calandra~e
difficile.
La teneur e~ elastomere syn~he~ique de~ cO~posieions est determinee par
rapport au poids total de pol~mère thermoplastique ~ de matières fibreuses
vegetales qui y sont incorporees.
Cette te~eur est genéraleme~t comprise entre 2 e~ 15 % de ce poids total
et, d2 prefere~ce, entre 3 et 8 ~. Des ~eneurs elevées dans cette fourchette
ameliorent l'aptitude su calandrage. Par contre, pour le thermofor~age des com-
positions, les meilleurs resultats ont ete enregistres pour des compositions
contenant environ 5 % en poid~ d'elastomère sy~thetique par rapport au poids
total de polymère thermoplastique et de matières fibreuses vegetales incorpores.Les quantites trop elevees d'elastom~re synehetique nuisent à la rigidité des
objets moulés et fonmes à p2rtlr des composi~ions Relon l~invention.
Les compositions moulables tout particulièrement preferees selon l'inven-
tion, pour la fabrication d'objets par ~her~oformage de feuilles et dP plaques
comprennent donc en poids approximativeme~t egaux,un homopolymère du propylène
d'indice de fluidite compris entre environ l,S et 3 et des particules de bois
dont la dimension des particules est de l'ordre de 0,2 mm, et environ 5 % en
poids, par rapport au poids total d'homopolym2re et de bois, d'un copolymère
a base d'ethylène et conte~ant entre 20 et 60 % molaires de propylène.
L'i~corpora~ion des matière~ fibreu~es vegétales et de l'elastomère synthé-
tique au polymère thermoplastique ne pose aucun problème particulier et s'effec-tue~de maniere co~nue en soi, par e~emple dans un malaxeur interne, à vis, etc.
Les compositions conormes ~ l'inveution peuvent bien entendu contenir
les additifs usuels de mise en oeuvre des polymères thenmoplastiques tels que
d~s lubrifiants, des plastifia~ts, des stabilisants, des pigments, etc.
Lorsque les compositions selon l'invention con~ie~nent du bois, elles peuvent
bien entendu con~enir des agen~s neutralisa~ l'acidité de ce dernier, tels
que le silica~e de soude par exe~ple.
L~s compositions selon l'invention peuven~ être mises en oeuvre selon
toutes les techniques de moulage connues : par extrusion, par calandrage, par
injec~ion, e~c. Elles convien~e~t tout particulièrement à la mise en forme
d'objets à partir de feuilles et de plaques. Ceæ feuille~ et plaques pe~vent
être obtenues de manière co~nue en soi, par exemple par extrusion de boudins
qui 80nt presses dans des presses refroidie~, par extrusion ~ travers des
filières plate~9 et, de preférence, par cala~drage à chaud dès compositions
conformes à l'invention.
Dan~ ce dernier cas, la composition, amen~e à u~e temp~rature superieure
` la temperature de fusion du polymère thermoplastique (plus de 165C dans le
cas d'homopolym~res & propyle~e~ et inerieure à la ~emperature de combustio~
des mati~res fibreuses vé etales, da~s u~ malaxeur inter~e du type Werner ou
Banbury est reçu~ sur u~ malaxeur exte~ne ~ cylindres qui tran~forme le~ doses
suceessives de mel nge délivrées par le malaxeur interne en une bande continua
qui peut etre introduite dans l'in~tallation de calandrage Yia un transporteur
à ba~de. Les feui~le~ ou plaqueR sorta~t du dernier cylindre de calandrage,
rechauffees à la tempera~ure sus-mention~ee, son~ mi3e~ en forme, directement
ou après stockage, soit 90UX pre~sion dans des moules froids ou chauffés, soit
par thermoforma~e sous depression.
La Demanderesse a constate avec surprise que l'incorporation de l'elas~o~
mère synthetique aux co~positions selon l'inve~tion facilite grandement le
calandra~e de feuilles 2t de plaquesetle travail de mise en forme ulterieur de
ces feuill~s et plaques et, en particulier, les opérations de pliage, d'agra-
fage intensif en ligne, et, surtout~ de ~henmoformage. C'es~ ainsi que la
Demanderesse a co~taté, de manière inat~endue, que le ther~oformage sous
depression das feuilles formées à partir des compositions selon l'invention
conduisai~ à des objets d'aspect final irreprochable sans qu'il soit neces-
saire de faire appel à un contre-moule m~le.
Les feuilles calandrees obtenue.s ~ partir des compositions moulables
selon l'invention peuvent avantageuseme~t etre utilisées pour fabriquer par
thermoformage des cais~es ou des cageots destinés au stockage ee au ~ransport
de produits perissables tels que les fruits et légumes.
L'exemple sui~ant illusere l'invention sans la limiter.
ExemRle,
Da~s un malaxeur interne, on introduit :
38 parties en poids d'un homopolymère du propylène d'indice de fluidite de
1,5 dglmin (norme ASTM D 1238 ; charge de 2,16 kg ; 230C ) contenant une
dose normale des stabilisants habituels ;
55 par~ies en poids de sciure de pin tdimension moyenne 0~2 mm) ; de teneur en
eau inferieure à 15 % ;
7 parties en poids d'un ~erpolymère contenane en~iron 69 moles~% d'éthylène,
29,5 moles-% de propylène et 1,5 mole-% d'ethylène-norbornene.
1.B935
Les dose~ deli~rées par le malaxeur inter~e pr~chauffe ~ 170C sont
reçues sur les cylindre~ d'un malaxeur ex~erne portes ~ 125C et la bande y
prelevée est trAnaférée vers une installation de calandrag2 a 4 cylindres en L.
;La feuille sortant du dernier cylindre de cala~d~age a u~e épaisseur
uniforme de 1,4 mm. Cette feuille chaude est e~sui~e conduite vers une insta}~
:la~ion de ~hermoformage sous dépres~ion SENDLE~ type 1061~E~S pour le façonnagede cageots à fruits comportant des renflemen~s longitudinaux sur leurs parois
latérales. On obtien~ des re~flements parfai~ement uniformes sur toute leur
longueur, sans qu'il soi~ nécessaire de faire appel à un eon~re~moule mâle
1Q d'e~bouti~sage. En outre, lor~ du montage definitif du cageot, on ne constate
auc11ne fis~uratio~j ni aux endroits de pliage, ni anx endroits d'agrafage
aux qua~re coins de renforcement en bQi~
A titre de comparaison, o~ a réalisé des cageo~s, selon la technique
decrite ci~de~sus, mai~ avec une co~position contenant 45 par~ies en poids
de l'homopolymere du propyl~ne et 55 parties en poids de la seiure de pin et
exempte de ~erpolymere.
Il n'a pas été po~sible d'obtenir des renflements lo~gitudinaux bien
formés sans l'assiitance d'un contre-moule mâle d'emboutissage. De plus, on
a constaté à plu ieurs reprises des fis~ures aux endr~i~s du pliage et de
l'agrafage.
.,
