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MONOFILAMENTS A BASE DE POLYPROPYLENE A PROPRIETES AMELIOREES
L'invention concerne des monofilaments à base de polypropylène présentant des
propriétés améliorées, notamment une résistance à l'abrasion améliorée, un
procédé de
fabrication de ces monofilaments et leur utilisation. L'invention concerne
plus
particulièrement des monofilaments à base de polypropylène, le polypropylène
étant
obtenu par polymérisation de propylène en présence d'un catalyseur
métallocène.
Les articles textiles à deux dimensions en polypropylène sont d'un grand
intérêt,
en tant que moyens de filtration résistant chimiquement et mécaniquement, pour
la
filtration dans les industries chimique, pharmaceutique et alimentaire. Dans
ce domaine,
on demande en particulier des monofilaments relativement grossiers, qui
possèdent un
diamètre supérieur à 0,050 mm.
Les monofilaments de polypropylène pur présentent l'inconvénient de former
beaucoup de poussières par suite de la faible résistance de cette substance à
l'abrasion
lors du processus de tissage. Le problème de l'abrasion est connu également
pour
d'autres thermoplastiques. C'est ainsi que l'EP-A2-0 784 107 cite des monofils
filés à
l'état fondu, de polyamide, polyester ou polypropylène, destinés aux toiles
des machines
à papier et aux fils des coupe-bordures. Selon ce brevet, on obtient des
monofilaments
résistant à l'abrasion à l'aide de 70 à 99 % en poids de polymère fibrogène et
de 1 à
% en poids d'un caoutchouc de polyéthylène/polypropylène, modifié à
l'anhydride
maléique, et d'autres additifs. Les exemples se limitent toutefois, en ce qui
concerne le
polymère fibrogène, au polyamide 6 et au polyéthylènetéréphtalate, ainsi qu'à
un
copolyamide de PA66 et de PA6. Les vitesses de filage ne sont pas précisées.
Grâce à l'EP-A-1059370, on connaît également un procédé de fabrication de
multifilaments de polypropylène destinés à des applications textiles. Comme
matériau de
départ, on utilise un polypropylène isotactique, dont l'indice de viscosité en
fondu est
supérieur à 19 g pour 10 minutes. On trouve décrits des multifilaments FOY
(Fully
Oriented Yarns [= fils totalement orientés]) de 10 dpf (= denier par filament)
[0,03953 mm] et POY (Partially Oriented Yarns [= fils partiellement orientés])
de 2 dpf
(= deniers par fibre) [0,01768 mm]. En ce qui concerne les fils fabriqués,
seules figurent
des indications générales. On ne trouve pas décrits de monofilaments.
Les demandes WO 02/086207 et WO 03/048434 décrivent des monofilaments de
polypropylène comprenant des additifs. Le polypropylène mis en uvre pour
fabriquer
les monofilaments présente un indice de viscosité en fondu supérieur ou égal à
6g pour
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minutes. Ces monofilaments présentent des propriétés de résistance à
l'abrasion
correctes.
Le problème de l'invention consiste à mettre à disposition des monofilaments à
base de polypropylène, plus résistants à l'abrasion que les monofilaments
connus de l'art
antérieur. Un autre problème de l'invention consiste à obtenir des
monofilaments à base
de polypropylène, qui présentent une résistance améliorée vis-à-vis de
l'abrasion lors du
tissage. Un autre problème encore consiste à mettre à disposition
l'utilisation de
monofilament5, possédant une bonne résistance à l'abrasion, pour la
fabrication d'articles
techniaues à deux dimensions, notamment destinés à la filtration.
10 Les problèmes ci-dessus évoqués sont résolus selon l'invention grâce à la
mise en oeuvre, pour la fabrication des monofilaments, d'un polypropylène
obtenu
par polymérisation de propylène en présence d'un catalyseur métallocène.
Plus précisément, l'invention telle que revendiquée ci-après à pour objet une
bobine avec un monofilament à base de polypropylène résistants à l'abrasion,
caractérisé en ce que le polypropylène est obtenu par polymérisation de
propylène
en présence d'un catalyseur métallocène et en ce que le monofilament présente
un
diamètre supérieur ou égal à 0,05 mm.
L'invention telle que revendiqué à également pour objet un tissu pour
filtration tissé d'un monofilament tel que décrit ci-dessus.
Les polypropylènes conventionnellement utilisés dans la fabrication des
monofilaments sont des polypropylènes isotactiques.
Par métallocène on entend un composé de coordination (ferrocène, cobaltocène,
nickelocène, titanocène, zirconocène, uranocène etc.) obtenu comme dérivé
cyclopentadiénylique d'un métal de transition.
Les catalyseurs métallocène sont connus de l'homme du métier. Ces catalyseurs
métallocène sont différents des catalyseurs connus sous le nom de catalyseurs
Ziegler-
Natta.
Les catalyseurs métallocène de l'invention peuvent être supportés ou non.
Les monofilaments de l'invention présentent avantageusement une abrasion
inférieure ou égale à 0.014%.
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2a
L'abrasion des monofilaments est déterminée par mesure gravimétrique de la
quantité de duvet produite lors de la fabrication d'une longueur de tissu de
300m, selon la
méthode décrite ci-dessous dans la partie expérimentale. La valeur d'abrasion
correspond au résultat de la formule décrite ci-dessous dans la partie
expérimentale,
calculée pour une longueur de tissu de 300 m.
Il est particulièrement avantageux que les monofilaments présentent une
abrasion
de moins de 0,014 %. En effet, lorsque l'abrasion est supérieure à 0,014 %, il
peut se
produire des irrégularités lors du tissage, dues à un encrassement trop rapide
des
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peignes. Cela peut obliger à raccourcir les intervalles entre nettoyages, ce
qui diminue la
productivité du métier.
Les monofilaments de l'invention présentent de préférence une abrasion
inférieure
ou égale 0.005%.
Il est approprié que les monofilaments possèdent une résistance d'au moins
50 cN/tex, pour un allongement correspondant à l'effort de traction maximal
(allongement
à la rupture) au moins égal à 20 %. En effet, une résistance inférieure à 50
cN/tex
présente l'inconvénient de multiplier les casses de fil lors du processus de
tissage.
Les monofilaments de l'invention présentent avantageusement une constante
mécanique supérieure ou égale à 285.
Le diamètre des monofilaments de l'invention est avantageusement supérieur ou
égal à 0.05mm.
Les monofilaments de l'invention peuvent comprendre des additifs. Les
monofilaments comprennent avantageusement de 0.01 à 20% en poids d'additif par
rapport au poids de polypropylène.
Avantageusement, il est approprié d'utiliser comme additif un copolymère de
polypropylène/polyéthylène possédant un point de fusion _ 140 C.
Avantageusement cet
additif est présent dans une proportion de 1 à 20% en poids par rapport au
poids de
polypropylène.
L'invention concerne également un procédé de fabrication des monofilaments de
l'invention, comprenant les étapes de filage du polypropylène en fondu par
extrusion,
étirage et bobinage.
Les monofilaments à base de polypropylène de l'invention peuvent être obtenus
à
partir de méthodes classiques de filage. Ils sont généralement obtenus par
filage en
fondu par extrusion, refroidissement dans un bain d'eau lorsque le titre des
monofilaments est supérieur ou égal à 0.05mm, étirage et bobinage. Lorsque les
monofilaments de l'invention comprennent un additif, l'additif est
généralement ajouté au
polypropylène en amont d'une extrudeuse avant le filage.
Les monofilaments selon l'invention conviennent particulièrement à la
fabrication
d'articles techniques à deux dimensions, et notamment à la fabrication de tels
articles
dans le domaine de la filtration. Ces articles, lorsqu'ils sont destinés à la
filtration,
notamment dans les industries chimique, pharmaceutique et alimentaire, sont de
préférence des *tissus.
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On va maintenant décrire l'invention de façon plus détaillée, à l'aide
d'exemples.
Polymère
Comme polymère, on utilise lors des essais différents polypropylènes, obtenus
par
polymérisation de propylène en présence d'un catalyseur métallocène, l'indice
de
viscosité des polypropylènes en fondu (MFI) 230 C/2,16kg étant variable.
Polymère A: polypropylène commercialisé par la société Atofina sous la
référence
MR 15 2002 , présentant un indice de viscosité en fondu (MFI) 230 C/2,16kg de
15 g/10
min
Polymère B: polypropylène commercialisé par la société Atofina sous la
référence
MR 25 2001 , présentant un indice de viscosité en fondu (MFI) 230 C/2,16kg de
25 g/10
min
Polymère C: polypropylène commercialisé par la société Basell Metocene sous la
référence HM 562 S , présentant un indice de viscosité en fondu (MFI) 230
C/2,16kg de
30 g/10 min
On met en osuvre chaque fois 300 kg de granulé de polypropylène, en utilisant
des fûts
de 25 kg
Les granulés de polypropylène et éventuellement les granulés d'additif sont
admis
directement dans l'extrudeuse et fondus.
Conditions de filage
Extrudeuse : diamètre : 40 mm; longueur du cylindre : L/D = 25
Pression de l'extrudeuse : 80 bar
débit : 16.5 kg/h
5 zones chauffantes
Pompe de filage : cylindrée : 10 cm3/tours
Bloc de filage : à chauffage électrique
Pompe de titrage : 21 tours/min
Filières : diamètre : 0,7 mm
longueur du capillaire : 3 x D
Bain d'eau : distance entre filière et bain d'eau : 45 mm
température : 40 C (exemple 1) ou 50 C (exemple 2)
Bancs d'étirage et canaux de chauffage
Banc d'étirage 1: 7 galettes; diamètre des galettes : 230 mm; 1 canal de
chauffage
Banc d'étirage 2 7 galettes; diamètre des galettes : 230 mm; 1 canal de
chauffage
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Banc d'étirage 3 7 galettes; diamètre des galettes : 230 mm; 2 canaux de
chauffage
Banc d'étirage 4 4 galettes; diamètre des galettes : 230 mm
Méthodes de mesure :
5
= Indice de viscosité en fondu selon ASTM D1238
= Détermination du titre selon SN 197 012 et SN 197 015, complétées par DIN
53830/
= Le calcul de la constante mécanique CM est réalisé selon la formule suivante
:
CM=-~D =F [cN/tex]
où D désigne l'allongement en [%] et F la résistance en [cN/tex].
= Détermination du retrait thermique selon BISFA (Chapitre 11 du protocole
standard :
Détermination du retrait thermique à l'air chaud ), réalisée dans les
conditions
suivantes :
-Tension 0.02 cN/dtex
-Température : 120 C
-Durée : 10 min
Description des essais d'abrasion
Fabrication des ensouples sectionnelles
Les ensouples sectionnelles, de 1000 m chacune, ont été fabriquées à l'aide
des
monofils de 60 bobines des différentes variantes.
Essais de tissage
Les essais de tissage sont réalisés sur un métier à rubans.
Production maximale possible : 4000 tours/min
La foule est formée grâce à des excentriques.
Mode de travail : sans rentrée de trame
Densité des fils de chaîne : 22,80 fils/cm
Peigne : ouverture : 0,175 mm
épaisseur des dents : 0,264 mm
largeur des dents : 7,0 mm
Vitesse de rotation du métier à tisser : 1000 tours/min
Vitesse de tissage : 10 m/h
Armure : toile à draps L1/1
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Évaluation du comportement à l'abrasion :
- évaluation visuelle des peignes
- détermination gravimétrique de la quantité de duvet produite
Lors de l'examen visuel, on photographie les peignes après une durée de
fonctionnement
correspondant à une longueur de tissu de 300 m, et on leur attribue un
classement.
Les figure 1A, 1 B et 1 C présentent des photographies des peignes après essai
de
tissage selon la méthode décrite ci-dessus. La figure 1A correspond à
l'exemple 1, la
figure 1B à l'exemple 2, la figure 1C à l'exemple comparatif. Les peignes des
figures 1A
et 1 B ne présentent pratiquement pas de duvet, alors que celui de la figure 1
C présente
une quantité non négligeable de duvet.
L'évaluation du comportement à l'abrasion selon la méthode gravimétrique est
décrite ci-
dessous. Pour cela, on recueille la totalité du duvet formé, après une durée
de
fonctionnement correspondant à une longueur de tissu de 300 m, on la pèse et
on la
rapporte au poids des fils de chaîne à l'aide de la formule suivante :
dépôt en %-_ masse des dépôts -100
nombre de fils de chaîne - longueur des fils de chaîne - titre
10 000
On peut également évaluer le comportement à l'abrasion selon la même méthode
gravimétrique décrite ci-dessus, pour une longueur de tissu de 1000 m.
La figure 2 présente les résultats en terme de comportement à l'abrasion des
exemples
1, 2 et de l'exemple comparatif.
Exemples
Exemple 1
Des monofilaments sont obtenus à partir de granulés de polymère A selon une
méthode
et dans les conditions décrites ci-dessus.
Exemple 2
Des monofilaments sont obtenus à partir de granulés de polymère A et de
granulés
constitués de polypropylène et de polyoléfine modifiée PP/PE, à point de
fusion >140 C,
selon une méthode et dans les conditions décrites ci-dessus.
Exemple 3
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Des monofilaments sont obtenus à partir de granulés de polymère B selon une
méthode
et dans les conditions décrites ci-dessus.
Exemple 4
Des monofilaments sont obtenus à partir de granulés de polymère C selon une
méthode
et dans les conditions décrites ci-dessus.
Les exemples ont été résumés au tableau 1.
Tableau 1
Exemple 1 2 3 4
Polymère A A B C
Additif (% en poids) - 10 - -
Diamètre [mm] 0.15 0.15 0.15 0.15
Résistance [cN/tex] 61,9 56,8 61,6 59,0
Allongement correspondant à l'effort de traction 31,2 35,3 33,0 34,6
maximal [%]
Constante mécanique 345 337 354 347
Retrait thermique (%) 4,0 3,3 4,4 7,4
Abrasion (%) (300 m tissu) 0,0015 0,0046 0,0084 0,0076
Abrasion (%) (1000 m tissu) 0,0085 0,0116 0,0245 0,0096
Exemple comparatif
Des monofilaments sont obtenus conformément à l'exemple 2 de la demande de
brevet
WO 03/048434. Leur abrasion est de 0.0156% (300 m tissu).
Les monofilaments selon l'invention, en particulier les monofilaments qui
présentent un
diamètre _ 0,050 mm, conviennent à la fabrication, sans abrasion, des tissus
destinés à
la filtration.
Grâce aux monofilaments selon l'invention, on est parvenu à tisser
pratiquement sans
abrasion du monofilament de polypropylène et à accroître considérablement la
durée de
fonctionnement du métier à tisser. Ce monofilament convient particulièrement à
la
fabrication des tissus qui sont utilisés pour la filtration dans les
industries chimique,
pharmaceutique et alimentaire.
