Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
WO 92/06237 PCT/FR91100783
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NONTISSE LIE HYDRAULIQÜEMENT
ET SON PROCEDE DE FABRICATION
L'invention se rapporte à un produit nontissé absorbant
constitué de fibres absorbantes courtes en majorité, telles que des
fibres de pâte de bois, et de fibres synthétiques plus longues, le
nontissé étant obtenu par un liage hydraulique.
Selon une technique courante de fabrication de produits à base
de fibres papetières, on réalise une suspension de fibres dans
l'eau à partir de laquelle on forme une feuille. Suivant la nature
des fibres et le traitement de la feuille on obtient diverses
qualités de papiers, dont l'ouate de cellulose. Celle-ci trouve de
nombreuses applications comme papier de ménage, pour les soins du
corps, l'essuyage, etc.. Toutefois, l'ouate de cellulose présente
une faible résistance mécanique surtout à l'état humide qui ne
permet pas son application dans le domaine de l'essuyage industriel
ou ménager par exemple.
Selon une autre technique,dite par voie sèche, telle que
décrite pas exemple dans le brevet GB 2015604 (KROYERj, on met 7,es
fibres en suspension dans un flux gazeux, et on les dépose en nappe
sur une toile perméable. Le faible taux d'humidité ne permettant
pas la constitution de liaisons interfibres, il est nécessaire
d'ajouter un liant, généralement un latex, pour assurer la cohésion
de la nappe. On obtient ainsi un produit présentant une meilleure
résistance à la déchirure que le papier traditionnel tout en étant
très âbsorbant. Ce produit trouve sensiblement les mêmes
applications que ce dernier. Toutefois, l'incorporation d°un liant
tel que le latex présente des inconvénients. 'Par exemple, il
augmente la rigidité du produit et peut réagir chimiquement avec
les fluides avec lesquels il est susceptible de venir en contact.
C'est Ie cas notamment quand on souhaite réaliser des lingettes
imprégnées avec un liquide tel qu'un lait de toilette ou autre.
Au lieu d'employer un liant de nature chimique, on a proposé
d'incorporer, à la nappe de fibr~;s absorbantes, des fibres
synthétiques thermoplastiques qui assurent la fonction de liant par
activation thermique. Ainsi par exemple la demande de brevet EP
070164 (CHICOPEE) décrit un nontissé absorbant lié thermiquement
dont la masse volumique est faible, inférieure à 0,15 g/cm3
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(0,06 g/cm3 selon les exemples rapportés), et composé de fibres
absorbantes de type papetier mélangées à des fibres synthétiques
conjuguées à deux composants . polyéthylène et polyester. Le
procédé de fabrication consiste à préparer une nappe à partir d'un
mélange homogène de fibres absorbantes et de fibres conjuguées;
puis à lui faire subir un traitement thermique dans la masse, sous
faible pression, à une température suffisante pour fondre le
polyéthylène localisé en surface des fibres synthétiques mais pas
le polyester. De la sorte, on obtient après refroidissement un
nontissé de faible densité dont la composante de matière
synthétique a conservé son caractère fibreux. Le fait que les
fibres synthétiques conservent leur intégrité est un facteur
important selon le brevet pour -obtenir un produit de volume
massique élevé, à grande capacité d'absorption. Les applications
envisagées visent en conséquence l'emploi notamment comme corps
absorbant dans les articles d'hygiène, serviette périodique par
exemple. Cependant un post-traitement de consolidation
(calandrage, gaufrage), ou l'association à un autre voile plus
résistant, paraît nécessaire si l'on souhaite employer ce nontissé
dans une application telle que l'essuyage où les contraintes
mécaniques sont grandes.
La demande de brevet EP 0326771 (JAMES RIVER) décrit un
nontissé absorbant et résistant, composé de fibres de pâte de bois
et de fibres textiles, libre de tout liant. Ce nontissé est réalisé
à partir d'un ou de plusieurs voiles, formés préalablement par voie
humide selon la technique papetière, et constitués d'un mélange
homogène de fibres contenant 50 à 75x en poids de pâte de bois et
25 à 50x en poids de fibres synthétiques de longueur textile. Le ou
les voiles ont en outre été soumis à un traitement de liage par
jets d'eau, connu en soi, avec une énergie suffisante pour former
un tissu nontissé relativement dense, uniforme, avec une bonne
cohésion des Fibres entre elles.
On connaft également le brevet US 4442161 (KIRAYOGLU) qui se
rapporte à un procédé de fabrication d'un nontissé lié par jets
d'eau, constitué de fibres synthétiques et de pAte de bois. Le
liage est effectué en particulier à partir de fibres synthétiques
se présentant sôus la forme d'un voile nontissé de filaments
continus et de fibres de pate de bois sous la forme d'une feuille
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3 ~~'~~"7 . ~
de papier. Le traitement est effectué dâns des conditions
permettant d'accroitre les propriétés de barrière aux liquides du
nontissé en vue notamment d'une application comme linge à usage
médical ou chirurgical.
l'invention a pour objet un procédé de fabrication d'un
nontissé constitué de fibres de pâte de bois et de fibres
synthétiques, mettant en oeuvre un traitement de liage par jets
d'eau. L'invention est caractérisée en ce que le traitement de
liage par jets d'eau est effectué sur une nappe, constituée d'un
mélange homogène de fibres non liées de pâte de bois et de fibres
synthétiques, formée par voie aéraulique.
En effet, contrairement à l'art antérieur qui consiste à
partir de voiles nontissés ayant subi un liage préalable, on a
constaté que l'on pouvait en appliquant le procédé de l'invention
obtenir un produit présentant de bonnes caractéristiques de
résistance à la rupture, tant en humide qu'en sec, et de vitesse
d'absorption.
La formation de la nappe est assurée selon un quelconque
procédé classique connu de 1°homme du métier. I1 consiste à
préparer des quantités dosées, d'une part de fibres synthétiques en
les ouvrant et en les individualisant, d'autre part de fibres
papetières obtenues par défibrage à sec de pâte à papier; puis à
les entraïner par voie aéraulique, en suspension dans un flux
d' air, dans un mélangeur du type cyclone par exemple. Le mélange
homogène issu de ce dernier est alors entrainé, toujours en
suspension dans un flux d'air, vers une téte de formation de la
nappe à partir de laquelle les Fibres sont déposées uniformément
sur une toile support défilant à une vitesse continue déterminée.
Le mélange réalisé comportera de préférence au moins ~0% en
3p poids de fibres de pâte de bois, le restant étant constitué de
fibres synthétiques. Un mëlange avantageux sera composé de '70 à 90%
en poids de fibres de pâte de bois et de 30 à 10% de fibres
synthétiques. Si on introduit une quantité trop faible de fibres
synthétiques dans la masse de fibres de pâte de bois, il est
difficile d'en obtenir une dispersion homogène, et le grammage de
la nappe manque de régularité. En outre le liage ultérieur ne
s'effectue pas de façon satisfaisante. Les fibres synthétiques
peuvent être de diverses natures ; elles auront de préférence une
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2~ i:~,r,~y
longueur inférieure à 20mm et un titre compris entre 1,2 et
3,3 dtex.
Le traitement de liage par jets d'eau est également en soi
connu de l'homme du métier. Un exemple de procédé est décrit dans
les brevets US 3485'706 (EVANS) ou US 3560326 (BUNTING). I1 consiste
à faire traverser par de fins jets de liquide à haute énergie la
nappe fibreuse à traiter qui est disposée sur un support, en
déplacement horizontal, constitué d'une plaque perforée ou bien
d'une toile tissée convenablement choisie. L'entrelacement des
fibres produit par l'action des jets d'eau, conduit à consolider la
nappe est à lui donner un aspect textile.
Le procédé permet la production d'un nontissé présentant un
grammage compris entre 20 et 200 8/m2, de préférence il sera de 40
à 100 8/m2. En fait, la limite supérieure dépendra de la capacité
des jets d'eau à traverser la nappe et effectuer l'entrelacement
des fibres.
Conformément à un autre aspect de l'invention, on améliore
encore la résistance à la déchirure en choisissant des fibres
synthétiques thermoplastiques, et en soumettant le nontissé, issu
du poste de liage hydraulique, à un traitement de liage thermique
par lequel les fibres thermoplastiques sont fondues, partiellement
au moins, et assurent, après refroidissement, la formation de zones
de liaison entre les fibres. Avantageusement, ces fibres sont des
fibres à deux composants dont celui qui est à plus bas point de
fusion est en surface. La température de chauffage est déterminée
de façon à être suffisante pour faire fondre celui des deux
composants qui est à plus bas point de fusion mais pas l'autre. Ces
fibres autorisent ainsi une température de thermoliage plus faible
et la structure fibreuse est conservée.
Le procédë permet donc d'obtenir un produit ayant un aspect
textile, absorbant, résistant à la déchirure, et dont la surface
n'a pas tendance à pelucher. I1 peut étre employé, en tant que
produit jetable ou à usage court, comme chiffon d'essuyage ménager,
industriel, ou dans la restauration. Par son absence de tout liant '
chimique, il peut servir de support à des liquides d'imprégnation:
lait de toilette, lanoline, cire, etc.., et étre employé comme
lingette imprégnée. T1 peut également ètre employé dans le domaine
médical, chirurgical, ou de l'hygiène. le cas échéant, il est
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possible de soumettre le nontissé à un post-traitement chimique ou
mëcanique d'assouplissement. .
D'autres caractéristiques et avantages apparaïtront dans la
description qui va suivre d'un mode de réalisation non exhaustif de
5 l'invention en regard des dessins sur lesquels
La figure 1 représente une installation permettant la mise en
oeuvre du procédé de l'invention.
Les figures 2 et 3 sont des graphiques illustrant la
résistance à la rupture de nontissés obtenus selon le procédé de
l'invention.
La figure 4 est un graphique illustrant un test comparatif
avec un nontissê voie sèche lié par latex et un nontissé lié
thermiquement.
L'installation représentée sur la figure 1 comporte un poste
de réception des fibres synthétiques (2) avec une chargeuse pour
alimenter une carde (4) nécessaire lorsque les fibres doivent être
ouvertes. La carde alimente elle-méme un mélangeur (5) qui peut
être du type cyclone. Le mélangeur est alimenté par ailleurs en
fibres de pâte de bôis depuis un poste (3) de défibrage à sec de
pâte à papier qui est livrée sous forme de feuilles en rouleau. Les
fibres, mélangées intimement dans le cyclone, sont en suspension
dans un flux d'air qui'les entraîne vers une tâte de formation de
la nappe (6).
I1 peut s'agir d'un dispositif du type décrit dans la demande
de brevet EP 032'72 (SCANWEB), ou d'un dispositif équivalent.
Celui-ci est constitué de deux cylindres (61,62) rotatifs,
parallèles, à paroi ajourée, et disposés transversalement par
rapport à une toile de réception ($) sans fin, qui est elle-même
perméable à l'air. A l'intérieur de chaque cylindre, se trouve une
tige (63) de brassage des fibres pourvue d'ailettes flottant contre
leur paroi interne quand ils sont en rotation. Le matêriau fibreux
fluidisé est introduit à l'intérieur des cylindres (61,62) pas une
extrémité, et est aspiré au travers de leur paroi ajourée par une
dépression engendrée par une boite à vide (10) disposée sous la
toile de réception (8) en regard de la tête de formation (6). Les
tiges de brassage assurent la progression de la masse de fibres
axialement à l'intérieur des cylindres, et aident à la division des
agrégats éventuellement formés ainsi gu'au passage des fibres au
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travers des parois. Des tôles (65,66), disposées de part et d'autre
des cylindres, canalisent le flux gazeux vers la toile (8). Les
fibres sont ainsi réceptionnées sur la toile mobile en une nappe
continue qui est entrainée vErs le poste de liage par jets d'eau
(20).
Ce poste comprend une toile sans fin (21), tendue
horizontalement entre des rouleauac (22), dont l'un su moins est
entraîné par des moyens appropriés. Le maillage de la toile,
réalisée en fils métalliques ou de matière plastique, est choisi
notamment en fonction de la texture, ouverte ou non, désirée pour
le nontissé ; une feuille continue ajourée convient également. La
toile convoie la nappe au travers d'un jeu de rampes de jets d'eau
orientés transversalement par rapport à son sens de déplacement. Le
nombre de rampes dépend de l'étagement choisi des pressions. Dans
l'exemple réalisé sur un matériel fourni par la Société Perfojet il
est de quatre. Les jets d'eau sont produits depuis des
distributeurs tubulaires (24,26,28,30), disposés en travers su
dessus de la toile. Chaque distributeur alimente une rampe de 40 à
60 injecteurs constituée d'une plaque percée d'orifices calibrés.
Les distributeurs sont alimentés en eau sous pression et délivrent
des jets d'eau à haute énergie sur la nappe fibreuse. Apres avoir
dissipé son énergie su travers de la nappe, l'eau est récupérée par
des boites d'aspiration (25,27,29,31) disposées sous la toile en
regard de chaque rampe.
La nappe, après avoir été liée, subit un essorage par passage
sur des fentes à vide puis est entraînée vers un dispositif de
séchage (40). Celui qui est représenté sur la figure est un four à
soufflage traversant dont on peut rëgler la tempérâture du gaz
chauffant de manière à pouvoir assurer en glus du séchage, le cas
échéant, la ftasion des fibres thermoplastiques contenues dans la
nappe.
EXEI~LE 1
On a réalisé des nontissés selon le procédé de l'invention avec
des mélanges à différents taux de fibres synthétiques (tableau I).
~'O 92/06237 ' - - PCT/FR91 /00783
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TABLEAU I
MLANGES A B C D E F
Pte de bois
"ITT Rayonier.,lLD"non 80x ~Ox
traite
Vigor 9ox Box 90x Box
Fibres synthtiques
"Danaklon ESF" l2mm 20x 30x
"Danaklon ESHF" 6mm lOx 20x
"Danaklon ESHF"l2mm lOx 20x
"Danaklon ESF" : bicomposants PE/PP, type side/side, frisée
longueur l2mm, titre 3,3 dtex
"Danaklon ESHF" 6mm : bicomposants PE/PP, type side/side, frisée
longueur 6mm
"Danaklon ESHF" l2mm : bicomposants PE/PP, type side/side frisée
longueur l2mm.
Apres avoir mis les différents mélanges A à F sous forme de
nappes, de la façon indiquée plus haut, on a procédé à leur liage
par jets d'eau suivi d'un liage thermique. Les conditions de ce
liage sont rapportées dans le tableau TI qui suit
Tableau II
Toile support : Grille mtallique
(la
contexture et le
diam-
tre des fils mtalliques
assurent un meilleur
en-
trelacement de la
nappe)
Vitesse de dfilement sous
les
injecteurs : 25 m/mn
Injecteurs : 4 pompes d'injecteurs
Diamtre des orifices : 100 - 140 ~xm
Pression des jets d'eau : 30/50/0/90 bars pour
mesure su niveau du conduit le mlange A
d'alimentation 30/60/80/100 bars
pour
_ les mhnges B
30/40/60/80 bars
pour
les mlanges C et
E
Temprature.de l'air dans 145 150 C
le four
air chaud traversant
Les conditions de chauffage dans le fous ont été choisies de
façon à permettre le séchage du nontissé et la fusion du
polyéthylène des fibres synthétiques mais pas celle du
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pôlypropylène. De la sorte, ces dernières ont conservé leur
intégrité, tout en assurant la liaison des fibres qui sont à leur
contact.
On a mesuré les caractéristiques de résistance à la rupture et
d'absorption des nontissés obtenus selon le procédé. Elles sont
rapportées dans le tableau III ci-après
15
25
35
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2~'''~''I~''~ é 3 10
Les mesures ont été effectuées selon les normes EDANA. Par
exemple, le test de mesure de la résistance à la rupture 20.2-89
consiste à soumettre le nontissé à une force de traction à vitesse
constance (100 mm/min) et à mesurer la charge maximale avant
rupture. L'allongement correspond à l'extension de l'échantillon
mesurée en ce point. Le test de mesure de la capacité d'absorption
10.1-~2 Consiste à mesurer, d'une part, le temps nécessaire pour
qu'un nontissé soit complètement imprëgné par un liquide, et
d'autre part, la quantité de liquide absorbée pendant un temps
déterminé ramenée au poids du nontissé.
I1 est à noter que d'autres fibres, que celles retenues pour
l'exemple, sont envisageables. Parmi les fibres à deux composants
du type S/C (sheath/core) on peut mentionner des fibres
polyéthylène/polyester telles que vendues sous la marque CELANESE
I5 référence K 56 (non frisées, 10 mm, 2,2 dtex) ou bien sous la
marque SOLSTAR (non frisées, 10 mm, 2,2 dtex) ou bien des fibres
Polyester/polyester telles que vendues sous la marque DUPONT
référence 2~1P (non frisées, 12 mm, 2,2 dtex) ou sous la marque
UNITIKA référence Melty (frisées, 10-15 mm, I,5/2 dtex) ou bien des
fibres polyethylène/polypropylène telles que vendues sous la marque
DAIWABO référence NBF (non frisées, 10 mm, 2 dtex). Parmi les
fibres du type S/S (side/side) on peut, citer. également les fibres
polyéthyléne/polypropylène vendues sous la marque DAIWABO sous la
référence ESF (frisées, 6 mm, 3.3 dtex). Parmi les fibres
monocomposantes on peut noter une fibre en polyéthylène vendue sous
la marque STEEN référence Polysteen (nôn frisée, 12 mm, 2,8 dtex).
EXEMPLE 2
A partir de chacun des mélanges A et B de l'exemple précédent
on a réalisé trois nontissés, liés hydrauliquement, différents.
Pour le premier cas on a simplement procédé â un sëchage à
température modérée de façon à éliminer l'eaù sans modïfier la
structure des fibres (essais E21A et E21B).
Dans le deuxième cas, on a calandré le nontissé issu du liage
par jets d'eau également à température modérée (essais E22A et
E22B).
Dans le troisième cas, on a reproduit les conditions de
l'exemple 1 (essais E23A et E23B).
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11
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Les graphiques des figures 2 et 3 représentant la résistance à
la rupture d'une éprouvette de 5 cm de large (gf/5cm), sens marche
(SM) et sens travers (ST), aussi bien en sec qu'en humide montrent
une très nette amélioration par le traitement thermique jusqu'à la
température de fusion.
EXEMPLE 3
On a procédé à des essais camparatifs sus trois nontissés de
méme grammage. Le premier E31 est un produit du type voie sèche
dont la liaison entre les fibres a été obtenue par pulvérisation de
latex. Le nantissé contient 20 x en poids de liant. Le second E32
est un nontissë, du type voie sèche lié par gaufrage, avec un liant
constitué de fibres thermoplastiques DANAKLON ESF (voir exemple 1)
à raison de 20 x. Le troisième E33 est un produit réalisé dans les
conditions de l'exemple 1 avec le mélange A.
On constate sur le graphique de la figure 4, représentant la
résistance à la rupture sens marche (SM) et sens travers (ST),
aussi bien en sec qu'en humide, que le procédé de l'invention
conduit à des nontissés nettement plus performants.
EXEMPLE 4
On a effectué un test comparatif d'absorption-rétention-
résilience entre des nontissés de l'exemple 1 obtenus à partir des
mélanges D, E et F selon le procédé de l'invention et un nontissé
voie sèche lié par latex (15 x) tel que vendu sous la marque
HOMECEL référence P050.
Le test a consisté notamment à placer un échantillon sur un
plateau d'absorption en verre fritté poreux à travers lequel il est
humecté. Le plateau est relié par un tube souple à un réservoir
posé sur une balance, et il peut être déplacé le long d'un rail
vertical. Les mesures sont effectuées à partir des indications de
' poids par la balance dont on peut calculer la capacité d'absorption
de l'échantillon en gramme de liquide par gramme d'échantillon, au
bout d'un temps déterminé, et aussi la ~ vitesse d'absorption
initiale.
Pour la rétention, on déplace le fritté le long du rail de
façon que l'échantillon relargue le liquide, du fait de la pression
~, ~I
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12
négative créée par la différence de niveau entre le fritté et le
réservoir.
Tableau IV
PRODUITS MELANGE MELANGE MLANGE HOMECELI
D E F
Grammage 75,2 72,3 68,4 50,2
Bouffant sec
(cc/g) 9,4 9.9 9.3 15,2
Absorption 7,3 7,3 7.3 9,4
(g/g)
Vitesse initiale
d'absorption
(100 x g/g/sec)186 217 230 175
Rtention (g/g)4,38 4,44 4,40 5,56
Absorption
sous
10 kPa (g/g) 5,1 5,1 5,2 4,9
Rabsorption
(g/g) 5,9 6,0 6,0 6,8
Rs 17,6 16,1 16,0 30,9
lience x
p 31.3 33.5 30,9 54.8
Com ression
~
Cet essai rapporté dans le tableau IV montre notamment que le
produit présente une excellente vitesse initiale d'absorption.
25
35
