L'invention concerne un non-tissé à base de filaments de matières thermoplastiques, caractérisé en ce que tous les filaments qui le composent sont totalement fabriqués à partir d'un polymère ou d'un mélange de polymères dérivés d'acide lactique et en ce qu'il présente une hydrophilie permanente.
Les filaments qui composent le non-tissé selon l'invention sont des filaments continus.
Ils peuvent en outre subir un traitement hydrophile par un tensio-actif.
L' invention concerne un non-tissé hydrophile et des procédés pour son obtention.
Plus particulièrement, cette invention concerne la réalisation d'un non-tissé à base de polyactide ayant des propriétés hydrophiles et permettant son utilisation dans des articles d'hygiène corporelle (i.e. couches-bébé), dans le secteur médical (i.e. champs), dans l'agriculture (paillage) et autres applications traditionnelles de non-tissés hydrophiles.
De nos jours, partout dans le monde, les sites de décharge de déchets solides sont rapidement saturés. Ces déchets proviennent entre autres de produits à usage unique tels que les films et les non-tissés pour l'hygiène (couches-bébé, serviettes hygiéniques), le secteur médical (casaques, champs opératoires), l'agriculture (protection contre le gel, paillage).
L'utilisation de polymères dégradables, plus spécifiquement de polymères biodégradables, tels que des polymères basés sur des acides lactiques (en abrégé : PLA) constitue une solution à ces problèmes.
De nos jours, les polymères mentionnés (spécialement les PLA) sont bien connus dans le domaine médical. Ils ont été utilisés comme matière première pour les sutures, pour diverses sortes d'implants (vis, baguettes, plaques, tubes) et pour différents systèmes de diffusion contrôlée.
Pour remplacer les polymères stables dans la composition des produits de consommation, le PLA est l'un des plus prometteurs. Le PLA permet d'obtenir des propriétés mécaniques et physiocochimiques qui sont comparables à celles des polymères conventionnels.
En plus de leur biodégradabilité, les polymères basés sur des PLA font appel à des ressources renouvelables telles que le betterave à sucre, le maïs ou le petit lait. Pour cette raison, la production de ces polymères ne perturbe pas l'équilibre de dioxyde de carbone mondial (effet de serre). Le compostage ou l'incinération du PLA libère la même quantité de dioxyde de carbone que celle générée lors de sa production. L' incinération des déchets de polyoléfines est relativement coûteuse parce qu'elle génère trop de chaleur et qu'elle nécessite un refroidissement à l'aide d'autres matériaux mélangés aux déchets. Par contre, le PLA contient 60 % d'énergie en moins que le polypropylène ou le polyéthylène, ce qui permet un meilleur contrôle de la température lors de l'incinération.
Enfin, la production de polymère à base de PLA utilise des ressources renouvelables.
Certaines applications nécessitent l'obtention d'un non-tissé présentant un caractère hydrophile. Or les non-tissés à base de PLA, comme les non-tissés à base de PP, sont naturellement hydrophobes. Le caractère hydrophile peut être obtenu par traitement de surface du non-tissé ou par injection dans l'extrudeuse avec les produits traditionnellement utilisés pour les non-tissés à base de polypropylène.
Le traitement de surface de non-tissés à base de PLA a posé problème à la demanderesse car il se fait en utilisant des solutions aqueuses soit par léchage, soit par pulvérisation ou par application de mousse. Or, ce traitement entraîne un certain niveau d'humidité critique pendant et après le traitement (en effet la dégradation est générée par une hydrolyse) qui doit être contrôlé avant le conditionnement du non-tissé et son expédition.
L'invention concerne l'obtention de non-tissés biodégradables à base de polylactides présentant une hydrophilie permanente.
De façon avantageuse, il est rendu hydrophile par traitement avec un tensio-actif disponible sur le marché et sa dégradation est plus rapide que celle d'un non-tissé non traité.
On comprendra mieux l'invention à l'aide de la description qui suit faite en référence aux figures annexées suivantes :
La matière première utilisée dans l'invention comporte des polymères basés sur le PLA comprennant du poly(L-acide lactique) (PLLA) ou du poly(D-acide lactique) (PDLA), ou des poly(D-L-acide lactique) co-polymères, avec un ratio D-L variant de 0 % à 100 %, ou des mélanges des polymères mentionnés.
Ces polymères basés sur des PLA formant cette matière première peuvent en outre contenir de 0,1 % à 15 % de plastifiant et/ou de 0,1 % à 5 % de monomères et/ou de 0,001 % à 5 % de différentes sortes de stabilisants, pigments, etc...
Dans cette invention, le non-tissé est constitué de fibres ou de filaments continus d'un diamètre entre 0,1 et 100 µm de préférence.
Ce non-tissé peut être obtenu par différents procédés, par exemple par les deux procédés de filature continue (Lurgi, S-tex) ou de fondu-soufflé (dit melt blown) et décrits ci-après. Si un traitement hydrophile lui est ajouté, il sera réalisé soit par léchage, soit par pulvérisation, soit par application de mousse, ou par injection dans l'extrudeuse de tensio-actifs.
Le schéma de la figure 1 montre une présentation du procédé de filature directe continue (i.e. Stex) comportant une trémie (1a) pour matière première, une extrudeuse (2a), une vis (2'a), une filière (3a), un tapis (4a), une calandre (5a), un système de guidage de la nappe (6a) et de réglage de tension d'enroulement, un enroulement (7a), un système de refroidissement des fibres (8a), une fente d'étirage (11a), une aspiration de l'étirage (11'a).
Dans ce procédé, le polymère est fondu est extrudé au moyen d' une extrudeuse simple ou à double vis (2,2a) à une température qui se situe de préférence entre 140 et 280°C et est acheminé vers une pompe de filature avant de passer à travers un filtre jusqu'à une filière comportant des trous variant de 0.2 à 2.0 mm, de préférence de 0.4 à 1.0 mm. Le polymère est filé à travers la filière (3a) jusqu'à l'installation de refroidissement (8) et d'étirage (11). Le refroidissement peut s'effectuer au moyen d'air refroidi, à une température variant de préférence entre 0 et 40°C et la vitesse variant de 0.1 à 5 m/s, l'étirage peut s'effectuer par aspiration d'air ou d'air pulsé à travers le système d'étirage. Le système d'étirage peut comporter une fente (11) ou peut être constitué par une série de tubes ou fentes. La vitesse d'air d'étirage se situe de préférence entre 10 et 400 m/s. Dans le système d'étirage, les fibres obtenues ont un diamètre décroissant et une structure orientée. Le taux d'étirage est généralement de 1.1 à 20, de préférence de 2 à 15. Dans la couche SB le titre des fibres se situe de préférence entre 0.5 et 20 dtex, plus particulièrement de 1 à 10 dtex.
Le système de filature est suivi d'un système qui couche les fibres au hasard sur le tapis. Le tapis achemine la nappe de fibres vers une calandre (5) chauffée à une température variant de préférence de 40 à 160°C, plus particulièrement de 60 à 110°C. Une autre fente pourra être installée avant la calandre afin d'obtenir un non-tissé structuré de plusieurs couches similaires ou différentes.
Le poids de base pourra être ajusté selon la vitesse. Il se situe généralement entre 5-200 g/m2, en fonction de l'application.
Le schéma de la figure 2 représente le procédé MB : une trémie matière première (1b), une extrudeuse (2b), une filière (3b), un tapis de formation (4b), une calandre (5b), une enrouleuse (6b), un soufflage (9b), une aspiration (11b).
Le procédé MB comprend une extrudeuse destinée à fondre le polymère. Les températures d'extrusion se situent de préférence entre 150°C et 280°C. Le polymère est véhiculé de l'extrudeuse à la filière. La filière ne comporte qu'une seule rangée de trous. Les trous ont un diamètre de 0?2 à 2 mm.
Un flux d'air des deux côtés de la rangée de trous projette le polymère sous forme de fibres sur la nappe qui défile. Le poids de base de la nappe MB est ajusté en fonction de la vitesse du tapis et se situe de préférence entre 5 et 100 g/m2. Le diamètre des fibres se situe normalement entre 0.1 et 20 µm, de préférence entre 0.5 et 10 µm.
Le traitement hydrophile est réalisé en utilisant des tensio-actifs tels que les copolymères silicones-polyethers (i.e. Silwet (marque déposée) 12037 ou Nuwet (marque déposée) 500 de la société OSI Specialities, 4 Place des Etats-Unis, Silic 220, 94518 Rungis Cedex). Différents procédés peuvent être utilisés. Selon un procédé de léchage, le surfactant est dissout dans de l'eau à une concentration de 1 à 50 %, de préférence de 5 à 25 %. La solution est acheminée à l'installation de fabrication de non-tissé selon le schéma de la figure 3 montrant : un contenant de la solution (12), un rouleau lisse rotatif (13) sur lequel est déposé une fine couche de surfactant, un point de dépose (14) du surfactant sur la surface de non-tissé.
Le surfactant peut être déposé sur la nappe sous forme de mousse. La mousse, après stabilisation, présente une viscosité plus faible que la solution précédemment employée et la quantité de surfactant est plus faible que dans la solution. Il est donc plus facile de le doser avec précision.
La figure 4 décrit le schéma de l'installation pour l'application de mousse : un contenant de la solution (15), une pompe formant la mousse (16), une buse de pulvérisation de la mousse (17), le non-tissé (18).
Il est parfois nécessaire d'associer un agent moussant particulier à la solution utilisée dans le procédé de traitement par mousse. Le niveau d'additif moussant se situe normalement entre 0.1 % et 5 %. L'utilisation et la dose d'additif moussant dépend du surfactant.
Un autre procédé pour le traitement de la nappe avec un surfactant est la pulvérisation, la solution étant pulvérisée à la surface de la nappe par de l'air comprimé.
Enfin, le dernier procédé consiste, soit à injecter le tensio-actif directement dans l'extrudeuse principale, soit à intégrer un mélange-maître (PLA et surfactant) dans l'extrudeuse principale, soit, pour les tensio-actifs à point de composition bas, à l'incorporer à l'aide d' une extrudeuse latérale.
Le niveau d'humidité de la nappe doit être contrôlé après le traitement par surfactant et, si nécessaire, la nappe doit être séchée. La première étape de la dégradation d'un polymère à base de PLA étant l'hydrolyse, il faut éviter que la dégradation par hydrolyse commence au stade de l'emballage dans le cas d'un non-tissé présentant une certaine humidité.
La dégradation d' un non-tissé jetable hydrophile à base de PLA commencera plus rapidement que celle d'un non-tissé sans traitement parce qu'il s'imprégnera d'eau plus facilement et de ce fait l'hydrolyse démarrera immédiatement. Les propriétés des non-tissés ainsi obtenus sont très intéressantes, contrairement aux polyoléfines, tous les surfactants permettant d'obtenir des non-tissés présentant des caractéristiques d'hydrophilie permanente.
On décrit ci-après deux exemples de non-tissés selon l'invention dont les propriétés hydrophiles ont été testées.
Un non-tissé à filaments continus fabriqué selon le procédé Stex ayant un poids de 20 g/m2 et des filaments de 2.1 dtex est utilisé comme voile de surface pour couche-bébé. Les valeurs de passage d'urine (strike-through) (test EDANA 150.1-90- se situent entre 10 et 15 s, le retour d'urine (rewet) à 0.6 g environ (EDANA 151.1-92). Après application d'une solution de Silwet (marque déposée) 7602 à 15 %, le passage d'urine se situe entre 2.5 et 3.0 s et le retour d'urine entre 0.8 et 1.0 g. Après trois tests répétitifs, les valeurs de pénétration sous plan incliné (run-off) sont inférieures à 1 %. Ces résultats sont remarquables. Avec des non-tissés en polypropylène, les valeurs sont, après deux texts, respectivement 25 s, 2.0 g et 100 %.
Un non-tissé à filaments continus fabriqué selon le procédé Stex ayant un poids de 19 g/m2 et des filaments de 3.2 dtex présente des valeurs de temps de passage d'urine de 11 s. et de 0.7 g de retour d'urine.
Après traitement par mousse avec une solution de 10 % de Nuwet (marque déposée) 500, la nappe traitée présente des valeurs de 2.5 s. pour le passage d'urine, de 4 g pour le retour d'urine, de 3.5 s, pour le passage d'urine après trois tests répétitifs.
Ces résultats sont supérieurs à ceux obtenus avec un non-tissé équivalent en PP, respectivement 5 s et 4 g.