Huile de bobinage thermostable

Abstract

 Huile de bobinage de viscosité inférieure à 70 cSt à 20°C, comprenant, en plus des additifs usuels, essentiellement un mélange de:

• 10 à 30 % en poids d'un ester A choisi parmi les triesters de sorbitan éthoxylé, les diesters de polyéthylène glycol et leurs mélanges, comprenant de 10 à 30 unités d'oxyde d'éthylène et majoritairement à base d'acides gras en C18;
• 90 à 70 % en poids d'un composé B choisi parmi les triesters de glycérol ou de triméthylolpropane avec des acides gras en C8 à C12.

L'huile de bobinage est adaptée aux fibres polyester ou polyamide.

Description

[0001] La présente invention concerne des compositions d'huiles de bobinage pour fibres textiles. Plus particulièrement, elle concerne des compositions d'huiles de bobinage pour fibres polyester ou polyamide.

[0002] Les compositions utilisées comme huiles de bobinage doivent posséder de nombreuses propriétés. En plus de propriétés lubrifiantes, elles doivent protéger les métaux de la corrosion, évacuer les charges électriques, et pouvoir être enlevées par lavage de la fibre. Dans le cadre de la protection de l'environnement, il convient en plus que ces compositions ne donnent pas de pollution par évaporation lors des traitements thermiques effectués sur les fibres, et qu'elles aient une biodégradabilité élevée (en particulier en vue de l'opération de lavage des fibres).

[0003] Le document US-A-3834870 décrit l'utilisation d'esters d'acides gras en C8-C20 avec des alcools de formule R(OH)x (dans laquelle R est un radical alkyle en C5-C20 et x=1-5) comme huile de bobinage ("coning oil") pour fibres de polypropylène.

[0004] Le document EP-A-54953 décrit une huile de finition ("spin finish") pour fibres synthétiques comprenant (a) 50-90% d'un lubrifiant thermiquement stable et (b) 10-50% d'un composé de formule R-O-(Aa-Bb)H dans lequel R est un radical alkyle C6-C14, A est oxypropylène, B est oxyethylène, a = 4-15 et b = 5-10.

[0005] Le document JP-A-55067069 décrit une huile textile pour fibre polyester comprenant au moins 50 % d'esters consistant principalement en esters d'acides gras avec un triméthylol alkane ou le pentaérythritol, les autres composants étant des esters de monoalcools avec des acides gras. L'huile textile contient également des surfactants non-ioniques, des agents antistatiques, et des surfactants anioniques.

[0006] Le document EP-A-288620 décrit un procédé de traitement de fibres synthétiques destinées à subir un traitement thermique sévère par (a) l'ester d'un acide polycarboxylique et d'un alcool de formule R1R2CH-CH2-O-(AO)nH (avec R1 et R2 = alkyle C4-C18, AO= oxyde d'alkylene en C2-C4 et n=0-30) ou (b) l'ester d'un alcool polyhydrique et d'un acide de formule R3R4CH-COOH (avec R3 et R4 = alkyle C4-C18).

[0007] Plusieurs articles de W. Dohrn et al. décrivent un produit commercial présentant notamment des propriétés de résistance à l'évaporation ("low-emission"):

• Melliand Int. (1998), (1), 8, 10;
• Melliand Textilber., (1998), 79(3), 130-1, E28-9;
• Melliand Int. (1996), (4), 180-4;
• Melliand Textilber., (1996), 77(11), 770-4, E171-1.

[0008] Il existe des ensimages composés d'émulsions ou de solutions aqueuses, mais l'utilisation industrielle de ces ensimages n'est pas fiable du fait de l'évaporation de l'eau qui fait augmenter la concentration et donc la viscosité du produit; il en résulte des variations importantes et difficilement contrôlables de la quantité d'ensimage prélevée par les fils, en particulier en cas d'application de l'ensimage par un système de rouleau lècheur.

[0009] Toutefois, les compositions connues d'huiles de bobinage anhydres ne présentent pas une stabilité thermique suffisante. On entend par stabilité thermique la résistance de la composition d'huiles de bobinage à l'évaporation lors des traitements thermiques nécessaires des fibres. La stabilité thermique est mesurée objectivement en déterminant gravimétriquement la quantité de composition évaporée après traitement thermique dans des conditions standardisées; elle est exprimée en g par kg de textile.

[0010] Il existe donc un besoin pour des compositions d'huiles de bobinage ayant une stabilité thermique améliorée.

[0011] Un objet de l'invention est de fournir des compositions d'huiles de bobinage ayant une stabilité thermique améliorée.

[0012] Un autre objet de l'invention est de fournir des compositions d'huiles de bobinage qui, tout en conservant de bonnes propriétés, ont une stabilité thermique améliorée.

[0013] L'invention a encore pour objet de fournir des compositions d'huiles de bobinage pour fibres de type polyester ou polyamide, ayant une stabilité thermique améliorée.

[0014] Les compositions de l'invention comprennent, en plus des additifs usuels, essentiellement un mélange de:

• 10 à 30 % en poids d'un composé choisi dans le groupe comprenant les triesters de sorbitan éthoxylé, les diesters de polyéthylène glycol et leurs mélanges, comprenant de 10 à 30 unités d'oxyde d'éthylène, et dans lequel l'ester est majoritairement à base d'un ou plusieurs acides gras en C18;
• 90 à 70 % en poids d'un triester de glycérol ou de triméthylolpropane avec des acides gras choisis dans le groupe comprenant les acides en C8, C9, C10, C11, C12 et leurs mélanges;

les compositions ayant une viscosité inférieure à 70 cSt à 20°C.

[0015] Les triesters de sorbitan éthoxylé comprennent de préférence de 15 à 25 unités d'oxyde d'éthylène, la valeur la plus préférée étant environ 20 unités d'oxyde d'éthylène. Ils sont majoritairement à base d'un ou plusieurs acides gras en C18, à savoir que les acides gras en C18 représentent plus de 50 % en moles des acides gras des triesters, de préférence plus de 75 %, la valeur la plus préférée étant d'au moins 90%; parmi les acides gras en C18, on préfère utiliser majoritairement l'acide oléique ou l'acide isostéarique, de préférence pour plus de 75 % en moles des acides gras en C18. Les composés préférés sont les triesters de sorbitan avec les acides gras d'origine végétale majoritairement en C18 (de préférence les acides gras de colza ou de tournesol) ou leurs mélanges, éthoxylés avec environ 20 unités d'oxyde d'éthylène; le composé le plus préféré est le trioléate de sorbitan éthoxylé avec environ 20 unités d'oxyde d'éthylène.

[0016] Les diesters de polyéthylène glycol comprennent de préférence de 10 à 20 unités d'oxyde d'éthylène, la valeur la plus préférée étant environ 15 unités d'oxyde d'éthylène. Ils sont majoritairement à base d'un ou plusieurs acides gras en C18, à savoir que les acides gras en C18 représentent plus de 50 % en moles des acides gras des diesters, de préférence plus de 75 %, la valeur la plus préférée étant d'au moins 90%; parmi les acides gras en C18, on préfère utiliser majoritairement l'acide oléique ou l'acide isostéarique, de préférence pour plus de 75 % en moles des acides gras en C18. Les diesters préférés sont les diesters de PEG 600 (polyéthylène glycol de poids moléculaire nominal égal à 600) avec les acides gras d'origine végétale majoritairement en C18 (de préférence les acides gras de colza ou de tournesol), le diisostéarate de PEG 600, et leurs mélanges.

[0017] Les di- et triesters éthoxylés représentent de préférence de 15 à 25 % en poids du mélange, la valeur la plus préférée étant d'environ 20 % en poids.

[0018] Le triester de glycérol ou de triméthylolpropane est de préférence à base d'acides gras d'origine végétale majoritairement en C8 à C12; on utilise de préférence les acides en C8, C10 et leurs mélanges, un mélange à parts égales en môles étant particulièrement préféré.

[0019] Les additifs usuels et les concentrations à mettre en oeuvre sont bien connus de l'homme de métier. Ces additifs usuels comprennent essentiellement au moins un agent antistatique (pour améliorer le pouvoir antistatique), généralement présent à raison de 1 à 3 % en poids de la composition, ainsi qu'au moins un un agent antioxydant (pour éviter l'oxydation des composants lors des opérations de traitement thermique) et au moins un agent mouillant (pour favoriser l'étalement de l'ensimage sur les fibres), généralement présents à raison de moins de 1 % en poids de la composition.

[0020] Les ingrédients sont choisis de manière à ce que la viscosité des compositions de l'invention soit de préférence comprise entre 30 et 60 cSt à 20°C, la valeur la plus préférée étant entre 40 et 55 cSt à 20°C.

[0021] Ces compositions sont utilisées comme huile de bobinage pour fibres de type polyester ou polyamide; elles conviennent tout particulièrement aux fibres de types polyester.

[0022] L'invention concerne également un procédé de bobinage de fibres de type polyester ou polyamide dans lequel on utilise comme huile de bobinage une composition telle que décrite.

EXEMPLES

[0023] Dans les exemples, on a mesuré les différentes propriétés comme suit :

Stabilité thermique en couche mince

[0024] 

• on dépose 1 g du produit à tester sur un disque de fibre de verre de 90 mm de diamètre placé dans un appareil de thermogravimétric;
• on porte la température d'abord à 50°C pendant 15 min, puis à 180°C pendant 15 min;
• la stabilité thermique est la différence entre le poids après 15 min à 50°C et le poids après 15 min à 180°C, exprimée en % de 1 g.

Coefficient de frottement

[0025] 

• on fait passer à 20°C et 65% d'humidité relative, un fil de polyester 167/48 FTF sur le frotteur en acier poli d'un appareil F-meter de ROTHSCHILD;
• on mesure la tension d'entrée et la tension de sortie du fil à l'aide de tensiomètres électroniques, et on en déduit le coefficient de frottement par la formule de frottement de corde d'Eytelwein.

Pouvoir antistatique

[0026] 

• on mesure à l'aide d'un voltmètre statique R-4021 de ROTHSCHILD le temps mis par une borne de mesure, portée à 150 V, pour se décharger de moitié à travers 10 fils de 10 cm et une borne reliée à la terre, le tout à 20°C et 65% d'humidité relative.

Test de lavage (pesées et séchage à 20°C et 65% d'humidité relative)

[0027] 

• on pèse exactement un échantillon d'environ 10 g de textile polyester (a) ;
• on dépose environ 0,5 g d'ensimage au milieu de l'échantillon de textile;
• on laisse reposer 24 h puis on pèse à nouveau le textile (b);
• on place l'échantillon dans la porte-matière d'un appareil de lavage ILMA dont le godet contient 200 ml de bain de lavage;
• on lave pendant 20 min à 20°C, en milieu aqueux neutre, sans détergent, à raison de 10 cycles/min de déplacement vertical de l'échantillon dans le godet;
• après essorage pendant 3 min, on laisse sécher pendant 24 h avant de peser l'échantillon (c);
• on exprime en % la quantité d'ensimage éliminée par lavage à l'aide de la formule
  
  

Biodégradabilité

[0028] 

• la méthode utilisée porte la référence C.E.C. L33 T82

Stabilité thermique sur fibres.

[0029] On a utilisé un appareil de bobinage de taille laboratoire ayant les caractéristiques suivantes :

• fabricant : Werner Mathis, Zurich (1973)
• modèle : T II
• zones de séchage : deux (1,3 m chacune)
• ventilateur de sortie : Werner Mathis VZA 11993 (0,4 kW)
• calandre : Werner Mathis VF 4073 (0,58 kW, 0,4-15 m/min, 0,1 bar)

[0030] La fibre polyester est déroulée par la calandre, passe d'abord sur un système de rouleau lècheur qui applique l'ensimage puis dans les deux zones de séchage avant d'être rebobinée. Les conditions opératoires sont les suivantes :

• température dans les zones de séchage : 190°C
• temps de séchage : 1,5 minutes
• prise d'ensimage : 1% du poids de fibre

[0031] On calcule le facteur d'émission, exprimé en g/kg de textile, en faisant le rapport du débit d'huile de bobinage émise (en g/h ; concentration dans l'air x débit d'air) sur le débit d'huile de bobinage saisie par la fibre (en kg/h).

EXEMPLE 1

[0032] On a préparé une composition comprenant:

• 80 parties en poids de triester de glycérol avec un mélange d'acides gras en C8 et C10, d'une viscosité de 16 mm2/s à 40°C;
• 18 parties en poids de trioléate de sorbitan éthoxylé (20 unités d'oxyde d'éthylène), d'une viscosité de 110 mm2/s à 40°C;
• 2 parties en poids d'additifs (comprenant un additif antistatique, un additif antioxydant et un agent mouillant).

[0033] La composition avait une viscosité de 50 cSt à 20°C. On a mesuré ses propriétés en tant qu'huile de bobinage; les valeurs sont reprises dans le tableau 1.

EXEMPLE COMPARATIF A

[0034] On a mesuré les propriétés de l'huile de bobinage vendue sous la dénomination Tallopol 7496 (Tallopol est une marque de la société Stockhausen, décrite dans les publications de W. Dohrn et al. citées plus haut). Les valeurs sont reprises dans le tableau 1.

TABLEAU 1

Propriété	Ex. 1	Ex. comp. A	Fil non ensimé
stabilité thermique (couche mince)	2,1 %	2,9 %	(non applicable)
coefficient de frottement	0,38	0,47	0,48
pouvoir antistatique	4 s	3 s	34 s
test de lavage	86 %	92 %	(non applicable)
biodégradabilité	90 %	(non mesurée)	(non applicable)
stabilité thermique (sur fibres)	0.8 g/kg	(non mesurée)	(non pplicable)

[0035] Le tableau 1 montre que la composition de l'exemple 1 a une meilleure stabilité thermique et un meilleur coefficient de frottement que celle de l'exemple comparatif A, les propriétés antistatique et de lavage pouvant être considérées comme équivalentes.

Revendications

1. Huile de bobinage pour fibres de type polyester ou polyamide comprenant, outre les additifs usuels, essentiellement un mélange de:

- 10 à 30 % en poids d'un ester A choisi dans le groupe comprenant les triesters de sorbitan éthoxylé, les diesters de polyéthylène glycol et leurs mélanges, comprenant de 10 à 30 unités d'oxyde d'éthylène et majoritairement à base d'un ou plusieurs acides gras en C18;

- 90 à 70 % en poids d'un composé B choisi parmi les triesters de glycérol ou de triméthylolpropane avec des acides gras choisis dans le groupe comprenant les acides gras en C8 à C12 et leurs mélanges;

l'huile de bobinage ayant une viscosité inférieure à 70 cSt à 20°C.

2. Huile de bobinage selon la revendication 1, dans laquelle le mélange comprend 15 à 25 % en poids du composé A et 85 à 75 % en poids du composé B.

3. Huile de bobinage selon la revendication 2, dans laquelle le mélange comprend environ 20 % en poids du composé A et 80 % en poids du composé B.

4. Huile de bobinage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle les acides gras en C18 représentent plus de 75 % en moles des acides gras des esters A.

5. Huile de bobinage selon la revendication 4, dans laquelle les acides gras en C18 représentent plus de 90 % en moles des acides gras des esters A.

6. Huile de bobinage selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle plus de 75 % en moles des acides gras en C18 sont de l'acide oléique, de l'acide isostéarique ou un mélange de ceux-ci.

7. Huile de bobinage selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans laquelle les triesters de sorbitan éthoxylé comprennent de 15 à 25 unités d'oxyde d'éthylène.

8. Huile de bobinage selon la revendication 7, dans laquelle dans laquelle les triesters de sorbitan éthoxylé comprennent environ 20 unités d'oxyde d'éthylène.

9. Huile de bobinage selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans laquelle on utilise comme composé A un triester de sorbitan avec des acides gras d'origine végétale majoritairement en C 18, éthoxylé avec environ 20 unités d'oxyde d'éthylène.

10. Huile de bobinage selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans laquelle les diesters de polyéthylène glycol comprennent de 10 à 20 unités d'oxyde d'éthylène.

11. Huile de bobinage selon la revendication 10, dans laquelle les diesters de polyéthylène glycol comprennent environ 15 unités d'oxyde d'éthylène.

12. Huile de bobinage selon l'une quelconque des revendications 10 et 11, dans laquelle on utilise comme composé A un diester de PEG 600 avec des acides gras d'origine végétale majoritairement en C18, le diisostéarate de PEG 600, et leurs mélanges.

13. Huile de bobinage selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, dans laquelle le composé B est à base d'acides gras d'origine végétale majoritairement en C8 à C12.

14. Huile de bobinage selon la revendication 13, dans laquelle dans laquelle les acides gras comprennent l'acide caprique, l'acide caprylique et leurs mélanges.

15. Huile de bobinage selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, ayant une viscosité comprise entre 30 et 60 cSt à 20°C.

16. Huile de bobinage selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, ayant une viscosité comprise entre 40 et 50 cSt à 20°C.

17. Utilisation comme huile de bobinage pour fibres de type polyester ou polyamide d'une composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 16.

18. Procédé d'ensimage lors du bobinage de fibres de type polyester ou polyamide, caractérisé en ce que l'on utilise comme huile de bobinage une composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 16.