Contribution to the study of extrusion coating of polypropylene onto aluminium
Contribution à l'étude de l'extrusion couchage du polypropylene sur l'aluminium
Résumé
In packaging industry, many structures are produced by extrusion coating. This study is focused on the extrusion coating of multilayered structure polypropylene / grafted polypropylene (tie layer) onto an aluminium foil. In these structure, adhesion is strong dependent on the process parameter such as temperature and speed line. During the process, a chemical reaction occurs between the polymeric grafted chains and the aluminium oxides. Indeed, polypropylene used as a tie layer was grafted in order to increase its affinity with a polar surface such as an aluminium foil. Our purpose is to study how process parameters can promote adhesion in grafted polypropylene/aluminium laminates. We investigate the complex interplay between adhesion, the formation of bonds at the interface and the mechanical properties of the polymer film. The density of bonds created at the interface is quantified by X-Ray Spectroscopy measurements after removing the polymer film from the aluminium surface by dissolution in hot xylene. DMA and tensile tests are performed to characterize the mechanical properties of polymer films. A numerical model of extrusion coating has been used to quantify the impact of cooling on adhesion. A good correlation has been found between the thermal history, the formation of bonds and the mechanical properties of the polymer films. It appears that high temperature conditions can improve adhesion by increasing the open time for the reaction and the rate of the chemical reaction between grafted polymer chains and aluminium.
Dans l'industrie alimentaire, de nombreuses structures sont réalisées par extrusion couchage. Nous nous sommes focalisé sur l'extrusion couchage de structures multicouches de type polypropylène/polypropylène greffé (liant) /aluminium réalisé par extrusion couchage. Dans ce type de structure, l'adhésion dépend fortement des conditions de procédé pour un liant donné. Au cours du procédé, une réaction a lieu entre les molécules greffées et les oxydes d'aluminium. En effet, le polypropylène est greffé avec des molécules polaires telles que l'aluminium afin de renforcer son affinité vis à vis de l'aluminium. Nous avons donc cherché à déterminer quels paramètres influençaient l'adhésion et pourquoi. Un model capable de simuler le procédé et quantifier l'impact de l'histoire thermique sur l'adhésion a donc été développé. Nous avons démontré que l'histoire thermique a une importance cruciale sur la cinétique de création de liaisons à l'interface mais aussi sur la structure du film qui va gouverner les propriétés mécaniques du film. Des mesures de densité de liaison à l'interface par XPS et la caractérisation des propriétés mécaniques ont révélé que c'est la combinaison de ces deux phénomènes qui explique l'adhérence mesurée lors des tests de pelage.
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