Brevet FR2115169A1 — publié le 19720707

/I 30Z/O 1 2115169 La présente invention rapporte à la fabrication ds feuilles csUulosiques pour revêtements résistant à l'abrasion par l'utilisation de matériaux abrasifs ayant une dureté de Mehs d'au soins S5CB lsinvention s'étend à 5 l'utilisation desdites feuilles pour la fabrication de stratifiés décoratifs résistant a l'abrasion*, vernis de plus en plus importants ces dernières années à cause de leur large utilisation dans la fabrication d'articles tels 10 que dessus de tables dessus de bureau, cloisons de différentes sortes, et à de nombreuses autres finsa Toutes ces surfaces sont sujettes à une usure par abrasion,, et pour cette raisons elles doivent être protégées d'une certaine manière pour les empêcher d'être abimées ou détruites. La couture s'est récemment instau-15 rée de protéger les stratifiés décoratifs soit par incorporation à la couche décorative de particules de silice9 servant d'agent • de protection réduisant l'abrasion de la couche décorative0 soit en recouvrant la couche décorative par des couches superficielles contenant des fibres et des particules de silices ces couches 20 étant rendues transparentes par la résine de stratification et protégeant la couche décorative jusqu'à ce que la couche superficielle soit complètement usée» antérieur ont été fabriquées avec des matériaux tels que la silice,, 25 les silicatess les fibres de verres l'amiante et analogue que lTon incorporait aux couches superficielles par différents procédés. Cependant des couches supérieures fabriquées à partir de ces matériaux n'ont généralement pas donné satisfaction pour tin certain nombre de raisons» 30 Par exemple «, pour de nombreux usa ges, elles n'ont pas été suffisamment résistantes à l'abrasion. L'incorporation de matériaux assez protecteurs pour donner des résultats satisfaisants a conduit à d'autres inconvénients dans les problèmes de production lorsque l'on a essayé d'utiliser des 35 quantités accrues de matériaux protecteurs. Ces derniers problèmes ont été particulièrement importants à cause de l'usure excessive par abrasion de l'équipement utilisé dans la fabrication des couches superficielles résistant à 1;abrasion„ ce qui nécessitait de fréquents remplacements des organes de fabrication. 40 Conformément à 1'inventionP l'on Les stratifiés décoratifs sont de- Les couches supérieures de l'art BAD original COPY 71 38273 2 2115169 peut fabriquer économiquement des papiers résistant à l'abrasion fortement améliorés, ayant des propriétés convenant à leur utilisation dans la fabrication de stratifiés décoratifs, par l'utilisation d'abrasifs ayant une dureté de Mohs d'au moins 8,0 5 et ayant une taille de particule suffisante» l'utilisation de ces matériaux permet la production de papiers résistants à l'abrasion ayant une- plus grande résistance à l'abrasion que ceux produits avec des matériaux tels que la silice et ceci, dans certains cas, à un prix 10 rédui't puisque de plus petites quantités sont nécessaires pour obtenir une résistance satisfaisante à l'abrasion. Des matériaux de ce type pouvant convenir comprennent en particulier, l'alumine ou des matériaux contenant de l'alumine, tels que par exemple ceux décrits dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n° 15 3.121.623, l'alundun, le corindon, l'émeri, les spinelles et analogues, aussi bien que d'autres matériaux tels que le carbure de tungstène, le borure de zirconium, le nitrure de titane le carbure de tentale, le carbure de béryllium, le carbure de silicium, le borure d'aluminium, le carbure de bore, et leurs 20 mélanges, le fait que certains matériaux protecteurs particuliers conviennent mieux dépendra de facteurs tels que la disponibilité et le prix du matériau particulier, de la taille requise, de la couleur, et de l'utilisation à laquelle est destinée la couche superficielle résistant à l'abrasion» Lorsque 25 celle-ci est utilisée dans la fabrication de- certains types de stratifiés décoratifs, il est souhaitable dtutiliser trn matériau incolore tel que l'alumine. Bans d'autres cas, lorsque la transparence de la couche superficielle n'est pas aussi importante ou lorsque l'on obtient une résistance à l'abrasion sa-30 tisfaisante en utilisant des quantités d'abrasif relativement petites, on peut utiliser des particules colorées. La taille de particule des particules àbrasives utilisées dans la production des couches superficielles résistant à l'abrasion suivant l'invention est très importante. 35 On préfère utiliser des abrasifs du type spécifié ci-dessus ayant des tailles de particule allant de 10 microns en diamètre, et plus, jusqu'à une taille de particule ne dépassant sensiblement pas en diamètre l'épaisseur de la feuille à rendre résistante à l'abrasion. L'utilisation de matériau ayant une taille 40 de particule non comprise dans cette gammé peut généralement 71 38273 3 2115169 ne pas être satisfaisante pour produire les couches superficielles résistant à l'abrasion améliorées suivant l'invention. Lorsque l'on utilise un matériau ayant des tailles de particule de 75 microns et plus, on éprouve des difficultées à obtenir une 5 distribution satisfaisante du matériau protecteur. On préfère utiliser des matériaux ayant des diamètres compris dans la gamme de 20 à 65 microns. La quantité de matériaux abrasifs utilisés dépend aussi de facteurs tels que la couleur, la taille 10 de particule, la forme de particule, le degré requis de résistance à l'abrasion, le degré de transpatence requis lorsqu'on l'utilise dans la fabrication de laminés décoratifs, etc... En général, cependant, on peut fabriquer des couches superficielles résistant à l'abrasion satisfaisantes par utilisation 15 de 0,5 à 20,0% en poids d'abrasif, basé sur le poids de' la feuille finie. On préfère utiliser dans la plupart dés cas, des ■ quantités allant de 2% à 10% basées sur le poids de la feuille finie• La feuille à couches superficielles 20 résistant à l'abrasion améliorée suivant l'invention peut être fabriquéesfde manière satisfaisante,de différentes façons. Par exemple, la quantité requise d'abrasifs d'une taille de particule spécifiée peut être énergiquement incorporée dans une pâte et cette dernière transformée en feuille d'une manière conven-25 tionnelle. Cependant, on préfère ajouter uniformément la quantité requise d'abrasif ayant la taiile de particule convenable à la surface d'une feuille humide de papier, soùs la forme d'une bouillie aqueuse grasse,à unetrémie secondaire d'une machine à papier, il n'est alors pas nécessaire d'utiliser dé colle ni 30 de liant. La feuille est alors soumise à un calendrage dans un type de calendre humide traditionnelle et finalement séchée, le calendrage humide servant à fixer les particules sur la surface et légèrement en dessous de la surface de la feuille. Cette façon de procéder à plusieurs avantages importants du fait 35 qu'elle aide à la fixation de l'abrasif sur la face supérieure de la feuille et qu'elle rend des pourcentages importants des particules efficaces à la réduction de l'abrasion de la feuille protectrice. Les particules abrasives se trouvant surtout sur la face supérieure de la feuille, l'effet abrasif sur 40 les fibres de constitution est presque, complètement éliminé. 71 38273 4 2115169 Une méthode préférée de mise en oeuvre de la présente invention consiste à préparer une pâte de cellulose "broyée par différents types de moyens conventionnels et ensuite à transférer la pâte ainsi préparée dans une machine 5 à papier dans laquelle la pâte est transformée d'une façon traditionnelle en feuille de papier. Alors qu'elle est encore sous la forme d'une feuille humide de papier, la quantité requise de particule abrasive ayant une dureté de Mohs d'au moins 8,0 et ayant la taille de particule spécifiée est appliquée à 10 la surface de cette feuille humide, de préférence, sous la forme d'une bouillie aqueuse, à partir d'une trémie secondaire. La feuille humide résultante contenant des particules abrasives est ensuite soumise à un calendrage humide de préférence sur une ou plusieurs calendres humides traditionnelles, ce qui facilite 15 la liaison des particules abrasives à la feuille et dans la feuille de cellulose et facilite aussi la formation d'une feuille lisse. Le calendrage humide et le séchage, qui se fait ensuite, de la feuille traitée par des abrasifs*peuvent tous les deux être effectués par des moyens classiques quelconques. 20 On a constaté que l'addition d'une petite quantité de fibre, par exemple de 2% du total, à la bouillie dans la trémie secondaire, aidait à maintenir la bouillie dispersée. Dans une autre façon de procéder, 25 de l'invention, les particules abrasives sont ajoutées à la pâte de cellulose broyée et cette dernière est alors transférée,par la trémie primaire, d'une machine à papier sur le tamis de formation où l'on prépare une feuille contenant de 1'abrasif et on la sèche par un procédé de fabrication du papier classi-30 que. Dans ce cas, cependant, ,1e tamis de formation de la machine est sujet à la même action abrasive que dans l'art antérieur et ceci dans une mesure plus importante, à cause de la dureté accrue des particules abrasives. La description ci-après se rappor-35 te à des exemples de réalisation. Dans les résultats exposés dans les exemples suivant la résistance à l'abrasion des feuilles à couches superficielles a été déterminée par l'utilisation de la méthode normalisée ÎJEMA LD I-Z,01. Dans cet essai, un petit 40 disque circulaire est découpé dans le stratifié contenant la couche superficielle résistant à l'abrasion et il est monté 71 38273 5 2115169 sur un plateau tournant et soumis à l'action abrasive de bandes abrasives normalisées enroulées autour de la périphérie de roues en rotation, la matière détachée étant continuellement enlevée par un dispositif sous vide adjacent à la surface soumise à 5 l'abrasion. Le nombre total de tours du plateau tournant de support du stratifié est compté et le disque est pesé avant et après l'essai pour déterminer la perte de poids pour 100 tours. Le nombre de tours nécessaires pour enlever par usure 50 % de l'échantillon rapporté marque la fin de l'essai. 10 D'autres méthodes utilisées pour essayer certaines des feuilles à couche superficielle comprennent la méthode normalisée SEMA LD 1-2 ^05 de détermination de la résistance aux cigarettes allumées et la méthode normalisée NEMA LD -—15 de détermination de la résistance aux chocs. 15 Pour déterminer la transparence de la feuille à couche superficielle, traitée par abrasif, on applique la feuille sur un fond noir et on compare alors le degré de noir à un jeu d'échantillons de noir normalisé, le n° 6 étant le plus noir et le numéro 1 étant le plus laiteux. Par lruti-20 lisation de cette méthode, une couche superficielle de rayonne • normalisée obtient habitueliaent le n° 5 tandis qu'une pâte î alpha est habituellement plus près d'un na 1 ou d'un n° 2. Pour déterminer la couleur transmise par une couche superficielle, la couche superficielle essayée 25 est appliquée sur un fond blanc facilement disponible et on examine son degré de blancheur par utilisation d*un Réflecto— mètre Hunterlab. Deux valeurs de blancheur sont calculées, l'une utilisant tout effet fluorescent et l'autre excluant ce dernier effet. 30 EXEMPLE I Une pâte de kraft ayant été soumise à un blanchiement poussé et broyé jusqu'à un degré de liberté normalisé canadien d'environ 500 ML, on ajoute 0,2% en poids de résine résistant à l'humidité et le pH est ajusté à 6,8. La 35 pâte résistante est utilisée à la fabrication de feuilles d'un poids d'environ 10 kilos. A la feuille humide, on ajoute alors% à partir d'une trémie secondaire, de préférence placée au dessus des boîtes plates dans la partie inclinée de la trémie inclinée, des quantités variables de particules abrasives de différentes 40 sortes ayant une dureté de Mohs d'au moins 8,0. L'abrasif est 71 382/i 6 2115169 de préférence ajouté sous la forme d'une bouillie diluée, de 0,375 à 0,75 g/l,déposée sur la feuille humide sous la forme d'une couche uniforme à la face supérieure à l'extrémité de la ligne humide de la feuille primaire (au point ou la feuille primaire 5 vient de se former sur 1s fil), la quantité d'abrasif ajoutée est ajustée par changement de la consistance de la bouillie ou par changement de la taille des orifices dans la boite de charge placée avant la trémie secondaire. Après enlèvement de l'eau en excès 10 de la feuille, cette dernière est passée à travers une ou plusieurs calendres humides conventionnelles qui enlèvent l'eau supplémentaire et qui, en même temps, incorpore partiellement l'abrasif dans la face supérieure de la feuille primaire, la feuille est alors séchée d'une façon classique. 15 la feuille à couche superficielle préparée comme décrit ci-dessus, est alors saturée par une résine de mélamine du commerce, communément utilisée dans l'industrie des stratifiés, la teneur en résine est réglée de 66 à 70 % de la feuille saturée, prédurcie à une teneur de 6 à 8% 20 en produits volatils et ensuite calendrée en stratifié sur un décor imprimé de la façon décrite dans la méthode HEMA LD 1-2,05. le décor imprimé est préparé en saturant du papier contenant environ 48 à 52 % de résine de mélamine commerciale. le noyau est constitué de 6 couches de pa-25 pier kraft du commerce saturé de résine phénolique. le temps de pressage est de 40 minutes au total en partant avec une presse froide. Ceci est équivalent à 23 minutes»à 295 degrés»si la presse est préchauffée. Une pression constante de 100 Kilos par centimètre carré est mainirenue tout le long du pressage, les 30 stratifiés sont alors essayés comme décrit ci-dessus, les résultats sont exposés dans les tableaux donnés ci-dessous » et un graphique est donné sur la figure 1. Sur la figure, toutes les courbes,exceptées celles marquées silice et celles correspondant à l'absence d'abrasif, montrent les effets»sur la ré-35 sistance à l'abrasion, des feuilles contenant des quantités variables d'alumine, de taille de particule différentes. EXEMPLE II Dans cette expérience, l'abrasif est ajouté directement à la charge, la pâte est préparée comme 40 décrite dans l'exemple I et la quantité requise d'abrasif de différentes tailles de particule y est ajoutée, de préférence 71 38273 7 2115169 après dispersion dans l'eau, et le mélange résultant est transformé en une feuille sèche par des moyens conventionnels. La couche superficielle résultante est alors essayée comme décrit dans l'exemple I. 5 Ii'examen des données du tableau I ci-joint, montrera facilement que pour des quantités égales d'abrasif ayant sensiblement la même taille de particule, les feuilles à couches superficielles suivant la présente invention montrent trois à quatre fois la résistance à l'abrasion des feuil-10 les à la silice utilisées précédemment. I A B L B A U - I Matériaux i Microns io dans la feuille Fbre de tours Taux d'usure Perte de poids Perte de au point final ./100 cycles aux premiers poids aux au point final 100 cycles seconds 100 cycles Néant mmw n,tTTtrmr-, 300 0.0566 0.0556 0.0535 Silice 60 4.72 617 0.0278 0.0396 0.0252 M « 8.2 833 0*0228 0.0336 0*0218 Alumine 60-65 u 3.31 1308 0.071 0.0364 0.0133 5.34 1700 0.0178 0.0351 0.0102 t! 7.33 2250 0*0097 0.0258 0.0065 tl 7.12 2450 0.0083 0.0246 Alumine 75 1.41 675 0*0340 0.0425 ti 2.44 925 0.0212 0.0362 0.0246 u 3.12 1210 0;Q139 0.0339 0.0158 »t 5.31 1500 0.0147 0.0373 0.0114 tl 6.95 2050 0*0113 0.0296 0.0073 Alumine 90 II 0.66 644 0;0269 0.0460 0.0328 1.60 743 0.0341 0.0536 0.0309 Bl 3.59 1312 0.0173 0.0388 0.0103 Alumine 40 • 3.97 1163 0.0170 0*0363 0.0131 4.86 1350 0*0157 0.0306 0.0114 ti 6.28 1550 .0*0118 0.0225 0.0044 tf 7.35 1788 0.0125 0.0250 0.00^9 ti 8.68 2050 0.0115 0.0246 0.0073 Alumine 20 2.78 863 0.0207 0.0380 0.0211 if 3.45 . .. 975 0.0233 0.0481 0.0257 u 5.3 1075 0.0171 0.0321 0*0176 ii 5.4 1167 0.0178 0.0308 0.0154 Alumine 5 2.72 . .. .433 0.0379 0*0448 0.412 * 5 3i12 400 0.0444 UJ 00 K> -«J UJ CD K> —» Cri CT- O T A B IE AU - 1 (SUITE) - Matériaux Microns i<> dans la feuille MTbrede tours au point final Taux d'usure /10Q cycles au point final Perte de poids aux premiers 100 cycles Perte de poids aux j «seconds 1QCf cycles J Garbure de Sicilium 40 5.50 4233 0.0045 \ U î * 40 8.60 5153 0.0041 & 22-40 7.16 3100 0,0057 22-40 7.76 4200 0.0074 I Morbide 240 60 13.4 5500 0.0018 ji l » * 60 12.2 4000 0.0030 t 1 Morbide 320 35-40 7.0 2700 0.0053 l :* ë 35-40 5.4 2000 0.0071 * Ajouté directement à la charge au lieu d'utiliser la trémie secondaire 1 & 50fo à 22 microns et 50% à 40 microns U) 00 K> -«J OU vo K3 Ln Q" •vû 71 38273 10 2115169 Sur le tableau 2 les couches superficielles à base &'oxyde d'aluminium apparaissent excellentes en couleur et en clarté. Ces couches superficielles fabriquées avec de l'oxyde d'aluminium de 60 à 65 microns montrent une résistance à l'abrasion de 3 à 4 fois supérieure à celle d'une couche superficielle contenant une quantité égale de silice de la même taille de particule. Les couches superficielles fabriquées à base de carbure de silicium ont une couleur légèrement verte, mais la décoloration ne réduit pas la clarté de la couche superficielle en dessous d'un niveau acceptable, lorsqu'on les presse en stratifiés. Le norbide (mélange de carbure de tungstène et de carbure de bore) donne des couches superficielles tout à fait sombres, mais convenant généralement à l'utilisation sur fond noir. T ABLEAU - 2 BLANCHE UB, RESISTANCE Matériau Microns feuille Fluorescence exclue Fluorescence comprise Transparence aux cigarettes aux chocs Silice 60 4.72 71.1 72.0 6 OK OK Alumine 60-65 5.34 71.0 72.0 6 OK OK Carbure de Silicium 40 5.5 69.3 70.1 1 OK OK îlorbide Il l ■ l ■ r. 60 5.4 43.7 43.9 6 OK OK u> 00 K> -4 LO K> en C3> -o 71 38273 t2 2115169 Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ei-dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation sans pour cela sortir du cadre de l'invention. 71 38273 i3 2115169 KBvEiflffCATIOMS 1 - Feuille pour la couche de revêtement résistant à l'abrasion convenant à la production de stratifiés décoratifs, feuille caractérisée en ce qu'elle est cons- 5 tituée par une feuille de cellulose contenant des particules ayant une dureté de Mohs d'au moins 8,0. 2 - Feuille résistant à l'abrasion suivant la revendication 1, caractérisée en ce que lesdites particules constituent de 0,5 à 20% en poids de ladite feuille. 10 3 - Feuille résistant à l'abrasion suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la taille des particules va de 10 microns à une taille qui n'est sensiblement pas supérieure,en diamètre,à l'épaisseur de la feuille. 4 - Feuille résistant à l'abrasion-15 suivant la revendication t, caractérisée en ce que lesdites particules sont situées à la face supérieure de ladite feuille. , 5 - Feuille résistant à l'abrasion suivant la revendication 1, caractérisée en ce que les particules sont choisies dans le groupe constitué par 1'alumine, 20 des matériaux contenant de l'alumine, l'aludum, le corindon, l'émeri, les spinelles, le carbure de tungstène, le nitrure de titane, le carbure de tantale, le carbure de béryllium, le carbure de silicium, le carbure de bore, et leur mélange. S - Feuille résistant à lFabrasion 25 suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la taille des particules va de 20 à 65 microns. 7 - Procédé de fabrication de feuilles de revêtement résistant à lrabrasion convenant à la fabrication de stratifiés décoratifs par application uniforme d'abra-30 sif, provenant d'une t-rémie secondaire d'une machine à papier» sur la surface d'une feuille humide de matériau cellulosique, procédé caractérisé en ce que l'on ajoute les particules sous la forme d'une bouillie de particules ayant une dureté de Mohs d'au moins 8,0. 35 8 - Procédé suivant la revendication 7,caractérisé en ce que le diamètre desdites particules va de 10 à 90 microns. 9 - Procédé suivant la revendication 7, caractérisé en ce que l'on incorpore de 0,5 à 20% en poids 40 desdites particules à ladite feuille. 71 38273 14 2115169 10 - Procédé de fabrication de couches superficielles résistant à l'abrasion, convenant à la fabrication de stratifiés décoratifs par incorporation de particules abrasives à une pâte à papier et transformation du mélange 5 résultant en une couche sèche résistant à l'abrasion, procédé caractérisé en ce que lesdites particules abrasives ont une dureté de Mohs d'au moins 8,0. 11 - Stratifiés décoratifs résistant à l'abrasion comprenant un noyau et une couche superficielle, 10 caractérisés en ce que la couche superficielle est une couche résistant à l'abrasion suivant l'une des revendications 1 à 5. 12 - Procédé de fabrication de stratifiés décoratifs résistant à l'abrasion, caractérisé en ce que l'on sature une couche superficielle résistant à 1'abrasiont 15 suivant la revendication 1, par de la résine de mélamine, dont la teneur en résine est ajoutée à 66 à 70% de la feuille saturée, on prédurcit une teneur en produits volatil de 6 à 8% etf ensuite, on presse ladite couche superficielle sur la couche décorative d'un stratifié. 20 13 - Procédé de fabrication de stra tifiés décoratifs résistant à l'abrasion, suivant la revendication 16, caractérisée en ce que la couche superficielle résistant à l'abrasion contient de 0,5 à 20,0% en poids de particules ayant une dureté de Mohs d'au moins 8,0. 25 14 - Procédé de fabrication de stra tifiés décoratifs résistant à l'abrasion, suivant la revendication 12, caractérisé en ce que la couche superficielle résistant à l'abrasion contient des particules ayant une dureté de Mohs d'au moins 8,0 et én ce que la taille des particules va 30 de 10 microns à une taille qui n'est sensiblement pas supérieure, en diamètre,à 1 épaisseur de la feuille à couche superficielle. 15 — Procédé de fabrication de stratifiés décoratifs résistant à l'abrasion, suivant la revendi- 35 cation 12, caractérisé en ce que la couche superficielle résistant à l'abrasion contient des particules ayant une dureté de Mohs d'au moins 8,0 et dans laquelle la taille des particules va d'un diamètre de 20 à 65 microns.