Brevet FR2173319A1 — publié le 19731005

La presente invention concerne un procédé de collage (stratification) d'une feuille de mousse de polyuréthane à une seconde feuille, par exemple d'un textile, à une pellicule continue, à une feuille de papier ou à une feuille de métal, ou encore à une second feuille d'une matière plastique mousse ou d'un élastomère. Dans les procédés de collage de mousse à chaud décrits dans les.brevets britanniques n"888 767,888 368 et 1 220 232, on chauffe de la mousse de polyuréthane pour rendre sa surface collante, c'est-à-dire pour produire un liquide poisseux à la surface de cette mousse. Cette mousse est chauffée à son point de fusion ou même au-dessus pour obtenir ce résultat et on sait maintenant que ce produit liquide poisseux est engendré par la décomposition de la mousse en isocyanates organiques libres et polyesters constitutifs.Ces produits restent à l'état liquide quand ils sont refroidis et ce refroi dissement est essentiel pour éviter des dégâts, par exemple une brûlure du tissu occasionnés par ces liquides très chauds quand la mousse et le tissu sont mis en contact entre eux pour les coller. Ce procédé à la mousse collante permet le collage 2 sous une pression de contact de 70 gf/cm par exemple et même sous la pression créée en enroulant la mousse et le tissu autour d'un rouleau en appliquant aux feuilles une 2 tension, pression qui est bien inférieure à 70 gf/cm2. Des pres- sions élevées sont désavantageuses, car elles conduisent à une diminution de la force d'adhérence due à la pénétration dans la mousse du liquide poisseux, ce rti réduit la quantité de liquide poisseux disponible pour le collage.Ce procédé présente l'inconvénient que les isocyanates organiques libérés sont partiellement perdus par vaporisation. Sauf si l'iso cyanate et les autres produits de décomposition se recombinent stoechiométriquement, on obtient un stratifié dont la résis tance à l'eau et au nettoyage à sec est diminuée. De plus > un changement de coloration des étoffes légères par les pro duits de décomposition liquides ou volatils peut également se produire. Ces deux derniers phénomènes conduisent à des produits inacceptables du point de vue commercial et, en ce qui concerne l'industrie du collage des mousses, de nombreuses réclamations importantes ont été déposées contre les confec tionneurs de stratifiés pour des dommages ou un changement dn. couleur infligé aux étoffes ou pour une forcec d'adhérence insuffisante du stratifié terminé. Cela étant, la demanderesse a observé que, contrairement au procédé de collage décrit dans les brevets sus-mentionnés, il est possible de coller directement une feuille de mousse de polyuréthane à un tissu, mais sans production de quantités appréciables de produits de décomposition collants si cette mousse est chauffée à une température inférieure à sa température de fusion et ensuite pressée contre le tissu ou analogue dans un intervalle compris entre des rouleaux, avec une pression de contact élevée.Par conséquent, l'invention concerne d'une manière générale un procédé de collage d'une feuille de mousse de polyuréthane à une seconde veuille, qui comprend le chauffage rapide de la surface de la feuille de mousse de polyuréthane à une température inférieure à son point de fusion, mais ; cependant - à une température à laquelle le collage au second matériau se produit seulement sous une pression de contact élevée, ce chauffage est suivi, immédiatement après, d'un pressage des deux feuilles l'une contre l'autre sous une pression de contact élevée. Le mode préféré de mise en oeuvre de ce procédé consiste à chauffer la surface de la mousse par un bradeur à gaz allongé, un courant de gaz chaud ou des rayons infrarouges à une température inférieure à celle à laquelle cette surface se décompose et devient collante et ensuite à faire passer la mousse ainsi chauffée, en même temps que la seconde feuille de matière, à travers un intervalle de collage où règne une pression élevée, par exemple entre deux rouleaux d'acier I1 est avantageux de diriger une partie plus ou moins grande de cette chaleur sur ledit intervalle pour éviter un refroidissement de la mousse à partir de l'état où elle est collable, c'est-à-dire de maintenir la surface de la mousse chauffée convenablement jusRu'à l'instant de son contact avec le second matériau. En général, lors de la mise en oeuvre du procédé de l'invention, la feuille de mousse de polyuréthane est chauffée directement pour élever rapidement sa température superficielle jusqu'à un point auquel, tout en conservant sans modification appréciable sa structure cellulaire solide le collage à une seconde matière en feuille peut être réalisé sous une pression de collage mécanique élevée, à condition que la surface de la mousse ne subisse aucun refroidissement avant la mise en contact. Si des rouleaux pincetrssont utilisés pour appliquer la pression de collage, et ceci est souvent le procédé le plus commode, la pression linéaire effective peut être calculée à partir de la charge appliquée aux rouleaux Rinceurs de l'épaisseur et de la compresstbilité (pour déterminer l'aire de la zone de contact) de la mousse et du second matériau, par exemple une étoffe, mais une charge de 1,8 kgf/cm des rouleaux presseurs correspond à une pression 2 moyenne voisine de 35 kgf/cm en admettant une largeur de 0,5 mm environ de la zone de contact.Une charge de 0,18 à 3,6 f/cm des rouleaux presseurs fournit une gamme de pressions utilisables pour le collage selon l'invention, qui est par conséquent comprise, engénéral, entre 3,5 et 70 kgf/cm2. I1 est évidemment important de régler l'opéra tion de collage selon l'invention avec soin, car si la surface de la mousse est trop chaude les produits liquides collants subissent une décomposition et les produits collés sont de qualité médiocre. Lors de l'utilisation pratique d'une machine à coller et meme si la température de fusion de la mousse est connue, il n'est pas en général possible de régler la température de la surface de la mousse en amont du point de collage et en ce point à une valeur donnée inférieure à sa- température dé fusion.Par conséquent, le meilleur mode opératoire consiste à élever graduellement la température jusqu'à ce que la resis- tance à la séparation du stratifié produite atteigne une valeur acceptable (en général au moins 90 gf/cm) et ensuite à s'assurer que cet état de choses n'est pas la conséquence d'une opération faisant intervenir une mousse collante; les rouleaux presseurs sont écartés et le tissu est mis en contact avec la mousse à une faible distance des rouleaux presseurs de manière qutun refroidissement puisse se produire et qu'un contact soit établi sous une faible pression en faisant passer à la fois le tissu et la mousse réunis autour d'un rouleau de manière que ce tissu soit à l'extérieur et que sa tension applique une pression à la mousse. Si une résistance à la séparation nulle ou insuffisante est obtenue dans ces conditions, une stratification avec un adhésif n'est pas mise en oeuvre et un collage à chaud sous pression est réalisé à une tempé rature de la mousse inférieure à son point de fusion, selon l'invention. Les avantages de la présente invention sont les suivants : la diminution d'épaisseur de la mousse par chauffage est réduite au minimum, le dégagement de vapeurs toxiques dues à la décomposition par la chaleur de la mousse est considérablement réduit et il n'y a aucun risque d'endommager la seconde feuille par des produits de décomposition liquides de la mousse à température élevée. La théorie qui est admise comme étant à la base de la présente invention est décrite ci-après, mais l'invention n'est pas limitée à cette théorie. Les mousses de polyuréthanes utilisables pour la présente invention avec des températures de fusion élevées comportent plusieurs liaisons chimiques de nature différente. La structure du polymère comprend principalement des liaisons carbone-carbone, ester ou éther, ainsi que des liaisons uréthane et urée. Cependant, on admet que les liaisons par réticulation sont des liaisons du type allophanate et biuret qui bien que covalentes, sont néanmoins dissociées à une température plus basse que les liaisons de la structure principale.Par conséquent, un échauffement a deux effets différents : le premier de ceux-ci est la dissociation des liaisons les plus faibles ce qui rend la mousse réactive en ce qui concerne l'adhérence et par ailleurs communique des caractéristiques d'écoulement plastique sous une pression très élevée à la mousse. La structure alvéolaire résistante est encore conservée à ce stade, à l'exception de la déformation engendrée par cette pression élevée. Le second effet de la chaleur est la dislocation des liaisons primaires ce qui provoque une dissociation du polymère en molécules plus petites, qui sont liquides. La rupture des ponts est une réaction reservible, ce qui signifie qu'un refroidissement provoque une recombinaison rapide ainsi que la disparition de l'adhésivité et de l'écoulement plastique. I1 convient de noter qu'unie partie des ponts est créee par des forces de valence secondaires telles que des liaisons hydrogène et celles-ci sont des liaisons physiques qu'on peut s'attendre à voir se reformer instantanément au cours du refroidissement. Cette théorie rend compte du fait que, en pratique > le fait d'éviter un refroidissement appréciable de la surface de la mousse chauffée avant qu'elle ne vienne en contact avec la seconde matière en feuille est essentiel étant donné que la différence entre la température de collage à chaud et la température de fusion de la mousse n'est pas grande. Les mousses de polyuréthane susceptibles d'être mises en oeuvre selon la présente invention sont de préférence formulées de manière que leur "température de liquéfaction" soit égale ou supérieure à 3000C. La température de liquéfaction est par définition la température, déterminée à l'aide d'un appareil de mesure de points de fusion comportant un microscope à platine chaude, en élèvent la température de 3"C/mn, à laquelle il se forme des gouttelettes ou globules de liquide.L'expression ''température de liquéfaction" est synonyme de l'expression "température de fusion" employée dans la technique antérieure et figurant dans la littérature concernant les polyuréthanes; étant donné qu'elle décrit un phénomène de liquéfaction facile à observer, elle est exempte d'ambiguité. Les mousses utilisées pour la formation de stratifiés dans la technique antérieure avaient des températures de liquéfaction égales ou mme inférieures à 2300 C;; il est bien préférable, dans le cas de la présente invention, d'utiliser des mousses ayant une température de liquéfaction nettement supérieure, cette température de liquéfaction élevée de 300 C ou plus étant atteinte, on le suppose > par réticulation, laquelle a elle-meme pour origine une fonctionnalité supérieure des ingrédients participant à la formation de la mousse. Un- collage à chaud sous pression élevée selon la présente invention peut être mis en oeuvre avec des polyuréthanes des types polyester et polyéther ainsi qu'avec des polyuréthanes du type mixte polyester-polyéther. Si on le désire, on peut incorporer un additif thermoplastique aux ingrédients de la mousse avant la transformation en mousse, au titre d'agent additionnel de réalisation de stratifiés améliorés à chaud, par exemple en ce qui concerne la force d'adhérence, la résistance aux agents chimiques, ou même pour augmenter la différence entre la température de collage à chaud nécessaire pour mettre en oeuvre le procédé selon l'invention et la température de liquéfaction de la mousse. Ces additifs thermoplastiques doivent être choisis de manière à ne pas perturber la réaction de formation de la mousse pour produire des mousses de caractéristiques moins intéressantes.Ces additifs sont incorporés dans les ingrédients liquides destinés à la préparation de la mousse sous la forme d'une constitue un procédé intéressant pour augmenter l'effica- cité de l'additif. Même en l'absence d'additifs, on admet que la surface de la mousse doit être chauffée à une température inférieure au plus de 100C seulement à sa température de fusion pour pouvoir être collée sous une pression de contact élevée. Les exemples ci-après faciliteront la compréhension de l'invention. EXEMPLE 1 On chauffe une mousse de polyuréthane polyester souple ayant une température de liquéfaction de 315"C, déterminée à l'aide d'un appareil de chauffage comportant au microscope à platine chaude, à raison de 3 C/mn, avec un brûleur allongé consommant un mélange de propane et d'air, la flamme de ce brûleur étant écartée de 38 mm de la mousse et orientée à peu près en direction de l'intervalle de collage de manière que la température des gaz soit de 4000C dans cet intervalle. Une charge de 1,8 kg/cm est appliquée dans cet intervalle avec une vitesse d'avance de 55 m/mn. Un tissu est également introduit dans cet intervalle. La stratifié sortant de cet intervalle a une résistance à la séparation à sec de 110 gf/cm. EXEMPLE 2 On prépare une mousse de polyéther-uréthane par le procédé à un temps (en un stade), contenant un additif thermoplastique, à partir d'un triol provenant du glycérol et de l'oxyde de propylène et ayant un poids moléculaire de 3 000, de diisocyanate de tolylène, d'un catalyseur organo stannique, d'une silicone liquide comme agent anti-mousse > d'un catalyseur constitué par une amine tertiaire, d'eau et d'un agent moussant. Du polyéthylène de haute densité finement pulvérisé et fondant à 1180-C est incorporé dans l'isocyanate liquide et l'agent moussant et le mélange est mélangé intimement. La mousse ainsi préparée a une température de liquéfaction de 315 C et peut être collée à chaud sous pression élevée et sans liquéfaction à une étoffe de nylon gratté de manière à obtenir une résistance à la séparation de 135 gf/cm. D'après les déterminations effectuées en laboratoire, la température superficielle maximale de la mousse pendant le collage selon l'invention est comprise entre 260 et 290"C. REVENT)ICTI0NS 1. Procédé de collage (stratification) d'une feuille de mousse de polyuréthane à une seconde feuille diune autre matière, caractérisé en ce qutil comprend les opérations ci-après : chauffage rapide de la surface de la feuille de mousse de polyuréthane à une température inférieure à sa température de fusion mais à laquelle le collage à la seconde matière ntest possible que sous une pression de contact élevée, et immédiatement après pressage des deux feuilles de matière l'une contre l'autre sous une pression de contact élevée. 2.- Procédé selon la revendication 1 caractérisé par le fait que la surface de la mousse est chauffée par un valeur à gaz, un courant de gaz chaud ou des rayons infra-rouges, à une température inférieure au point auquel la surface se décompose et devient collante, et qu'ensuite la mousse ainsi chauffée passe, en même temps que la seconde feuille de matière, à travers un étranglement de stratification à haute pression, par exemple entre deux rouleaux0 3.- Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la pression de stratification est comprise entre 3,5 et 70 kg/cm2. 4.~ Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que la mousse de polyuréthane a une température de liquéfaction (début de fusion, contrôlé au microscope) égale ou supérieure à 3000C. 5.- Feuille de mossedbpolyuréthame stratifiée par un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4.