Brevet FR2303655A1 — publié le 19761008

La présente invention concerne un procédé de fabrication de nappes de matière fibreuse chargées de produits de pré-condensation résineux réticulables et en particulier de nappes propres à la production de stratifiés à une ou plusieurs couches par réticulation à chaud et sous pression,suivant lequel on aJoute un produit de précondensation résinent à la pate, on confectionne une nappe, on la déshydrate mécaniquement et on la sèche. Un procédé du type ci-dessus a déjà e été proposé dans la demande de brevet allemand n P 24 26 995 non encore publiee. Néanmoins, la difficulté particulière de l'invention faisant l'objet de cette demande de brevet tient à la nécessité d'utiliser des produits de précondensation résineux spéciaux, de même qu'au moment et au mode d'introduction dans la pâte. En particulier, la sélection des produits de précondensation résineux particuliers proposés dans cette demande de brevet fait intervenir que les produits de précondensation doivent être de nature à permettre le séchage de la nappe sans subir eux-mêmes une réticulation simultanée et prématurée. Le séchage d'une nappe sans réticulation des.produits de précondensation résineux est toutefois toujours fort délicat.Telle est la raison pour laquelle les nappes ont été séchées jusqu'à présent d'une manière spéciale En règle générale, on utilise deux cylindres de sécha- ge pour sécher les nappes, ce qui expose toujours au risque que les produits de précondensation résineux de la nappe se condensent au moins partiellement sinon complètement sous l'effet de la tem pérature élevée communiquée par les cylindres, de sorte que la réticulation à un stade ultérieuraqui est en fait désirée,devient impossible. La demande publiée de brevet allemand nOS 18 960 décrit toutefois un procédé pour sécher des nappes minces d'une étoffe et en particulier ds papier au moyen du rayonnement infrarouge. Un tel séchage par rayonnement -supprime le risque d'une réticulation immédiate partielle ou tota'e %tiJpFo4g tls dre pré- condensation résineux parce qu'il n'existe pas de contact avec des cylindres chauffés à la même température que des cylindres de séchage.Toutefois, comme il existe- encore un risque d'un chauffage excessif de la nappe lors du séchage par rayonnementail a été proposé déjà dans cette demande publiée de brevet allemand d'atténuer l'intensité du chauffage par rayonnement de la nappe à mesure que la teneur en humidité de la nappe baisse au cours du trai- tement. Cette diminution de l'intensité du chauffage par rayonnement Dermet en effet d'éviter un chauffage excessif de la nappe lorsque la teneur en humidité diminue, mais apparemment, lwat- ténuation n'est habituellement pas suffisante puisqu'il est proposé dans cette demande de brevet allemand en outre de régler la température par ventilation.Ce mémoire n'indique toutefois pas Jusqu'à quel point l'intensité du rayonnement doit être diminuée. Enfin, le brevet des Etats-Unis d'amérique n 3.246.401 décrit le séchage d'une nappe de papier partiellement déshydratée par passage de celle-ci sur des cylindres qui comportent des perforations laissant passer un courant d'air chaud. L'air chaud passant par les perforations sèche la nappe.Ce brevet des Etats Unis d'Amér que indiaue, suivant la réalisation du cylindre de séchage, différentes températures pour le courant d'air chaud qu'il est possible d'utiliser avec succès. Cétte indication particulière n'explicite toutefois rien de plus que le fait qu'il est possible de prendre une temperature fort élevée avec un cylindre sur lequel passe une nappe de papier ayant une teneur en humidité encore élevée,tandis que lorsque le cylindre de séchage occupe une position où la:nappe de papier qui défile a déjà une teneur moins élev6e,en humidité, il est possible d'adopter une température sensiblement plus basse.En conséquence de l'utili- sation d'un cylindre pour l'exécution de ce procédé due séchage connu; il existe cependant aussi un risque qu'à l'endroit des perforations laissant passer l'air chaud, un produit de précondensation résineux contenu dans la nappe durcisse en conséquence de son contact avec le cylindre pendant le séchage. De plus, lorsqu'une nappe est séchée à l'aide d'un tel cylindre, il peut arriver que la nappe soit soumise à un courant d'air chaud à température constante, de sorte qu'à mesure que la teneur en humidité de la nappe baisse, le risque devient grand que la nappe soit surchauffée et que le produit de précondensation résineux soit réticulé. I1 est connu par ailleurs d'appliquer le séchage par convection pour la fabrication du papier (Wochenblatt fûr Papierfabrikation, volume 19, 1973, page 740). I1 est connu aussi d'utiliser de tels séchoirs pour fabriquer le carton. La présente invention vise à perfectionner le procédé décrit liminairement de manière qu'il n'existe aucun risque de réticulation prématurée du produit de pré condensation résineux au cours du séchage de la nappe afin que le produit de précondensa tion résineux soit présent de façon certaine à l'état encore réticulable dans la nappe fibreuse finie. Suivant la présente invention, on résout la difficul- té en séchant la nappe partiellement déshydratée en deux stades de séchage avec convection au moyen de gaz chauds, au cours du premier desquels la température du gaz est beaucoup plus élevée que le point de fusion du produit de précondensatlon résineux et au cours du second desquels la nappe,qui a été déshydratée au premier stade Jusqu'à une teneur résiduelle en humidité non inférieure à lO est séchée jusqu'à la teneur finale désirée en humidité par exposition à des gaz dont la température est au maximum de IlOOC et de préférence d'environ 800 c. Une particularité essentielle du procédé de l'inven- tion consiste dans le séchage en deux stades par convection. Le séchage en deux stades est basé sur le fait particulier connu que pendant le stade de séchage où la nappe a encore une teneur élevée en humidité, il est possible d'utiliser des gaz de séchage à une température relativement élevée sans effet nuisible sur la réticulation ultérieure du produit de précondensation résineux. Au cours de ce stade du séchage, la quantité d'humidité disponible est en effet tellement élevée que la quantité de chaleur consommée par l'évaporation est grande au point que le courant de gaz par lui-m & e très chaud ne provoque aucune élévation de température de la nappe qui induirait une réticulation prématurée du produit de précondensation résineux.La poursuite du séchage,au second stade ,au moyen d'un courant de gaz à une température considérablement plus basse est basée sur le fait reconnu qu'en conséquence de l'abaissement de la teneur en humidité sous effet du premier stade de séchage, la quantité d'humidité qui peut encore s'évaporer est plus faible de sorte qu'un courant d'un gaz ayant une tempé ratuPeà peu près aussi élevée qu'au premier stade induirait iné vitàblement la réticulation prématurée du produit de précondensation résineux. Pour éviter cette réticulation prématurée, le second stade est exécuté avec un courant de gaz d'une température considérablement plus basse,de manière que l'évaporation moins importante d'humidité à ce stade ne provoque pas d'échauffement excessif même local de la nappe. En vue d'éviter la réticulation prématurée du produit de précondensation résineux de la nappe comme l'invention le permet de le réaliser, il faut prendre des mesures pour l'exécution du séchage en deux stades comme décrit ci-dessus afin que le séchage de la nappe dans le procédé de l'invention ne se fasse pas par l'un ou l'autre contact direct avec une surface chauffée, comme un cylindre de séchage,mais uniquement sous l'effet d'un gaz chaud qui est de préférence de l'air chaud. Les techniques générales mises en jeu sont décrites plus en détail ci-après pour une meilleure compréhension de l'invention. La nappe formée sur la toile d'égouttage d'une machine à papier a normalement, au sortir de celle-ci, une teneur en solides de 18 à 20% qui est juste suffisante pour conférer A la nappe une résistance initiale à l'état humide convenant pour le transfert de la nappe jusqu'aux calandres. Dans celles-ci, la majeure partie de l'eau encore contenue dans la nappe de papier est expulsée mécaniquement, à savoir par essorage entre deux cylindres,jusqu'à une teneur en solides d'environ 40 a 50 . Une poursuite de la déshydratation par voie mécanique n'est pas réalisable de manière économique dans l'industrie. Le séchage doit donc être poursuivi par évaporation.Les opérations sont exécutées comme indiqué e dessus,dans l'état actuel de la technique,par passage de la nappez de papier partiellement déshydratée sur des cylindres de séchage chauffés ,sous des appareils de ehauffage infrarouge, sur des cy lindres de séchage comportant des pervorations périphériques pour un flux d'air chaud ou par convection. Toutefois, comme déjà indiqué, ces procédés connus 9 séchage provoquent dans la nappe un échauffement trop important en conséquence duquel les produits de précondensation résineux 7ite langés à la pâte de le nappe subissent une réticulation su moins partielle. De mêmeSaprès le séchage de la nappe, la condensation du produit de précondensation résineux ne peut avoir po r poit de rendre le produit inutilisable.Au maximum, la ne peut avoir progressé qu'au point garantissant d'atteindre, lors du pressage à chaud ultérleur,un équilibre satsfaisant entre la dureté et la fluidité. Un tel résultat ne pouvait être teint jusqu'à présent,parce que le point de fusion de tous les produits de condensation résineux utilisés jusqu'ici,mesuré au capillaire suivant la norme DIN 53 181,est est relativement bas (environ 55 à 80 C)c'est-à-dire inférieur aux températures qu'il est possible d'atteindre dans la nappe suivant les procédez de séchage généralement appliqués jusqu'à présent il existe donc intrinsèque ment deux ressources, à savoir utiliser des produits de précondensation résineux dont le point de fusion est plus élevé ou abaisser la température de séchage. Ces deux ressources ne sont pas à envisager pour des raisons d'ordre économique ou technique rendant dès lors nécessaire de rechercher une autre solution.Une telle autre solution est apportée parle procédé de l'invention suivant lequel, tout à fait indépendamment des ressources évidentes, on utilise intentionnellement des températures de séchage fort élevées, au moins au premier stade du séchage par convection, ce qui constitue un traitement fondamentalement sans issue favorable,mais qui, en raison de la restriction de l'entretien de cette température au stade du procédé où la teneur en humidité de la nappe est encore relativement élevée, provoque le séchage rapide nécessaire sans induire simultanément la réticulation du produit de précondensation résineux. Suivant une autre forme de réalisation du procédé de l'invention, il est possible d'utiliser, au premier stade du séchage par convection,une nappe partiellement déshydratée ayant une teneur en humidité de 50 à 60 et/ou d'utiliser des gaz chauds d'une température d'au moins 1200C et de préférence de 160 C sinon davantage. En particulier, la première des deux mesures garantit qu'au premier stade du séchage par convection, il est possible de réellement choisir des températures plus élevées sans effet nuisible sur la réticulation ultérieure du produit de pré condensation résineux. Une particularité essentielle du procédé de l'invention est qu'au premier stade du séchage par convection, la nappe est séchée jusqu'à une teneur résiduelle en humidité non inférieure à 10% ni supérieure à 25% et de préférence non supérieure à 18%. Du fait que le séchage, par exemple depuis une teneur en humidité de 50% après la déshydratation mécanique jusqu'à une teneur résiduelle en humidité de 15% après le premier stade de séchage par convection et une teneur finale en humidité de 7fui, à savoir après le second stade de séchage par convection,correspond à lXélimina- tion de 82% de l'eau qu'il faut évaporer, il est possible de chasser la majeure partie de l'eau à une température très élevée du courant de gaz chaud et donc de façon très économique tout en laissant subsister dans la nappe une quantité d'humidité certainement suffisante pour empêcher la réticulation prématurée du produit de précondensation résineux,du fait qu'en raison de la teneur restan te en humidité, la température n'excède pas les valeurs auxquelles la réticulation commencerait. Pour le mode de réalisation le plus simple du procédé de l'invention, il est recommandable de transporter la nappe sur une courroie perméable à l'air pendant le séchage au moyen du courant de gaz chaud. Dès lors, le séchage de la nappe partiellement déshydratée peut être exécuté, par exemple, par admission de la nappe dans un séchoir à convection du type connu pour le séchage d'autres nappes fibreuses, comme le séchage du carton exempt de produit de précondensation résineux.Un séchoir à convection particulièrement efficace est un séchoir à feuille à plusieurs passes, appelé aussi séchoir à étages avec retournement, qui est donc un séchoir dans lequel la nappe,plusieurs fois retournée,passe par différentes plates-formes tandis qu'elle repose sur une grille à grosses mailles, par exemple en fil métallique,constituant une courroie perméable à l'air et circule ainsi dans tout le séchoir. De plus, le procédé de l'invention offre l'avantage d'une liberté considérablement plus grande pour le choix du produit de précondensation résineux à utiliser. Le procédé permet d'utiliser aisément des produits de précondensation résineux indépendamment qu'ils se trouvent en phase solide ou liquide, et qui peuvent avoir un point de fusion aussi bas qu'il est désirable pour toute raison technique. On utilise par préférence lesproduits de condensation résineux du phénol, le nombre des résines phénoliques disponibles étant déjà lui-meme pratiquement illimité. Les seuls critères préalables pour le choix d'un produit de précondensation qui est ajouté à l'état solide est qu'il n'a aucune tendance à mousser, qu'il peut etre divisé avec une finesse suffisante (le produit de précondensation devant,pour des raisons pratiques,être broyé de manière que pour au moins 90%, la granulométrie soit au-dessous de 100 microns et de préférence audessous de 50 microns avant l'addition à la pate)et qu'il n'sur aucune tendance à l'agglomération. Lorsque le procédé de l'invention est exécuté avec un circuit d'eau qui n'est pas fermé, il est désirable de plus que les produits de pré condensation résineux aient une teneur en phénol libre beaucoup inférieure à 1X. Un autre avantage important du procédé de l'invention est que le séchage conforme à l'invention permet en particulier de produire en une seule opération des nappes fibreuses contenant des produits de précondensation et ayant une épaisseur qu'aucun procédé connu jusqu'à présent ne permettait d'atteindre. Par exemple, il est possible de fabriquer des nappes fibreuses qui, même en couche unique, sont suffisamment épaisses pour qu'il soit possible d'en fabriquer, par réticulation sous pression et à chaud, un produit manufacturé pressé, par exemple une plaque pressée priez te à l'utilisation. ainsi, il est possible d'obtenir en une seule opération des nappes fibreuses-d'un poids unitaire atteignant 360Q g/m2.Ces nappes fibreuses épaisses contenant des produits de précondensation résineux offrent aussi la ressource qu'il est possible d'y incorporer davantage de produit de précondensation résineux en poudre que dans du papier d'une épaisseur habituelle. Sous ce rapport, il est possible, suivant une utile forme de réalisation du procédé de l'invention,d'ajouter suffisamment de produit de précondensation résineux à la pate pour que la nappe séchée contienne le produit de précondensation résineux à raison de.20 à 40 en poids et de préférence de 25 à 40% en poids, sur base sèche.Les papiers d'un poids atteignant 250 g/m2 ne permettent pas d'incorporer plus de 40% en poids de produit -de précondensation résineux,sur base sèche, mais les nappes fibreuses beaucoup plus épaisses d'un poids atteignant 1000 g/m2 peuvent comprendre davantage de produit de précondensation résineux en poudre, à savoir 50 en poids, et les nappes encore plus épaisses qui peuvent autre fabriquées également peuvent en contenir davantage encore. Sous ce rapport, des limites d'importance pratique sont imposées au séchage par convection à deux stades conformément à l'invention. Le séchoir à feuilles à plusieurs passes précité et utilisé avantageusement pour la conduite du procédé de l'invention est un séchoir dans lequel la nappe qui doit être séchée passe par des plates-formes superposées au nombre d'au moins deux, le fait que le flux de gaz assurant le séchage par convection de la nappe est continu et circule à contre-courant ou à courants croisés par rapport à la nappe étant sans importance de principe. Ces séchairs à feuilles à plusieurs passes sont suffisamment connus pour ne pas devoir être décrits plus en détail. Le procédé de l'invention est illustré davantage avec référence aux exemples suivants. EXEMPZ 1- On prépare dans une pile une pâte à 5,5% en poids de solides, qui consiste en pate au sulfite kraft non blanchie et en un ré sol de précondensation ayant une teneur en phénol libre d'environ 2g etun point de fusion de 98 à 100 C,à mesurer suivant Kofler,dans un rapport pondéral de 100 parties de fibres pour 55 parties de produit de pré condensation. La résine de précondensation a été préalablement broyée pour 100% Jusqu'à une finesse inférieure à 50 microns. On alimente une machine Fourdrinier d'une largeur utile de 2,5 m en pate en quantité donnant une nappe d'un poids sec de 720 g/m2. On déshydrate la nappe à la calandre jusqu'à une teneur en solides de 43%,ptLs on la sèche à l'air chaud dans des séchoirs à feuille à plusieurs passes disposés en série. Dans le premier séchoir, on admet de l'air à environ 17O0C et dans le second,de l'air à 800 C. On agence un hygromètre en aval du premier séchoir. On prend les précautions nécessaires pour que la teneur en humidité à l'aval du premier séchoir soit de 10 à 15%. A l'entrée dans le second séchoir, la teneur en humidi après le premier séchoir,n'est que d'environ 5% à l'essai témoin. La raideur du papier et sa coloration brune traduisent une réticulation poussée de la résine synthétique. Ce papier ne se prête nullement au pressage en plaques. On découpe des feuilles dans la nappe sèche d'une teneur en humidité de 7,5% et d'une teneur en produits de précondensation résineux synthétiques due 30,5%. On superpose les feuilles et on les presse ensemble dans une presse de laboratoire à 1500C sous une pression de 100 kg/cm2. Le temps de pressage est de 10 minutes. La plaque pressée résultante a une épaisseur de 1,6 mm. On détermine sur ce stratifié l'absorption d'eau et le gonflement- aux bords suivant la norme DIN 53 799. valeur valeur nominale suivant norme mesurée DIN 16 926 pour une épaisseur de 1,5 à 2 mm absorption d'eau 2,1% gonflement des bords 2, 2,% De même, on découpe des morceaux de 2,50 m x 1,28 m dans la nappe séchée à l'air. On superpose deux morceaux qu'on recouvre alors d'une couche décorative faite d'un papier d'un poids de 160 g/m imprégné d'une solution de résine de mélanine. On effectue le pressage entre des plateaux chromés hautement polis dans une presse à plaques multiples du type s'utilisant à la fabrication,en opérant à 1450C sous une pression de 100 kg/cm2. On obtient ainsi une plaque pressée d'une épaisseur de 1,3 mm. On détermine sur le stratifie résvltant les propriétés de resistance au contact d'une casserole chaude, de l'eau bouillante et de la vapeur d'eau suivant la norme DIN 53 799. Lors de l'essai de tenue au contact de la casserole chaude et de la vapeur d'eau, on ne constate qu'une faible perte du lustre par rapport au critère de la norme DIN 16-926. La mesure de la résistance à l'eau bouillante donne les résultats suivants: valeur valeur nominale suivant norme mesurée DIN 16 926 pour une épaisseur de 1,3 à 1,5 mm absorption d'eau 3,6g C 6% gonflement des bords 3,7-4,1% C 6% Les resultats sont conformes aux:critèrespour stratifiés décoratifs suivant la norme DIN 16 926. EXEMPLE 2 En opérant comme dans l'exemple 1, on exécute un-se- cond essai à la machine Fourdrinier en prenant du vieux papier comme matière fibreuse. Le rapport pondéral du vieux papier à la résine phénolique de précondensation est à nouveau de 100:55. On produit à l'aide de la machine Fourdrinier une nappe d'un poids de 1190 g/m2. Dans le premier séchoir à feuilles à plusieurs passes, on règle la température de l'air chaud à une valeur de 125 à 1300C > tandis que dans le second séchoir, on règle la température à 800 C. La teneur en humidité en aval du premier séchoir se maintient à une valeur de 10 à 15%. On découpe des feuilles dans la nappe séchée à l'air ayant une teneur en humidité de 8xó et une teneur en résine synthétique de précondensation de 30,9ss. On recou vre unefeuille d'une couche décorative et > en vue des essais de poids spécifique et de résistance en flexion, on presse le stratifié pendant 10 minutes à 1500C à la presse de laboratoire sous une pression de 80 kg/cm2. L'examen du produit expérimental et sa comparaison avec un stratifié produit au départ d'un papier imprégné d'une solution de résine suivant les procédés habituels conduit aux résultats suivants: Stratifié Stratifié expérimental classique poids spécifique, norme 3 DIN 53 479 l,29 g/cm3 1,28 g/cm3 résistance à la flexion, norme DIN 53 452 sens longitudinal 2260 kg/cxm 2400 kg/cm sens transversal 1910 kg/cm 2100 kg/cm2 absorption d'eau du papier 9,41o 9,6% dur, norme DIN 53 495 Les résultats des mesures montrent que le produit expérimental est très sensiblement semblable au produit obtenu sui- vant les procédés traditionnels. R E V E N D I C A T I O N S. 1 - Procédé de fabrication de nappes d'une matière fibreuse chargée de produits de précondensation résineux réticulables et en particulier de nappes convenant pour la fabrication de stratifiés à une ou plusieurs couches par réticulation sous les effets de la chaleur et de la pression, suivant lequel on ajoute un produit de précondensation résineux à la pâte, on convertit celle-ci en une nappe, on déshydrate mécaniquement la nappe et on sèche la nappe, caractérisé en ce qu'on sèche la nappe partiellement déshydratée en deux stades de séchage par convection avec des gaz chauds, au cours du premier desquels la température des gaz est considérablement supérieure au point de fusion du produit de pré- condensation résineux et au cours du second desquels la nappe,qui a été déshydratée au premier stade jusqu'à une teneur résiduelle en humidité non inférieure à l0%,est séchée Jusqu'à la teneur finale en humidité désirée par traitement avec des gaz drune tempé- rature maximale de 110 C qui est de préférence d'environ 800C. 2 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on amee la nappe partiellement déshydratée au premier stade de séchage par convection tandis qu'elle a une teneur en humidité de 50 à 60fui. 3 - Procédé suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on utilise au premier stade de séchage par convection des gaz chauds d'une température d'au moins l200C et de préférence de 1600C et davantage. 4 - Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'au premier stade du séchage par convection, on sèche la nappe Jusqu'à une teneur résiduelle en humidité de 10 à 25% et de préférence de 10 à 18%. 5 - Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que pendant le séchage par convection dans le courant de gaz chauds ,on transporte la nappe sur une courroie perméable à l'air. 6 - Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'on exécute le séchage par convection dans un séchoir à feuilles à plusieurs passes,dit aussi séchage à étages avec retournement. 7 - Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6,caractérisé en ce qu'on ajoute suffisamment de produit de précondensation résineux à la pate pour que la nappe sé chée contienne. 23 à 60 en poids et de préférence 25 à 40% en poids de produit de précondensation résineux, sur base sèche. 8 - Procédé de fabrication de nappes de matière fibreuse chargées de produits de précondensation résineux réticulables,en substance comme décrit ci-dessus. 9 - Nappe fibreuses chargées de produits de précondensation résineux obtenues par un procédé- suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7. 10 - Produit manufacturé pressé réticulable à chaud et sous pression, caractérisé en ce qu'il consiste en une ou plusieurs couches cohérentes consistant pour tout ou partie en les nappes fibreuses chargées de produits de pré condensation résineux suivant la revendication 8.