Brevet FR2387104A1 — publié le 19781110

L'invention concerne des objets de bois fabriqués en plusieurs parties, ces parties étant unies entre elles par des couches intermédiaires de colles aminoplastes qui durcissent en milieu acide. Les colles aminoplastes durcies au moyen de durcissants acides sont très généralement connues dans la technique du bois où elles sont utilisées comme couches d'assemblage. L'une des raisons principales consiste en ce que de tels collages assurent une résistance considérable dans le cas d'objets de bois formés de deux ou de plusieurs parties. Un autre avantage tient à la facilité d'utilisation des colles aminoplastes. Les colles aminoplastes sont alcalines et sont durcies, de préférence sous application de chaleur et/ou de pression, au moyen de composés acides appelés durcissants ou de substances qui fournissent de tels composés acides dans les conditions d'application.Mais étant donné que le processus de durcissement démarre relativement vite après l'addition ou la formation du composé acide, ctest-à-dire du milieu acide, c'est avant, pendant ou même seulement après son application sur le bois à coller que la colle est munie d'un tel durcissant qui ntintervient qu'au moment nécessaire, par exemple lors du chauffage, du fait en particulier qu'il est par exemple alcalin au départ et ne forme qu'ensuite le milieu acide.Cela peut s'effectuer par exemple par volatilisation de substances alcalines ou par libération, dans une phase déterminée de l'opération de fabrication, de substances acides qui sont d'abord masquées physiquement ou chimiquement, d'où il résulte qutà ce moment seulement, le pH du mélange de colle et de durcissant est décalé dans la zone acide et le processus de durcissement est déclenché. On ajoute donc des durcissants qui ne fournissent les composés nécessaires au durcissement ou ne règlent le milieu acide que dans certaines conditions et à un instant prédéterminé. Clest ainsi qu'il existe un durcissant usuel qui ntinter- vient qu'au chauffage (durcissant à chaud), composé par exemple d'un mélange de chlorure d'ammonium, d'ammoniac et d'eau ; au chauffage, l'ammoniac se volatilise, le chlorure d'ammonium et l'acide chlorhydrique mis en liberté font passer le mélange de colle et de durcissant de l'état alcalin à l'état acide et provoquent ainsi le durcissement. Etant donné qu'en cas d'utilisation de durcissants du genre précité, le durcissement ne débute qu'à 90 C environ, les pièces de bois sont forcément chauffées au moins à cette température pour la fabrication d'objets de bois possédant une résistance suffisante et elles sont maintenues pendant une durée suffisante à cette température.C'est donc la durée du collage qui fixe la vitesse de travail On peut donc comprendre aisément pourquoi on cherche à maintenir aussi bref que possible le temps de collage ou de chauffage. On ne peut guère agir sur le temps de collage en faisant varier la quantité de durcissant. En outre, des quantités résiduelles d'acide provenant d'un excès de durcissant, de même que l'abrègement du temps de chauffage nuisent, dans le cas des systèmes durcissants usuels, aux caractéristiques des objets de bois, et notamment à leurs résistances mécaniques. En conséquence, le but de l'invention est de fournir des objets de bois fabriqués en plusieurs parties, ces parties étant unies entre elles par des couches intermédiaires de colles aminoplastes qui durcissent en milieu acide et qui peuvent éventuellement contenir encore d'autres éléments, ces objets de bois présentant des caractéristiques mécaniques, et notamment des caractéristiques de résistance pleinement satisfaisantes. En particulier, ces objets de bois doivent présenter une structure ligneuse qui est aussi peu altérée que possible par le traitement;c'est-à-dire que les bois préparés en vue du collage ne doivent pas être séchés à l'excès et doivent être exposés à des températures de chauffage aussi basses que possible pendant des durées aussi brèves que possible. Ce but est atteint par le fait qu'avec des objets de bois du genre défini, dont les parties sont unies entre elles à l'aide de couches de colles aminoplastes qui sont durcies à l'aide de durcissants acides ou de leurs précurseurs et qui contiennent éventuellement d'autres additifs, on utilise en tant que durcissants des peracides et/ou leurs précurseurs ou des mélanges qui contiennent ces substances. En tant que colles aminoplastes, il y a lieu d'entendre en premier lieu les produits connus de condensation d'aldéhydes qui durcissent en milieu acide, à savoir les produits de condensation du formaldéhyde, notamment avec l'urée, la mélamine, des dérivés de la mélamine, des esters d'acide carbamique, des amides d'acides sulfoniques, l'aniline ou similaires. Les colles peuvent contenir des additifs usuels, à savoir des charges et des agents de dispersion, par exemple de la farine de bois, des poudres minérales, mais aussi d'autres adhésifs connus ou les composés qui concourent aux caractéristiques de résistance, comme des amidons et des farines contenant du blanc d'oeuf. Par le terme nperacide", il y a lieu d'entendre d'abord, dans le sens de l'invention, les peroxacides (inorganiques) ainsi que les peroxyacides (organiques). Un facteur décisif est la présence du groupe -0-0- à action oxydante dans les conditions d'utilisation, en plus d'un groupe acide. Le pouvoir d'oxydation peut être mis par exemple en évidence dans la colle par la transformation par oxydation du formaldéhyde en acide formique à température élevée. Conviennent en particulier les peracides inorganiques, comme par exemple le peroxacide borique, le peroxacide monosulfurique ou disulfurique, le peroxacide monophosphorique ou diphosphorique, le peroxacide nitrique, mais aussi des acides du type de acide perchlorique.En tant que peracides organiques, on envisagera en particulier l'emploi des peroxyacides aliphatiques inférieurs comme l'acide performique, l'acide peracétique, mais aussi des peroxyacides aryl-carboxyliques à un ou deux noyaux aromatiques éventuellement condensés, comme par exemple l'acide perbenzotque. Parmi les peracides dans le sens de l'invent ion, il y a lieu de ranger également les peroxydes de diacyles, comme par exemple le peroxyde de dibutyle tertiaire ou le peroxyde de benzoyle. Les précurseurs dans le sens de l'invention sont des substances ou des mélanges de substances qui contiennent les peracides sous une forme physique ou chimique telle et/ou en un mélange avec d'autres substances tel que quand ils sont présents en même temps que le i minoplastes, un durcissement de ces derniers ntintervient que dans des conditions prédéterminées, en particulier des conditions de collage, à savoir à la chaleur. C'est ainsi que les peracides peuvent être en particulier présents avec des bases qui sont volatiles à la température de collage, comme l'ammoniac ou des amines, ces bases dépassant le plus souvent la quantité stoechiométrique nécessaire pour la formation de sels. Des précurseurs préférés des peracides sont leurs sels d'ammonium, comme par exemple le peroxo-monosulfate ou -disulfate d'ammonium, le peroxomonophosphate ou -diphosphate d'ammonium, le peroxonitrate d'ammonium, le peroxyformiate d'ammonium, le sel ammonique de l'acide peroxybenzoZque, les sels de ces acides avec des amines facilement volatiles, ainsi que d'autres dérivés des peracides qui ne libèrent des peroxyacides que dans les conditions du collage. Les précurseurs dans le sens de l'invention sont par ailleurs des peracides ou des dérivés de peracides micro-encapsulés, la matière des capsules ne pouvant être détruite que dans les conditions du collage.Dans ce cas, on peut utiliser comme durcissant, dans les objets de bois selon l'invention, exclusivement les eracides ou leurs précurseurs, mais aussi des mélanges des peracides ou de leurs précurseurs avec d'autres substances, y compris des durcissants ou éléments de durcissants connus antérieurement. I1 est particulièrement avantageux de réaliser des objets de bois dont le collage est effectué en présence d'une quantité supplémentaire d'un aldéhyde aliphatique inférieur, en particulier le formaldéhyde, par exemple dans des proportions de 1 à 7 % en poids, de préférence 3 à 6 ffi en poids par rapport à la colle aminoplaste à 65 g. A la place de l'aldéhyde, on peut aussi utiliser des substances qui fournissent un aldéhyde dans les conditions du collage, par exemple le paraformaldéhyde ou similaires. Les objets de bois selon l'invention présentent, en dépit de durées de chauffage nettement plus courtes, une résistance mécanique comparable à celle que possèdent des objets de bois qui sont fabriqués en plusieurs parties et ont été réalisés avec des colles aminoplastes en utilisant les durcissants connus antérieurement. Un avantage particulier des objets de bois selon l'invention consiste également en ce que la résistance mécanique atteinte en un temps de chauffage abrégé ne doit pas être payée du prix d'une élévation de la température. Les élévations de température atteignent vite leur limite, car le bois contient toujours de liteau et celle-ci stévapore au-dessus de 100au, La vapeur donne alors lieu à des objets de bois dont la résistance est plus médiocre (collages défectueux, bulles de vapeur et autres altérations). L'économie correcte de l'eau est un problème de première importance.Grâce à la possibilité de fabriquer les objets de bois selon l'invention dans la gamme de 60 à 90 C environ, au lied des températures de l'ordre de 90 - 1100C qui étaient nécessaires jusqu'ici, ces objets sont à l'abri de tous les accidents imputables au dégagement de vapeur et des défauts mécaniques qui en résultent. Comme l'ont montré les essais, les objets de bois selon, l'invention présentent, en dépit d'un temps de chauffage abrégé de 50 % environ, une résistance au collage comparable à celle d'objets de bois fabriqués de façon connue en soi en cas de collage réussi avec un temps de chauffage deux fois plus long. A cet égard, il y a lieu de souligner que grâce au temps de chauffage abrégé ou à la température de chauffage abaissée, les objets de bois selon l'invention ne présentent pratiquement plus de pourcentages de rebut (collages défectueux) qui étaient inévitables avec les objets de bois connus dont le collage devait forcément être effectué à une température élevée. Abstraction faite de cela, le temps de chauffage abrégé se traduit par un traitement des matériaux avec beaucoup plus de ménagements. On citera entre autres, comme exemples d'objets de bois selon l'invention, des panneaux sandwich, des contreplaqués, des astis, des fenêtres, des portes, des meubles, leurs éléments ou similaires. Dans le cadre de l'invention, pour la fabrication des objets de bois en plusieurs parties, avec assemblage de ces parties au moyen de colles aminoplastes qui durcissent en milieu acide, notamment sous application de chaleur et/ou de pression, on peut procéder en utilisant, en tant que durcissants, des peracides, leurs précurseurs ou des mélanges qui contiennent ces substances. On préfèrera à cet égard les peracides inorganiques, c'est-à-dire les peroxacides ou leurs précurseurs, en particulier le peroxacide disulfurique et/ou ses sels d'ammonium ou des mélanges qui les contiennent. En tant qu'éléments de ces mélanges, on peut envisager en général l'emploi de substances basiques qui se volatilisent dans les conditions du collage, comme l'ammoniac ou des véhicules volatifs, par exemple l'eau. Les températures dans les presses peuvent atteindre 1400C ; il va de soi que la température dans l'ébauche est beaucoup plus basse. Le procédé de l'invention permet d'opérer à une température de 60 à 90 C et d'obtenir des objets de bois collés de façon impeccable. Le mode opératoire, aussi rapide que non agressif, élimine toute influence nuisible sur la structure ligneuse.En particulier, du fait que le collage est effectué au-dessous de la température d'ébullition de l'eau, ) contrairement aux procédés antérieurement connus, l'économie de l'humidité est à l'abri d'interventions drastiques. On peut se passer d'un séchage préalable des bois au-dessous de l'équilibre hygrométrique et de la climatisation consécutive qui est alors nécessaire. Selon un mode de réalisation préféré, on ajoute à la colle ou au durcissant, avant le durcissement, des aldéhydes, de préférence du formaldéhyde, un autre aldéhyde aliphatique inférieur ou leurs précurseurs. I1 s'agit d'un additif qui se surajoute au formaldéhyde libre qui est de toute façon plus ou moins présent dans le produit de condensation aminoplaste. La quantité supplémentaire d'aldéhyde s'élève en général à 1-7 % en poids, de préférence 3 ffi en poids environ, par rapport à l'aminoplaste (avec une teneur en résine solide de 65 %). Dans le cas de produits collants riches en formaldéhyde, les additions de formaldéhyde peuvent être réduites en conséquence. Le temps de gélification, qui est en général adopté comme mesure pour la vitesse de durcissement de colles, peut entre abaissé, avec le procédé précité, de 1 mn 33 s par exemple à 51 s. Cela correspond à un abrègement de l'ordre de 45 %. Le mode d'action des peracides utilisés d'après l'invention n'a pas été nettement élucidé. I1 se pourrait que sous l'effet des groupes peracides, des aldéhydes soient transformés par oxydation en les acides carboxyliques correspondants, à savoir le formaldéhyde en acide formique, réaction qui se déclenche relativement vite et rend ainsi possible la fabrication d'objets de bois ayant une résistance mécanique impeccable, en dépit des temps abrégés de chauffage. Exemple L'invention est ci-après expliquée à propos de panneaux sandwich. Les panneaux sandwich se composent en général d'une couche moyenne composée de lattes et d'une couche extérieure de placage ou d'un feuillet croisé ayant par exemple une épaisseur de 2,2 mm. Dans une presse chauffante, la couche extérieure de placage est collée à chaud au moyen de colle aminoplaste. Dans ces conditions, la température des plateaux d'acier de la presse s'élève à 120-1250C environ, la pression est de l'ordre de 8 kg/ cm2 et la durée de pressage (= temps de chauffage) est d'environ 5,5 mu avec les durcissants traditionnels. Un tel durcissant connu se compose par exemple de 13 parties en poids de chlorure d'ammonium, 10 parties en poids d'ammoniac et 77 parties en poids d'eau. Pour le tamponnage complémentaire, on ajoutera encore à l'occasion de l'urée, de l'hexaméthylène-tétramine ou meme d'autres substances. On introduit 10 parties en poids de ce mélange durcissant pour 100 parties en poids de colle de résine d'urée à 65 %. Avec ce mélange de colle et de durcissant, on parvient à 980C à une durée de gélifi cation deltordede80s.Pour parvenir en toute sécurité et pendant une durée suffisamment longue à cette température dans la couche de colle du panneau sandwich, il est nécessaire de maintenir la durée de pressage indiquée de 5,5 mn pour une température des plateaux d'acier de l'ordre de 120-1250C, la température dans l'ébauche dépassant alors 1000C.Dans l'état antérieur de la technique, ces valeurs représentaient un optimum, eu égard aux autres données connexes. En cas de fabrication des objets de l'invention, on peut abréger la durée de pressage à 3,5 mn environ, en maintenant tous les paramètres cités ci-dessus. Cela signifie une augmentation de débit de la presse de 36 % environ. Pour la fabrication des objets selon l'invention, on peut utiliser un durcissant composé par exemple de 7 parties en poids de persulfate d'ammonium, 9 parties en poids d'ammoniac et 84 parties en poids d'eau. On ajoute 10 parties en poids de durcissant pour 100 parties en poids de colle de résine d'urée à 65 %. Avec ce mélange de colle et de durcissant, pour un délai de gélification égal à celui qu'on observe avec le durcissant traditionnel, c'est-à-dire 80 s, la température de durcissement correspondante ne s'élève plus qu'à 800C. A ltapplication industrielle du procédé, la température optimale de durcissement se situe prati quemeztdans la gamme de 60 à 90 C environ. Dans ces conditions, la durée de pressage peut être abrégée en conséquence à la valeur donnée ci-dessus de 3,5 mn. Pour une addition d'environ 1 à 2 parties en poids de formaldéhyde au mélange de colle et de durcissant défini ci-dessus, la durée de pressage peut tre encore abrégée d'environ 0,5 mn, pour s'élever à 3 mn. Pour la fabrication de panneaux sandwich selon l'invention, il n'y a besoin de chauffer complètement le feuillet croisé usqu'd la couche de colle qu'à 90 C environ, c'est-à-dire au-des sous du point d'ébullition de l'eau. Cela signifie que le feuillet croisé et meme la couche moyenne ne doivent plus être séchés audessous de l'équilibre hygrométrique qui se situe aux alentours de 8 à 11 %, en fonction de l'environnement, pour ce qui est de matériaux ligneux. I1 suffit d'environ 7 à 8 %, contre environ 4 à 5 % jusqu'ici, car avec une température de durcissement allant jusqu'à 90 C environ, une altération de l'encollage par la formation de vapeur d'eau n'est plus à craindre.Pour une température invaria- ble des plaques d'acier d'environ 120-125 C, selon ce qui a été indiqué ci-dessus, le temps de chauffage complet du feuillet eroisé reste presque le même, étant même plutôt abrégé lorsque l'humidité du bois augmente. Mais du fait que le durcissement démarre déjà à 600C, il est achevé dès 900C et il n'y a plus besoin que des 3,5 mn indiquées ci-dessus. Après que les panneaux ont quitté la presse et à la suite d'un bref délai de refroidissement, pour lequel un transporteur à rouleaux vers le poste de travail immédiatement suivant suffit dans la majorité des cas, l'humidité de ces panneaux se situe (en raison de l'addition de la colle liquide) 1 à 2 % plus haut qu'avant l'opération de pressage. Si l'humidité s'élève approximativement à 7-8 % en amont de la presse, comme on l'a indiqué precédem- ment, elle passe alors à 8,5-9,5 % environ, se situant ainsi pré cisément au milieu de la plage d'équilibre hygrométrique et on peut se passer d'une climatisation qui pose toujours des difficultés. Les objets de l'invention présentent donc, immédiatement après leur fabrication, la teneur en humidité d'équilibre. Dans le cas des panneaux sandwich selon l'invention, le décalage des paramètres de pressage dans des zones plus favorables influe avantageusement sur les caractéristiques, et surtout sur la qualité du collage. Pour porter un jugement sur les caractéristiques de panneaux sandwich et de contreplaqués, ce qui est en général intéressant d'après la DIN 53 255, outre un examen optique du feuillet croisé et la résistance à la flexion, c'est surtout la qualité du collage, car les caractéristiques et la qualité des panneaux dans leur ensemble en dépendent de façon prédominante. La qualité est déterminée d'après les normes de qualité de la DIN 68 705. D'après celle-ci, la qualité du collage est testée par lfépreuve dite de perçage. Pour ce faire, on enfonce avec un appareil manuel spécial une lame d'acier entre la feuille de pla cage et la couche moyenne et on procède à un essai de dédoublement. Un joint de colle doit toujours être plus solide que le bois.On juge alors de la mesure dans laquelle le dédoublement s'effectue dans la couche de colle elle-m & e ou dans les zones voisines du bois. L'échelle d'évaluation s'étend de 1 (excellent) à 4 (insuffisant). Les panneaux selon 11 invention se situent le plus souvent à 1/2 point de mieux que les panneaux traditionnels et ils varient entre 2 (bon) et 1 (excellent). REVEND ICAT IONS 1. Objets de bois formés de plusieurs parties, ces parties étant unies entre elles par des couches intermédiaires dlamino- plaste qui sont durcies au moyen de durcissants acides ou de composés qui leur donnent naissance, caractérisée en ce qu t on utilise comme durcissants des peracides et/ou leurs précurseurs ou des mélanges qui contiennent ces substances. 2. Objets de bois selon la reyendication 1, caractérisée en ce qu'on utilise en tant que durcissants des peracides inorganiques et/ou leurs précurseurs, en particulier le peroxacide disulfurique, et/ou leurs sels d'ammonium ou leurs mélanges qui contiennent un ou plusieurs de ces composés. 3. Objets de bois selon la revendication 1 ou 3, caractérisés en ce quton utilise, en plus des peracides et/ou de leurs précurseurs ou de mélanges qui les contiennent, des aldéhydes, en particulier le formaldéhyde,depréférence dans des proportions de 1 à 7 % en poids par rapport à la colle aminoplaste à 65 %.