Brevet FR2415688A1 — publié le 19790824

La présente invention concerne un procédé pour l'obtention de carton thermoformable à partir de matériaux polymères thermoplastiques de récupération, et le carton ainsi obtenu. L'invention a pour but de réaliser un carton qui soit thermoformable à sec (moins de 8 d'eau en poids), les matières synthétiques de récupération entrant pour une part importante dans la composition de ce carton. L'invention a pour but de réaliser un procédé applicable aussi bien à la fabrication d'un carton mince sur machine continue, d'un poids au mètre carré inférieur à 1200 grammes, qu'à la fabrication d'un carton épais sur machine enrouleuse, d'un poids au mètre carré supérieur à 700 grammes. On sait fabriquer un carton thermoformable en utilisant, sur une machine à carton, comme matières premières, un mélange de fibres végétales et de fibres de polymères synthétiques thermoplastiques. L'invention a pour but de réaliser un procédé suivant lequel on remplace la majorité des fibres de polymère synthétiques par de la poudre de polymère thermoplastique de récupération. Un procédé suivant l'invention, pour l'obtention de carton thermoformable à partir de matériaux de récupération, consiste à fabriquer en continu sur une machine à carton un carton comprenant au moins une couche interne et deux couches externes, et il est caractérisé en ce qu'on incorpore dans les couches internes de 10 à 60% en poids de poudre de récupération d'un polymère thermoplastique, les couches externes étant faites à partir d'un mélange thermoformable de fibres végétales et de fibres propres de polymère synthétique. Suivant une caractéristique supplémentaire de 7 t invention, le polymère thermoplastique de récupération appartient augroupe des polyoléfines. Suivant une caractéristique supplémentaire de l'invention, le polymère de récupération provient du broyage de matériaux composites tels que papier et carton couché ou contrecollé, ou du broyage de matériaux contenant des matières annexes telles que des encres, des colles et des paraffines. Suivant une caractéristique supplémentaire de l'invention, on fabrique un carton épais sur une machine à carton à l'enrouleuse, la composition de chaque couche unitaire étant susceptible de contenir de la poudre de récupération de polyoléfine en adjonction à des fibres textiles et à des fibres synthétiques. Suivant une caractéristique supplémentaire de l'invention, le polymère de récupération peut provenir du broyage de tout objet en polyoléfine associé ou non à de la cellulose et pouvant tre souillé de matières an neiges telles que : colorants, encres, colles, paraffines, charges et autres. Suivant une variante de l'invention, la fibre synthétique appartient aux groupes des polyoléfines, des polyesters, des polyamides, du polychlorure de vinyle et de l'alcool polyvinylique. Suivant une caractéristique supplémentaire de l'invention, la poudre de polyoléfine utilisée a une granulométrie comprise entre 10 et 500 microns. Suivant une caractéristique supplémentaire de l'invention, la poudre de matériaux de polyoléfines de récupération utilisée est obtenue par déchiquetage de la matière, redensification et broyage. Un carton obtenu par la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention est caractérisé en ce qu'il possède une densité de 0,4 à 0,6, qu'il renferme moins de 6% d'eau en poids, qu'il est thermoformable. Suivant une caractéristique supplémentaire de l'invention, le caractère fibreux de la composition dudit carton lui confère après préchauffage à une température de 180 à 2000C une tenue suffisante pour permettre une manipulation aisée lors du transfert dans l'outil de préformage. Le procédé consiste à travailler sur une machine à carton produisant en continu un carton multicouches d'au moins trois couches. On peut produire ainsi, par exemple, un carton mince. La machine utilisée peut être choisie parmis les types suivants : multitables - multiformes - combinaison tables et formes - ou tout autre système connu. Il est cependant préférable que les équipements utilisés pour la confection des couches internes permettent d'obtenir des couches unitaires d'un poids suffisant, par exemple d'un poids supérieur à 150 grammes au mètre carré. Parmis les différentes couches qui composent le carton, on distingue: - Les deux couches externes de faible masse, d'un poids compris entre 50 et 150 grammes au mètre carré, qui sont en contact avec les éléments de la sécherie, et qui constituent par la suite le recto et le ver 50 de la feuille de carton. - Les couches internes de masse importante, d'un poids supérieur à 150 grammes au mètre carré, qui constituent la masse principale de la feuille thermoformable obtenue en bout de machine. La composition fibreuse des couches externes est, selon le résultat recherché - 0 à 100% de fibres végétales - plus 0 à 100 de fibres de polymère synthétique. En principe, la composition de ces couches est réalisée à partir de fibres neuves et convenablement épurées. Cependant, l'utilisation de fi bres de récupération n'est pas exclue à condition que ces fibres soient propres et que leur température de ramollissement soit supérieure au maximum de température atteint dans la sècherie. Les fibres utilisées sont - Pour ce qui concerne les fibres végétales, l'ensemble des fibres cellulosiques utilisées en papeterie. - Pour ce qui concerne les fibres synthétiques, du polyéthylène, du polypropylène, du polyester, du polyamide, du polychlorure de vinyle, de l'alcool polyvinylique, et autres. Certaines de ces fibres peuvent âtre utilisées concurremment suivant les propriétés recherchées (par exemple : polyéthylène et polyester, ou polyéthylène et chlorure de polyvinyle). Les couches externes peuvent contenir des produits annexes tels que des charges. On introduit fréquemment dans la composition des charges telles que du carbonate de calcium, du kaolin, du talc, du titane, de la silice, des silicates, et autres. La proportion des charges introduites est de O. à 30% en poids. On peut aussi ajouter dans la composition des produits courants utilisés en papeterie, tels que les latex naturels ou synthétiques, des résines, des cires paraffines, et autres. La composition fibreuse des couches intérieures est la suivante - Fibres végétales, de 30 à 70% ; - Fibres synthétiques, de O à ton - Poudre de récupération de polymère thermoplastique, de 10 à 60ffi. Les fibres peuvent être neuves ou de récupération. La poudre de récupération de polymère thermoplastique doit avoir une granulométrie pouvant atteindre 500 microns. Cette poudre peut être obtenue en traitant des déchets de films ou de sacs en polyéthylène, des emballages divers, des plaques, ou tous autres déchets de polyéthylène. Les déchets traités peuprovenir de matériaux composites tels que papier ou carton couché ou contrecollé de polyéthylène. Pour obtenir la poudre, on peut déchiqueter les déchets puis les redensifier sous forme de granulés qui sont ensuite broyés à la granulométrie désirée entre 10 et 500 microns. Les charges et les produits annexes utilisés sont ceux quton utilise en papeterie. Les différents produits annexes et charges qu'on utilise pour les couches extérieures peuvent être également utilisés pour les couches intérieures. Par la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention, on peut également fabriquer du carton épais. Les machines qu'on utilise sont du type des enrouleuses, c'est-à-dire que ltépaisseur du carton est obtenue par enroulement autour d'un cylindre au format d'une feuille non séchée, cette feuille comprenant elle-m & e plusieurs couches. Les couches peuvent outre formées sur des tables, sur des formes, ou sur tout autre système. L'originalité du procédé selon l'invention, pour réaliser un carton épais, réside en ce qu'on réserve à une ou deux couches externes la composition employée dans les couches externes du carton mince par la mise en oeuvre du procédé décrit plus haut. Pour les autres couches, on utilise la composition des couches internes. On btient ainsi un carton compor- tant au moins une surface qui ne risque pas d'être polluée par les déchets de récupération. lans le cas dune enrouleuse à une seule couche, on emploie l'une ou l'autre des compositions. Dans le cas de la composition réservée aux couches internes, on perdra l'avantage d'avoir une des surfaces propres, à moins de n'utiliser que des matières de récupération sélectionnées. Â la sortie de la machineenrouleuse, le carton humide est, éventuellement après pressage, séché dans un four tunnel où les problèmes de pollution ont beaucoup moins d'inconvénients que dans le cas du séchage sur cylindres. Le carton fabriqué peut être enduit ou couché sur une ou deux faces selon les procédés classiques. On pourra par exemple enduire le carton avec des produits formant barrière vis-à-vis de la vapeur d'eau, ou avec des produits permettant la soudure à haute fréquence. Le carton obtenu possède les propriétés suivantes - Sa densité est comprise entre 0,4 et 0,6. - La proportion de fibres longues cellulosiques ou synthétiques non fusibles à 16O0C pour l'ensemble du carton, c'est-à-dire en considérant les couches extérieures et intérieures, est comprise entre 40 et 70JCó en poids. - La proportion de matières thermoplastiques à point de fusion inférieur à I600C sous forme de poudre ou de fibres est comprise entre 30 et 60% en poids. Le carton obtenu est thermoformable à sec. Il est destiné en particulier à entrer dans la constitution d'un flan stratifié qu'on introduit entre les outils mâle et femelle d'une presse de thermoformage, comme décrit dans la demande de brevet déposée le 10 février 1977 sous le numéro 77 04 306 au nom de la présente demanderesse. Une propriété intéressante du carton obtenu est que sa constitution fibreuse, tant végétale que synthétique, lui confère une bonne tenue après chauffage à une température comprise entre 18000 et 2000G. Cela per et une manipulation aisée lors de-son introduction dans l'outil de thermoformage. Les exemples donnés ci-dessous à titre non limitatif permettront de mieux comprendre les caractéristiques de l'invention. Exemple 1 On prévoit un carton de type "Triplex" dont les couches comportent les compositions suivantes : (en poids) Composition du recto, d'un poids de 100 grammes au mètre carré - Pâte de kraft écru .................. 50 parties - Pâte polyéthylène psy de solvay...........50 parties - Carbonate de calcium ...................... 25 parties Composition de l'intérieur, d'un poids de 400 gammes au mètre carré: - Pâte de kraft de récupération ................ 50 parties - Poudre de polyéthylène de récupération de sacs, et rognures de papier couché au po lyéthylène .................................. 50 parties - Carbonate de calcium ........................ . 25 parties. Composition du verso, d'un poids de 50 grammes au mètre carré - Pâte mécanique ............................... 50 parties - Pâte kraft 20 parties -- Pâte polyéthylène psy de solvay ............. 30 parties Le carton est tiré sur une machine à deux tables en ce qui concerne le recto et l'intérieur, et sur une machine à une forme pour le verso. On règle la machine de façon à avoir une densité de 0,450. On maintient au-dessous de 1250C la température de la sécherie. Ce carton peut constituer l'élément de base d'un empilement de 5 feuilles pouvant donner, par formage dans un moule , une pièce de 3 millimètres d'épaisseur et de forme moyennement compliquée. Cette pièce peut être décorée par un tissu. Exemple 2 On prévoit un carton de type "Triplex" dont les couches ont les compositions suivantes Composition du recto, d'un poids de 100 grammes au mètre carré - Ptte kraft blanchie ......................... 50 parties - Pâte polyéthylène psy solvay ................. 50 parties - Carbonate de calcium ................... ...... 20 parties - Oxyde de titane ............................. e 5 parties Composition de l'intérieur, d'un poids de 400 grammes au mètre carré: - Pâte de kraft de récupération ............... 40 parties - Fibres de polyester .............. 10 parties - Poudre de polyéthylène de récupération ...... 25 parties - Pâte polyéthylène psy de solvay ............. 25 parties - Carbonate de calcium ........................ 25 parties Composition du verso, d'un poids de 50 grammes au mètre carré - Pâte mécanique .............................. 50 parties - Ptte kraft .................................. . . . cO parties - Pâte polyéthylène psy solvay ................ 30 parties On tire le carton sur une machine à deux tables et à une forme. Le réglage de la machine est prévu de façon à obtenir une densité de 0,450. On maintient au-dessous de 12500 ia température de la sécherie. Le carton est surfacé en poste "Champion" avec un bouche-pores contenant 50 parties de carbonate de calcium, 50 parties de liant acrylique souple. Ce carton pourra constituer l'élément supérieur d'un empilement de cinq feuilles, les quatre autres feuilles étant fabriquées selon l'exemple 1 ci-dessus. La pièce obtenue dans un moule grainé pourra être décorée par peinture au pistolet. Exemple 3 On prévoit un carton de type "Triplex" dont les couches sont composées comme suit Composition du recto, d'un poids de 100 grammes au mètre carré - Pâte de kraft écru ........................... 40 40 parties - Pate de polyéthylène psy solvay ............. 50 parties - Fibres de polyester neuves, 3 deniers 6mm ... 10 parties Composition de l'intérieur, d'un poids de 300 grammes au mètre carré: - Pâte de kraft de récupération ............... 40 parties - Fibres de polyester neuves, 3 deniers 6mm ... 10 parties - Poudre de polyéthylène de récupération ...... 25 parties - Pâte de polyéthylène psy solvay ............. 25 parties - Talc ......................................... .. 25 parties - émulsion d'acétate de vinyle 0 15 parties - Sulfate d'alumine en solution ............... 10 parties Composition du verso, d'un poids de 50 grammes au mètre carré - Pâte de kraft écru neuve .................... 50 parties - Pâte mécanique .............................. 20 parties - Pâte de polyéthylène psy solvay ............. 30 parties Le carton est tiré sur une machine à deux tables et une forme. On règle la machine pour avoir une densité de 0,400. On maintien au-dessous de 1250C la température de la sécherie. Ce carton pourra constituer l'élément d'un empilement de 5 feuilles qui pourront donner, par formage dans un moule, une pièce de 2,5 mm d'épaisseur de forme compliquée pouvant être décorée au pistolet ou par un tissu genre jersey. ExemPle 4 On prévoit un carton multicouche dont les couches sont constituées sur forme ronde, comme suit s Composition des couches de recto et de verso, d'un poids de 50 grammes au mètre carré - Pâte de kraft écru .......................... 40 parties - Pâte de polyéthylène psy solvay ............. 50 parties - Fibres de chlorure de polyvinyle neuve, 3 deniers 6 mm ........................ 10 parties - Emulsion de chlorure de polyvinyle plastifié à 25 ... ss n 20 parties - Sulfate d'alumine en solution ................ 10 parties Composition des six couches intérieures - Pâte de kraft de récupération .............. 30 parties - Ptte mécanique n.... . ... 30 parties - Poudre de polyéthylène de récupération ...... 40 parties - Carbonate de calcium ........................ 25 parties Le carton est tiré sur machine multiforme. La machine est réglée de façon à avoir une densité de 0,400. On maintient la température de la sécherie au-dessous de 125 C. Le carton est traité en poste "Champion" de façon à déposer une émulsion de chlorure de polyvinyle suivant une quantité correspondant, à sec, à 10 grammes par mètre carré. Ce carton pourra constituer l'élément extérieur d'un empilement de 5 feuilles. Les trois feuilles intérieures sont faites conformé- ment à l'exemple 1. La pièce obtenue, de forme moyennement compliquée, pourra être décorée avec une ouate et une feuille de chlorure de polyvinyle soudée par haute fréquence. Exemple 9 On prévoit un carton de type triplex dont les couches intérieures et recto sont faites sur table plate, le verso étant fait sur forme ronde. Les différentes couches ont les compositions suivantes Composition du recto, d'un poids de 100 grammes au mètre carré - Pate de rognures de papier kraft écru ....... 40 parties - Patte de polyéthylène psy solvay ............. 50 parties - Pâte mécanique 8 .. ..... 10 parties - Carbonate de calcium ..... n ...... 25 parties Composition de l'intérieur,d'un poids de 450 grammes au mètre carré: - Patte de kraft de récupération ............... 40 parties - Pâte de journaux ..... ........... 10 parties - Poudre de polyéthylène de récupération ...... 50 parties - Carbonate de calcium ........................ 25 parties Composition du verso, d'un poids de 50 grammes au mètre carré - Pate de journaux propres .................... 60 parties - Ptte de polyéthylène psy solvay ............. 40 parties - Carbonate de calcium ........................ 25 parties On règle la machine de façon à obtenir 0,500 de densité. La température de la sécherie est tenue inférieure à 125 C. On passe le carton en poste Champion de façon à déposer 20 grammes au mètre carré d'une émulsion de néoprène sur le recto. Ce carton pourra constituer l'élément de base d'un empilement de quatre feuilles. La pièce obtenue, de forme peu ou moyennement compliquée, pourra entre décorée avec de l'.B.S., ou avec du chlorure de polyvinyle A.B.S.,préalablement thermoforméeet enduite d'une colle contact. likemnle 6 Pour un carton à l'enrouleuse, la couche enroulée peut être unique ou formée de plusieurs sous-couches, en fonction des machines utilisées. Dans cet exemple, on prend le cas d'une machine formant 3 sous couches. Les différentes couches ont les compositions suivantes Composition des couches extérieures, qui ont chacune un poids de 50 grammes au mètre carré - Pâte de kraft écru .......................... 50 parties - Pâte de polyéthylène psy solvay ............. 50 parties - Carbonate de calcium ......................... 25 parties Composition de la seconde couche intérieure, d'un poids de 50 à 120 grammes au mètre carré - Pâte de kraft de récupération ............... 20 parties - Pate de vieux papiers ....................... 30 parties - Poudre de polyéthylène de récupération ...... 50 parties - Carbonate de calcium 0 25 parties Le carton est tiré sur une machine à une table et deux formes, ou trois formes, ou d'une toute autre combibaison comportant 3 appareils de formation de feuille. L'enroulement est coupé quand le poids désiré est atteint. La feuille est envoyée sous une presse essoreuse, puis dans un séchoir, ou directement dans le séchoir. On règle les pressions sous l'enrouleur ou sous la presse de façon. à obtenir une densité de 0,4 à 0,6. La feuille sèche peut peser de 700 à 4000 grammes au mètre carré. Dans le tunnel de séchage, on évite d'avoir une température supérieure à 1250C, ceci pour éviter que la feuille ne colle sur les organes transporteurs. On peut thermoformer cette feuille sans devoir nécessairement faire un empilement de feuilles. Les faces externes en matières neuves assurent une protection contre la migration éventuelle d'impuretés dans la matière de récupération. ExemPle 7 Pour une machine enrouleuse comportant deux appareils de formation de feuille et enroulant une feuille comportant deux sous-couches, on prévoit les compositions suivantes Composition de la couche recto, d'un poids de 50 grammes au mètre carré - Pâte de kraft écru ........................... ... 50 parties - Pbte de polyéthylène psy solvay ............. 50 parties - Carbonate de calcium ........................ 25 parties Composition de la couche verso, d'un poids de 50 à 100 grammes au mètre carré - Pâte de kraft de récupération ............... 50 parties - Poudre de polyéthylène de récupération ....., 50 parties - Carbonate de calcium ......................... 25 parties Le carton est tiré sur une machine à une table et une forme, ou à deux tables et deux formes. Le poids de la couche verso est plus élevé que celui de la couche recto. L'enroulement est coupé quand le poids désiré est atteint. La feuille est alors envoyée sous une presse essoreuse, puis dans un séchoir, ou directement dans le séchoir. On règle les pressions à l'enrouleur et sous presse de façon à obtenir une densité de 0,450. Une feuille convenant pour le thermoformage pèse par exemple 2 500 grammes au mètre carré. Dans le tunnel de séchage, on évite que la température soit supérieure à 129 C. On peut thermoformer cette feuille sans qu'il soit nécessaire de faire un empilement. La face faite de matière neuve assure pour le recto une protection contre la migration des impuretés de la couche verso. Exemple 8 bans le cas d'une enrouleuse à un seul système de formation de feuille unitaire, on prévoit comme suit Composition d'une couche d'un poids de 50 grammes au mètre carré: - Pâte de kraft de récupération ............... 50 parties - Poudre de polyéthylène de récupération ...... 50 parties - Carbonate de calcium 0 25 parties Le carton est tiré sur une machine à une table ou à une forme. L'enroulement est coupé quand le poids désiré est atteint. La feuille est alors envoyée sous une presse essoreuse, puis dans un séchoir, ou directement dans un séchoir. On règle les pressions à l'enrouleur et sous presse de manière à obtenir une densité de 0,40 à 0,50. La feuille sèche peut peser de 700 à 4 000 grammes au mètre carré. I)ans le tunnel de séchage, on évite les températures supérieures à 1P5 C, afin d'éviter que la feuille ne colle sur les organes transporteurs. On peut thermoformer cette feuille sans quiil soit nécessaire de faire un empilement. La surface de la feuille n'est cependant pas protégée de la migration d'impuretés possibles dans le matériel de récupération. Pour pallier cet inconvénient, il est possible d'effectuer le thermoformage sur une feuille de ce carton à laquelle on aura superposé une feuille faite suivant les exemples précédents. Cet exemple peut être étendu au cas de plusieurs systèmes de formation de feuille alimentés par la même pâte. il peut aussi être étendu au cas des machines ne comportant pas d'enrouleur, mais capables de former une feuille unitaire d'un poids supérieur à 700 grammes au mètre carré, et qui sont suivies d'un séchoir à tunnel. Bien entendu, ces exemples n'étant pas limitatifs, on peut combiner les éléments de plusieurs d'entre eux, faire varier les matières premières utilisées, ou adapter le poids de chacune des couches au matériel de production utilisé. Le procédé de fabrication suivant l'invention présente notamment les avantages suivants - On peut utiliser des matériaux de récupération hétérogènes donnant, après broyage, des particules de granulométries différentes, et contenant éventuellement des matières annexes telles que de la cellulose, du papier, du carton, des encres d'imprimerie, des col-les, des paraffines, et autres. - On peut utiliser ces matières premières sans perturber le fonctionnement de la machine à carton, notamment sans encrasser les feutres et les sécheurs des machines continues, et sans en diminuer la vitesse. - On élimine tout risque de pollution du décor appliqué sur la pièce formée, cette pollution s'effectuant ordinairement par migration des éventuelles impuretés présentes dans les matériaux de récupération0 flIvflDIClTIOiS 1. Procédé pour l'obtention d'un carton thermoformable à partir de matériaux de récupération, consistant à fabriquer en continu sur une machine à carton un carton comprenant au moins une couche interne et deux couches externes, caractérisé en ce qu'on incorpore dans les couche. internes de 10 à 60% on poids de poudre de récupération d'un polymère thermoplastique, les couches externes étant faites à partir d'un mélange thermoforma- ble de fibres végétales et de fibres de polymère synthAtique propres. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé on ce qutonutilise un polymère th rmoplastique de récupération appartenant au groupe des polyoléfines. 3. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, ca ractérisé en ce qu'on utilise un polymère de récupération provenant du broyage de matériaux composites tels que du papier ou du carton couché ou contrecollé de matières thermoplastiques, ou du broyage de matériaux contenant en plus de la matière thermoplastique des matières annexes telles que des encres, des colles ou des paraffines. 4. Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé on ce qu'on fabrique un carton épais à l'enrouleuse, la composition de chaque couche unitaire étant susceptible de contenir de la poudre de récupération de polyoléfine en adjonction à des fibres textiles et à des fibres synthétiques. 5. Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le polymère de récupération qu'on utilise peut provenir du broyage de tout objet en polyoléfine associé ou non à de la cellulose, et pouvant mètre souillé de matières annexes telles que des colorants, des encres, des colles, des paraffines, et des charges. 6. Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on utilise des fibres synthétiques appartenant aux groupes des polyoléfines, des polyesters, des polyamides, du polychlorure de vinyle, et de l'alcool polyvinylique. 7. Procédé suivant l'une quelconque des revendications précéden- tes, caractérisé en ce qu'on utilise une poudre de polyoléfine ayant une granulonétrie comprise entre 10 et 500 microns. 8. Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on utilise des matériaux de polyoléfines de récupération sous forme d'une poudre obtenue par déchiquetage de la matière, redensification et broyage. 9. Carton obtenu par la mise en oeuvre du procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il possède une densité de 0,4 à 0,6, renfermant moins de 0% d'eau en poids, est ther moformable. 10. Carton suivant la revendication 9, caractérisé en ce que le caractère fibreux de sa composition lui conifère, après préchauffage à une température de 180 à 2000C, une tenue suffisante pour permettre une manipulation aisée lors du transfert dans un outil de préformage. 11. Carton suivant l'une quelconque des revendications 9 et 10, caractérisé en ce qutil comporte au moins une couche interne et deux couches externes, les couches internes renfermant de 10 à 60% en poids de poudre de récupération d'un polymère thermoplastique appartenant au groupe de. polyoléfines, alors que les couches externes renferment un mélange de fibres végétales et de fibres de polymère synthétique.