Brevet FR2524048A1 — publié le 19830930

CARREAU DE REVETEMENT DE SOL, DURABLE, A FAIBLE ENTRETIEN, SON PROCEDE DE FABRICATION ET COUCHE COMPOSITE DE REVETEMENT. L'invention concerne un carreau plastique décoratif de revêtement de sol, un procédé pour sa fabrication et une couche composite de revêtement. On sait déjà fabriquer, quand cela est nécessaire, des couches résistant à l'usure Il existe dans le commerce des carreaux qui ont été réalisés avec une surface antidéra- pante, obtenue en chauffant différents morceaux de carreaux vinyliques ordinaires, et en en aspergeant la surface avec un abrasif du type carborundum On noie ensuite les grains dans la surface du carreau, les particules d'abrasif confé- rant à ce carreau ses caractéristiques antidérapantes On sait aussi, dans l'état actuel de la technique, créer une surface résistant au glissement en donnant au produit plas- tique de revêtement de sol une texture en petits morceaux, en incorporant une matière plastique particulière dispersée dans la couche d'usure, laquelle est durcie de façon à for- mer une couche d'usure texturée Cette dernière est présen- tée dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n' 4 196 243. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n' 3 267 187 présente un revêtement de sol, texturé, comprenant une couche de base, une couche plastique et une matrice de recouvrement dans laquelle est noyé un matériau particulaire Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n' 4 196 243 indique que l'on sait depuis longtemps, dans la technique, appliquer des couches d'usure sur des revêtements de sol, et en particulier une couche antidérapante à base d'uréthane photopolymérisable. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique N O 3 928 706 présente l'utilisation de particules de quartz dur. La demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique n' 237 666, intitulée "NonSkid Plastic Flooring Product and Method of Manufacture", déposée le 24 Février 1981 au nom-de Jesse D Miller, Jr et al, concédée en même temps que la présente demande, décrit un revêtement de sol, plas- tique, décoratif et antidérapant, composé d'une base plas- tique décorative possédant plusieurs éléments résistant au glissement placés sur la base, une couche d'usure transpa- rente ou translucide recouvrant les éléments résistant au glissement et la base interposée exposée. L'invention concerne un revêtement de sol, plas- tique, décoratif, possédant une base plastique décorative ayant des zones en relief et en creux Plusieurs éléments sont placés uniquement sur les zones en relief, puis, par dessus, une zone d'usure durcie, transparente ou translucide, recouvre tant les éléments que la base plastique Les élé- ments comprennent des particules noyées dans une matrice plastique durcie, qui n'est placée que sur les zones de la base en relief Les particules sont réparties sur la matrice plastique, essentiellement en aboutement, avec une couche unique de particules Les particules dépassent au-dessus de la matrice, mais se trouvent en-dessous du niveau le plus élevé de la couche d'usure Les particules sont des particu- les inorganiques arrondies de quartz, et présentent une du- reté, sur l'échelle de Mohs, supérieure à 4 Les particules sont réparties sur la zone en relief de la base de telle sorte qu'aucune particule n'ait une dimension supérieure à environ 595 micromètres, environ 55 % des particules ayant une dimension comprise entre environ 149 et 296 micromètres. La couche d'usure est une composition d'uréthane durcie. Par exemple, la couche d'usure se compose d'un composé d'uréthane photopolymérisé par exposition à une lumière ultra-violette, obtenu à partir d'une composition d'enduc- tion fluide comprenant un uréthane possédant au moins deux groupes photopolymérisables à insaturation éthylénique de formule: R O 12 C C o R est B ou CH 3 et la matrice comprend un polyester acrylique durcissable à chaud. Le procédé de fabrication comprend les étapes consistant à créer une couche de base décorative, à appli- quer la matrice plastique ou le revêtement adhésif seulement sur les zones en relief de la base décorative, laquelle possède des zones en relief et des zones en creux On applique ensuite des particules sur la matrice, et on noie les particules dans la matrice selon une structure monocou- che, et essentiellement en aboutement, la partie la plus haute de la couche de particules dépassant de la matrice. La matrice est fixée en position, puis on 2 '24048 applique une couche d'usure transparente, sur toute la sur- face, pour former un film d'usure continu au-dessus des éléments durcis La partie la plus haute de la couche de particules se trouve en-dessous du niveau le plus élevé de la couche d'usure Ensuite, on durcit la couche d'usure en position. Pour mieux faire comprendre l'objet de la présen- te invention, on va en décrire ci-après, à titre d'exemple purement illustratif et non limitatif, un mode de réalisa- tion représenté sur le dessin annexé. Sur ce dessin: la figure 1 est une vue en coupe transversale agrandie de la base du carreau, contenant la matrice, les particules et la couche d'usure, et la figure 2 est une vue en coupe transversale du carreau de revêtement de sol contenant la matrice, les particules et la couche d'usure selon l'invention. La couche de base est un matériau pour carreau de revêtement de sol classique, en vinyle ou vinyl-amiante, de dimensions approximatives nonsupérieures à 457,2 x 457,2 mm ( 18 x 18 pouces) et, normalement, de dimensions 304,8 x 304,8 mm ( 12 x 12 pouces) Le produit est classique et a reçu une configuration gaufrée, comme on peut le voir sur la figure 2 Le carreau 2 possède une base 4, normale- ment plane, et une surface supérieure 6, qui possède des zones en relief 8 et des zones en creux 9 Les zones en creux se trouvent à environ 0,46 mm ( 18 mils) en-dessous de la surface des zones en relief, et leur largeur est comprise entre 1,59 mm(l/16 pouce) et plus de 6,35 mm ( 1/4 pouce). Les zones en creux du carreau pour revêtement de sol peuvent être décorées d'un motif décoratif imprimé en vallée Cette structure particulière est connue, et on la trouve sur le marché, et un carreau d'un type particulièrement bien connu et pouvant être utilisé est le carreau de sol "Excelon" d'Armstrong World Industries, Inc. Si l'on se réfère à la figure 1, on voit, sur la partie supérieure de la zone en relief 8 du carreau de sol, une matrice plastique ou un adhésif durcissable aux UV 10. L'adhésif durcissable ou la matrice plastique est une matri- ce durcissable à base d'un polyester acrylé. Pour former le polyester, on introduit les consti- tuants suivants dans un ballon réfrigérant ascendant de 5 litres, à 5 cols, surmonté d'une colonne de distillation et d'un réfrigérant total On a en outre équipé le ballon d'une double enveloppe, d'un agitateur, d'un thermomètre, de dis- positifs de régulation de la température et d'un tube d'en- trée du gaz On a chauffé progressivement les constituants sous agitation à 220 + 50 C sous atmosphère d'azote, et on les a maintenus à cette température jusqu'à ce que l'indice d'acide tombe en-dessous de 1,5 + 0,5 On a progressivement augmenté à environ 700 ml par minute le débit d'azote après avoir obtenu environ 70 % de la quantité théorique d'eau, pour faciliter l'élimination de l'eau d'estérification et favoriser la réaction réversible d'équilibre jusqu'à son achèvement. Constituants Parties en poids Hexanediol-1,6 363,52 Néopentylglycol 661, 25 Cyclohexanediméthanol 914,13 Anhydride phtalique 563,81 Bis-lauryl mercaptide de dibutyl étain 2,48 comme catalyseur Acide isophtalique 1 476,24 Anti-moussant aux silicones (Foamkill 8 R) 0,0566 Toluène 650,00 L'acrylation du polyester est réalisée en intro- duisant 1,2 équivalent d'acide acrylique dans un ballon à 4 cols de volume approprié contenant le mélange polyester- solvant On ajoute de l'acide sulfurique ( 0,24 partie pour parties de résine), et on maintient le mélange au reflux à l'aide d'un siphon de Barrett utilisé pour éliminer l'eau et renvoyer le solvant. La température de la charge est maintenue à 95 a 1100 C La réaction a été considérée comme terminée quand on a obtenu entre 90 et 98 % de la quantité théorique d'eau par refroidissement à 900 C et addition de 1,3 équivalent d'oxyde de magnésium en dispersion dans 100 parties en poids d'acrylate d'isodécyle, une quantité supplémentaire de 600 parties en poids d'acrylate d'isodécyle ayant été ajoutée. On a ensuite fait le vide dans le ballon jusqu'à une pression de 40 à 50 mm de mercure, pour éliminer le solvant La pré- paration de la matrice durcissable se termine par l'addition, sous agitation, de 73,14 parties en poids de diacrylate d'hexanediol-1,6, de 104,5 parties en poids d'acide acryli- que, de 100 parties en poids d'acrylate d'isodécyle, de 104,5 parties en poids de benzophénone et de 62,7 parties en poids du catalyseur diméthoxy2,2 phényl-2 acétophénone (Irgacure 651). Des particules 12, qui sont de préférence des par- ticules inorganiques arrondies, sont placées dans la matrice plastique 10 Les particules inorganiques pouvant être uti- lisées dans le cadre de l'invention pour former la surface d'usure sont de préférence essentiellement insolubles dans l'eau, et présentent une dureté Mohs d'au moins 4, et de préférence d'au moins 7 Elles doivent avoir une configura- tion arrondie et, de préférence, une répartition granulo- métrique dans laquelle aucune particule n'a un diamètre supérieur à environ 595 micromètres, environ 55 % des par- ticules ayant un diamètre compris entre 149 et 296 micro- mètres. Un grain vendu par Ottawa Silica sous la marque "Special Bond" est particulièrement bien adapté à une uti- lisation dans le cadre de l'invention Les particules sont essentiellement formées de 99,8 % de Si O 2, avec des arêtes arrondies sur les différentes particules. Le tableau ci-dessous présente une analyse repré- sentative, au tamis américain, de ces particules de silice inorganique: n du tamis américain Ouverture de maille % de refus (mesh) Tamis 30 595 micromètres Tamis 40 420 micromètres 3,0 Tamis 50 296 micromètres 34,0 Tamis 70 210 micromètres 39,0 Tamis 100 149 micromètres 18,0 Tamis 140 105 micromètres 5,0 Passe au tamis 140 1,0 Pour terminer, les particules et la matrice plas- tique sont recouvertes d'une couche d'usure 14, qui est une enduction durcissable aux UV. Pour préparer l'enduction durcissable aux UV, on a introduit les réactifs suivants dans un réacteur: Constituants Parties en poid Polyester-polyo 1 * 36,15 Acrylate d'éthyl-2 hexyle 13,33 Diacrylate d'hexanediol-1,6 9,07 * Produit de la réaction de 34,62 parties en poids d'acide adipique, de 13,12 parties en poids d'acide isophta- lique, de 48,76 parties en poids d'hexanediol-l,6 et de 3,48 parties en poids de glycérine. On a ensuite ajouté 23,10 parties en poids de diisocyanato-4,4 ' dicyclohexylméthane et 0,08 partie en poids du catalyseur dilaurate de dibutylétain, puis on a fait réagir le mélange à 45 à 50 C On a laissé la réaction se poursuivre pendant environ 45 minutes, puis on a ajouté 8, 67 parties en poids d'acrylate d'hydroxy-2 éthyle, et on a continué à chauffer et agiter le mélange réactionnel pen- dant 2 heures jusqu'à obtenir une concentration constante d'isocyanate. On a ensuite ajouté à ce produit de réaction 1,81 partie en pci de benzophénone, 0,90 partie en poids de dimétxy-2,2 phé- nyl-2 acétophrnone, 6,78 partes en poids de l'aixydant patmrcré sol et 0,09 partie en poids de glycolpolysiloxane (DC-193). Il convient de noter que les particules 12 placées sur les zones en relief 8 du carreau 2 se trouvent dans une couche unique La partie inférieure des différentes particu- les est noyée dans la matrice plastique 10, et la partie supérieure des particules dépasse au-dessus de la matrice plastique L'enduction 14 jouant le rôle de couche d'usure recouvre complètement lés particules, et les zones supérieu- res de la couche d'usure se trouvent au-dessus des particu- les, le matériau de la couche d'usure remplissant l'espace 16 entre les particules de façon que la couche d'usure soit essentiellement plane, avec seulement de légers creux 18 entre les différentes particules En conséquence, les parti- cules ne sont pas en saillie au-dessus de la surface supé- rieure de la couche d'usure Les particules sont réparties sur les surfaces en relief 8 du carreau de façon à donner une répartition d'environ 301 grammes de particules par mètre carré de surface recouverte (environ 28 g/pied carré). L'enduction adhésive ou la matrice plastique 10 est appli- quée à raison de 35,5 à 37,7 g de matériau par mètre carré de surface de carreau recouverte ( 3,3 à 3,5 g par pied carré) La couche d'usure est appliquée à raison de 242 à 253 g parmètrecarré de carreau recouvert ( 22,5 à 235 g/pied carré). Il convient de noter, par référence à la figure 2, que la couche d'usure est appliquée non seulement sur la partie supérieure de la surface du carreau contenant les particu- les, mais aussi sur les zones en creux du carreau, pour recouvrir ces zones en creux 9 En conséquence, la couche d'usure 14 durcissable aux UV recouvre la totalité de la surface du carreau, tant en creux qu'en relief. On obtient le produit en prenant un carreau pour revêtement de sol classique, en vinyle ou vinyl-amiante, lequel a subi, par un procédé classique, un gaufrage par impression en vallée Ce produit particulier a une épaisseur d'environ 1,59 mm ( 1/16 pouce) entre son envers et la partie supérieure des zones en relief Les zones en creux se trou- vent à environ 0,46 mm ( 18 mils) en-dessous des zones en relief Le carreau obtenu est introduit, sa surface 6 étant dirigée vers le haut, endessous d'une machine d'enduction tournante, qui n'applique l'enduction 10 que sur les zones en relief du carreau La composition de polyester acrylé décrite ci-dessus, à laquelle on a ajouté 1 % en poids de peroxyde de benzoyle, est appliquée par la machine avec une viscosité d'environ 3500 m Pa S à 30 'C, de façon à conserver S 8 forme et à rester sur les zones en relief sur lesquelles elle a été appliquée. Le carreau ainsi revêtu passe ensuite dans l'uni- té d'alimentation qui introduit les particules inorganiques sur le carreau Les particules sont réparties essentielle- ment sur toute la surface du carreau Le carreau est ensui- te placé dans un dispositif à vide, ou de soufflage à l'air, dans lequel sont éliminées les particules qui ne sont pas entrées en contact avec l'adhésif se trouvant sur les zones en relief Si la couche d'adhésif est trop épaisse, il peut en résulter la présence de plusieurs couches de particules au point de trop grande épaisseur, ce qui n'est pas souhai- table Le carreau est ensuite immédiatement transporté dans une unité de consolidation à deux cylindres presseurs, à la sortie duquel la zone enduite est revêtue d'une monocouchede particules Le carreau est ensuite placé sous une source classique de lumière UV et exposé à une quantité de rayon- nement suffisante pour durcir l'adhésif aux UV et maintenir les particules en place On utilise ensuite une brosse rota- tive pour éliminer les éventuelles particules qui n'ont pas été prises par l'adhésif durci L'épaisseur du revêtement des particules est compris entre 127 et 381 Pmw ( 5 et 15 mils). Le carreau ainsi revêtu de particules est ensuite placé dans une machine d'enduction à cylindres, dans laquel- le on applique sur sa surface un liant durcissable aux UV. Cette opération enfonce le liant dans les interstices de la monocouche de particules, ce qui mouille ces surfaces et les prépare à l'application finale de la quantité appropriée du liant UV, à l'aide d'une machine d'enduction en rideau. La machine d'enduction aux rouleaux applique environ 151 à 156 g de revêtement par mètre carré de carreau (environ 14,0 à 14,5 g carré par pied) On procède ensuite à une applica- tion finale du liant durcissable aux UV, à un niveau tel que la surface définitive du produit soit essentiellement lisse, sans revêtement trop épais (voir figure 1) Ce deuxième revêtement est appliqué à raison de 91, 5 à 102 g par mètre carré du carreau fini recouvert ( 8,5 à 9,5 g par pied carré). Il convient de noter que l'application de ce revêtement concerne tant les zones en relief que les zones en creux. Ce revêtement est ensuite durci par une lumière UV. Telle qu'utilisée ici, l'expression "essentielle- ment en aboutement", qui définit la position réciproque des particules, s'entend pour des particules tant en contact qu'à une certaine distance les unes des autres La réparti- tion des particules sur la surface du carreau est telle que certaines particules sont proches des particules voisines, ou même sont en contact avec elles, tandis que d'autres par- ticules sont indépendantes, ne sont pas proches d'autres particules et ne les touchent pas. Il est bien entendu que le mode de réalisation ci-dessus décrit n'est aucunement limitatif et pourra donner lieu à toutes modifications désirables sans sortir pour cela du cadre de l'invention. Il REVENDICATIONS 1 Revêtement de sol plastique décoratif, sous la forme d'un carreau, caractérisé par le fait qu'il comprend une base plastique décorative ( 4) possédant des zones en relief ( 8) et des zones en creux ( 9) et une pluralité d'éléments placés seulement sur ks zones en relief ( 8), une couche d'usure durcie ( 14), transparente ou translucide, re- couvrant tant les éléments que la base plastique ( 4) lesdits éléments comprenant des particules ( 12) noyées dans une matiil èplastiquezcirce(fl), placée seulement sur lesdites zones en relief ( 8) de la base ( 4), lesdites particules ( 12) étant réparties sur la matrice plastique ( 10) essentiellement en aboutement sous la forme d'une structure de particules en monocouche, ces particules ( 12) étant en saillie au-dessus de la matrice ( 10) mais se trouvant en-dessous du niveau supérieur de la couche d'usure ( 14). 2 Revêtement de sol selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les particules ( 12) sont des particules inorganiques arrondies et présentent une dureté Mohs supérieure à 4. 3 Revêtement de sol selon la revendication 2, ca- ractérisé par le fait que les particules ( 12) sont des par- ticules de quartz arrondies, ayant une dureté Mohs d'environ 7 et une répartition granulométrique telle qu'aucune ne soit supérieure à environ 595 micromètres, environ 55 % des parti- cules ayant entre environ 149 et 296 micromètres. 4 Revêtement de sol selon la revendication 3, caractérisé par le fait que la couche d'usure ( 14) consiste en une composition d'uréthane durcie. 5 Revêtement de sol selon la revendication 4, caractérisé par le fait que la couche d'usure ( 14) se compo- se d'un composé d'uréthanephotopolymériséparexposition à une lumière ultra-violette, obtenu à partir d'une composition d'enduction fluide comprenant un uréthane possédant au moins deux groupes photopolymérisables à insaturation éthylénique de formule: R O I u H 2 C = C C - o R est H ou CH 3, la matrice ( 10)comprenantun polyester acry- lique durcissable à chaud. 6 Procédé de fabrication d'un carreau plastique décoratif pour revêtement de sol, caractérisé par le fait qu'il consiste (a) à prendre un carreau plastique ( 2) de dimensions approximatives 457,2 x 457,2 mm ( 18 x 18 pouces), mais de dimensions préférées 304,8 x 304,8 mm ( 12 x 12 pou- ces); (b) à appliquer une enduction durcissable seulement sur les zones en relief ( 8) de la base plastique ( 4), ledit matériau d'enduction durcissable étant appliqué en une quantité suffisante pour lier entre elles des particules ( 12) pouvant être placées sur la matrice ( 10), essentielle- ment en aboutement et sous la forme d'une monocouche sur la matrice ( 10); (c) à appliquer sur la matrice ( 10) une quantité excédentaire de particules ( 12); (d) à noyer lesdites particules ( 12) dans la masse de la matrice ( 10), essentiellement en aboutement, la partie supérieure des particules ( 12) dépassant au-dessus de la matrice ( 10);(e)à durcir la matrice ( 10); (f) à appliquer une couche d'usure ( 14), durcissable, transparente ou translucide, sur toute la surface, pour former un revêtement continu tant sur les zones en relief ( 8) que sur les zones en creux ( 9), et dans les zones en relief ( 9), à créer sur les particules ( 12) un revêtement tel que ces dernières se trouvent en-dessous du niveau supérieur de la couche d'usure ( 14); et (g) à durcir la couche d'usure ( 14). 7 Couche composite, caractérisée par le fait qu'elle comprend une matrice plastique durcie ( 10), une couche de particules ( 12) dures en aboutement noyées dans la matrice plastique durcie ( 10), la partie supérieure de la couche unique de particules ( 12) dépassant de la matrice ( 10), une couche d'usure plastique durcie ( 14) étant placée sur la matrice ( 10) et les particules ( 12) et les liant, et recouvrant les particules ( 12) et remplissant les zones entre les particules ( 12) de façon que ces dernières se trouvent en-dessous du niveau supérieur de la couche d'usure ( 14) et que les parties supérieures des particules ( 12) se trouvent au niveau de la partie inférieure de la couche d'usure ( 14), les particules ( 12) ayant une répartition granulométrique telle qu'aucune ne soit supérieure à environ 595 micromètres et qu'environ 55 % des particules aient entre environ 149 et 296 micromètres.