Brevet FR2557167A1 — publié le 19850628

La présente invention concerne un papier conducteur qui convient à la formation de stratifiés décoratifs et qui présente des propriétés électtiques déterminées de façon à éliminer efficacement les charges électriques statiques. D'une manière générale, il existe deux types de dispositifs déchargeant l'électricité statique. Un premier type est conçu pour décharger rapidement l'électricité statique accumulée et l'autre type est conçu pour évacuer lentement les charges statiques et empecher leur accumulation. Le premier type de dispositif convient à des applications dans lesquelles il n'est pas important d'empêcher l'apparition d'une étincelle accompagnant la décharge d'électricité statique. Le second type de dispositif est utilisé pour éviter l'apparition d'étin- celle dans des environnements dangereux, tels des élévateurs de grain et des salles d'opération médicales, ou dans des environnements sensibles à l'électricité statique tels que les installations d'ordinateurs. I1 existe un grand nombre de matières disponibles dans le commerce, destinées à martyriser la décharge de l'électricité statique, ces matières comprenant des polymères rendus conducteurs par l'introduction de particules ou de fibres conductrices et des textiles formés en totalité ou en partie de fibres conductrices tissées. Certaines de ces matières ont été réalisées sous la forme de revêtements de murs et de sols, de tables de travail et autres, comme décrit, par exemple, dans les brevets des Etats-Unis d'Amériqué N" 3 457 499, N" 4 208 696 et N" 4 234 648. Des stratifiés décoratifs sont couramment utilisés comme placages pour meubles, tables de travail, panneaux de murs et autres. Un stratifié décoratif comprend plusieurs couches d'un papier imprégné de résine, liées solidement en un bloc par chaleur et pression. Un stratifié décoratif typique contient plusieurs couches d'âme, donnant au stratifié son volume, une couche écran ou couche d'arrêt, une couche décorative ou couche de "décor", qui est la couche principale pour le motif du stratifié, et une surcouche qui est transparente. Chacune de ces couches et épaisseurs est formée d'un papier imprégné de résine. Précédemment, des stratifiés décoratifs ont été utilisés dans certaines applications pour limiter les décharges en étincelles. Dans ces cas, un ou plusieurs des papiers formant les stratifiés sont préparés par dispersion de noir de carbone dans la bande de papier. Cependant, ces stratifiés n'ont pas donné entièrement satisfaction. Pour produire des stratifiés de faible résistivité (par exemple 101 à 104 ohms par carré), il faut de plus grandes quantités de noir de carbone que celles retenues par les papiers classiquement utilisés dans des stratifiés décoratifs. En raison de ce problbme de tention, les papiers conducteurs réalisés à l'aide de noir de carbone présentent une limite de résistivité qui est inversement proportionnelle à la force du papier. L'utilisation de noir de carbone dans des stratifiés décoratifs est également indésirable au point de vue esthétique. Même dans des applications à écoulement ou fuite lente de l'électricité statique, telles que des plans de travail à utiliser dans des salles d'ordinateurs et autres, où la quantité de noir de carbone incorporé dans les papiers est plus faible et les papiers peuvent retenir la quantité de noir de carbone nécessaire pour atteindre le niveau de résistivité souhaité, le noir de carbone donne au stratifié une couleur noire et le rend déplaisant d'un point de vue esthétique, et le stratifié ne peut être imprimé ou décoré de manière classique. Par conséquent, il existe un besoin en un papier conducteur utile à la production de stratifiés décoratifs, qui présente les propriétés électriques demandées pour la décharge d'électricité statique, en particulier dans des applications à décharge rapide, et qui est plaisant du point de vue esthétique. L'invention concerne un papier conducteur convenant à la réalisation de stratifiés décoratifs formés par dispersion de fibres conductrices dans une bande de papier. On a trouvé qu'en formant des papiers conducteurs par dispersion de fibres conductrices, au lieu du noir de carbone, dans la bande de papier, on pouvait atteindre de plus faibles niveaux de résistivité. En particulier, il ne se pose, aux faibles forces, aucun problème de rétention tel que celui rencontré lors de l'utilisation de noir de carbone,et on peut atteindre des niveaux de résistivité sensiblement inférieurs dans des papiers de force inférieure. En outre, les fibres de carbone sont plus souhaitables, d'un point de vue esthétique, que le noir de carbone. Dans des applications où l'on souhaite une résistivité plus élevée (par exemple pour une fuite lente des charges statiques), les fibres conductrices donnent une esthétique plaisante et les papiers peuvent être imprimés et décorés d'une manière classique. L'aspect des papiers et des stratifiés de résistivité inférieure, qui contiennent de plus grandes quantités de fibres, est également amélioré. Par conséquent, une forme de réalisation de l'invention réside dans un papier conducteur convenant à la fabrication de stratifiés décoratifs, comprenant une bande de papier dans laquelle des fibres conductrices sont dispersées, les fibres étant présentes en quantité suffisante pour décharger l'électricité statique lorsque le papier est mis à la masse. Une autre forme de réalisation de l'invention réside dans un stratifié décoratif comprenant plusieurs feuilles de papier imprégnées de résine, unies solidement les unes aux autres, une ou plusieurs de ces feuilles étant constituées d'un papier conducteur tel que décrit ci-dessus. Une autre forme particulière de réalisation de l'invention réside dans un papier conducteur ayant une résistivité inférieure à 1010 ohms par carré et dans un stratifié décoratif comprenant un tel papier. Des exemples représentatifs de fibres conductrices convenant à une utilisation dans la présente invention comprennent des fibres de carbone, des fibres métalliques et des fibres revêtues d'un métal. L'expression "fibres de carbone" désigne d'une façon générale des fibres de matiere carbonée ou des fibres graphitiques qui sont conductrices et elle englobe les fibres de carbone produites par carbonisation de fibres de polyacrylonitrile, de fibres d'un brai de rayonne ou de fibres de lignine.-L'exemple le plus typique d'une fibre revêtue d'un métal, utilisable dans la présente invention, est une fibre de verre à revêtement métallique telle qu'une fibre revêtue d'aluminium, préparée par immersion d'une fibre de verre continue dans de l'aluminium fondu ou par dépôt de vapeur d'aluminium sur la surface de la fibre de verre. Les fibres conductrices utilisées dans la présente invention doivent 9tre d'une dimension leur permettant d'être dispersées dans une pâte à papier pendant le procédé de fabrication de papier. En règle générale, des fibres allant d'environ 0,055 g/km à 3,33g/ki et d'environ 0,5 à 30 mm de longueur conviennent à cet effet. Les fibres ont avantageusement un allongement (rapport de la longueur au diamètre) d'au moins 3,0. Des fibres supérieures à 30 mm de longueur peuvent être utilisées si certains équipements de papeterie de conception spéciale, tels qu'une machine Fourdrinier modifiée ou une machine rotative de mise en forme capable de disperser des fibres de cette longueur dans la pâte, sont utilisés. Des fibres plus lourdes que 3,33 g/km sont en général indRsirables car elles sont trop difficiles à disperser, déplaisantes du point de vue esthétique et donnent au papier un toucher indésirable. Un apprêt peut dtre appliqué sur les fibres pour améliorer leur aptitude à se disperser et pour les empêcher d'adhérer les unes aux autres dans la pâte. Des apprêts classiquement utilisés dans la technique à cet effet, tels que des agents tensio-actifs huileux sulfonés anioniques,peuvent être utilisés. L'apprêt est évidemment inutile si les fibres se dispersent convenablement. La quantité de fibres utilisée dans le papier dépend de sa dimension, de l'aptitude à la dispersion et de la conductivité, ainsi que des propriétés électriques souhaitées du papier. La résistivité à sec du papier de la présente invention peut être comprise entre environ 101 ohms par carré et 1010 ohms par carré, mais elle est plus habituellement comprise entre environ 103 et 107 ohms par carré. Si la résistivité du papier est quantitativement très inférieure à 104 ohms par carré, la décharge de l'élec- tricité statique a lieu rapidement et peut etre accompagnée d'une étincelle. Si la résistivité est supérieure 10 à 10 ohms par carré, le papier tend à évacuer trop lentement l'électricité statique et à permettre aux charges statiques de s'accumuler à un niveau auquel une décharge par étincelle peut se produire vers un objet de potentiel inférieur. Par conséquent, dans des applications où l'on souhaite une décharge maitrisée, sans étincelles, les papiers doivent contenir suffisamment de fibres pour établir une résistivité comprise entre 105 et 101 ohms par carré.Ces papiers sont généralement utiles à la production de stratifiés décoratifs utilisés comme placages, panneaux muraux ou revêtements de sols. Pour une décharge rapide ou pour empêcher l'accumulation d'électricité statique, des papiers ayant 1 4 une résistivité à sec de l'ordre de 101 à 104 ohms par carré sont souhaitables. Ces papiers peuvent être accumulés pour former des stratifiés convenant à une utilisation en tant qu'éliminateurs d'électricité statique. Pour la plupart des fibres conductrices courantes, une conductivité comprise dans les plages précitées peut être obtenue par l'utilisation d'environ 0,25 à io: en poids de fibres conductrices sur la base du poids de la composition de fabrication. Les papiers de la présente invention peuvent être produits par la mise en oeuvre de techniques classiques de papeterie. D'une façon générale, les étapes entrant dans la production du papier consistent (i) à mélanger les fibres conductrices et d'autres ingrédients de la composition de fabrication dans des piles raffineuses, des broyeurs ou des cuviers à pâte classiques, (ii) à former la bande ou feuille continue sur un cylindre humide, une forme ronde ou une machine Fourdrinier classique, et (iii) à faire sécher la bande à l'aide de sécheurs ou d'étuves classiques. Si la bande doit être imprimée, elle est avantageusement calandrée. Le papier peut être coloré ou pigmenté pour présenter divers effets décoratifs. Dans certains cas, il est souhaitable d'incorporer un agent opacifiant tel que du TiO2 dans la pâte. On peut utiliser dans la présente invention pratiquement toute pâte à papier classique. La pâte est avantageusement raffinee avant l'addition des fibres conductrices afin d'empêcher les fibres d'être brisées par leur introduction. Un mode opératoire qui a été utilisé a consisté à ajouter la fibre conductrice à la fibre de cellulose raffinée dans un cuvier à pâte. La pâte est habituellement placée sur la machine à papier à une densite d'environ 1%. Le papier conducteur de la présente invention peut Qtre produit dans diverses formes. Habituellement, les papiers utilisés sont compris entre environ 16,3 et 1130 g/m2 suivant l'application et, plus souvent, entre environ 24,4 et 195,5 g/m2. Pour la plupart des applications, il est souhaitable que le papier ait une résistance à la rupture par traction à l'état humide supérieure à 2,3 N/c. Pour faciliter l'imprégnation de la résine, il est souhaitable que le temps d'imprégnation de la résine dans le papier soit court. Ce temps peut être établi d'après le type de pâte utilisée et le degré de raffinage, de couchage et de calandrage dans le processus de fabrication du papier. Les papiers dè la présente invention sont avantageusement fabriqués pour établir une vitesse de pénétration de la,résine inférieure à environ 40 secondes et plus avantageusement inférieure à environ 20 secondes. On mesure cette vitesse en faisant flotter un échantillon de papier sur un réservoir de résine (par exemple une solution de "Monsanto 841" dans de l'eau et du méthanol (50:50) ayant une vis cosité 92.10 3 Pa.s) à 250C et en mesurant le temps mis par le papier pour s'humidifier totalement. Pour obtenir des propriétés électriques convenables ainsi qu'un aspect esthétique, les fibres conductrices doivent être dispersées uniformément dans le papier de façon que la différence de couleur sur la face du papier, telle que mesurée au moyen d'un calculateur "ACS Color Computer", qui est un colorimètre Hunter ou MacBeth, soit inférieure à une unité MacAdam. La différence de couleur entre deux zones quelconques adjacentes de la surface de la feuille est avantageusement inférieure à 0,2 unité MacAdam. Le papier et le stratifié de la présente invention conviennent à une gamme d'applications comprenant des plans de travail, des meubles, des revêtements de sols, des panneaux muraux, des cloisons pour salles d'ordinateurs, des élévateurs, des salles d'opération, etc., ainsi que dans certaines applications nécessitant une décharge rapide, telles que des éliminateurs d'électricité statique. Le papier de la présente invention peut être imprégné par l'une quelconque des résines synthétiques utilisées classiquement en tant que résines d'imprégnation dans la fabrication de stratifiés décoratifs. L'imprégnation est généralement réalisée par immersion du papier sec dans un bain de résine et maintien du papier dans ce bain jusqu'a ce qu'il ait absorbé la quantité de résine souhaitée. Des résines thermodurcissables et thermoplastigues peuvent être utilisées. Des exemples représentatifs des résines convenant à l'utilisation de la présente invention sont les résines phénol-formaI- déhyde, les résines amine-formaldéhyde, les résines urée-formaldéhyde, les resines mélamine-formaldéhyde ainsi que les résines époxy, les résines polyester, les copolymères d'acétate de vinyle, les résines acryliques et autres. Des résines telles que les résines phénolformaldéhyde et mélamine-formaldéhyde sont souvent utilisées. Après l'imprégnation, les feuilles sont généralement séchées ou amenées à maturation en phase B, assemblées en un livret, la couche décorative étant placée sur le dessus et assemblée par stratification à la presse. Des stratifiés typiques comprennent 2 à 8 épaisseurs de papier d' me imprégné de résine phénolique et une ou plusieurs feuilles à surface décorative, imprégnées de résine mélamine, comprenant au moins une feuille décorative à forte opacité, et, le cas échéant, une feuille écran placée au-dessous d'elle. Une feuille transparente de recouvrement peut également être utilisée. Les papiers conducteurs de la présente invention peuvent être utilisés dans toutes les couches du stratifié ou dans certaines couches choisies de ce stratifié. Un avantage des papiers de la présente invention est qu'ils peuvent être imprimés avec une qualité acceptable, imprégnés de résine et utilisés dans la couche de décor du stratifié tout en offrant les propriétés électriques demandées pour dissiper des charges statiques. Les encres d'impression classiquement utili sées pour la production de feuilles de décor sont absorbées proprement par les papiers conducteurs de la présente invention. Par conséquent, divers effets décoratifs peuvent être obtenus, ainsi que des propriétés électriques avantageuses, simultanément. La présente invention sera illustrée plus en détail par les exemples suivants. Exemple 1 Un papier conducteur pouvant être utilisé pour former un stratifié décoratif a été préparé par dispersion d'un mélange préalablement raffiné de pâtes à papier de feuillus et de résineux dans de l'eau, avec une quantité de pigment constitué de bioxyde de titane égale à 40% du poids total de la pâte, par addition de 5% de fibres de carbone du type "Celion C-20" (Celanese Corp.) avec faible agitation par cisaillement, par addition de quantités normales d'agents chimiques de rétention et de résistance à la rupture à l'état humide, et par formation de la pâte à papier résultante pour constituer une feuille à main à l'aide d'un équipement classique de préparation d'une telle feuille. La force de cette feuille était de 105,9 g/m2 et sa résistivité de 300 ohms par carré. Lorsqu'elle a été utilisée pour la couche supérieure d'un stratifié décoratif, le stratifié obtenu présentait une résistivité superficielle de 700 ohms par carré. Exemple 2 On a préparé une feuille de recouvrement comme décrit dans l'exemple 1, mais en supprimant le bioxyde de titane de la composition de fabrication. Ceci a donné un papier ayant une force de 45,6 g/m2 et une résistivité de 200 ohms par carré. Un stratifié préparé à l'aide de cette feuille de recouvrement, utilisée comme couche supérieure, présentait une résistivité de 500 ohms par carré. il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au papier conducteur et au stratifié décrits sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Papier conducteur pour former des stratifiés décoratifs, caractérisé en ce qu'il comprend une bande de papier dans laquelle une fibre conductrice est dispersée en quantité suffisante pour décharger une charge électrique statique lorsque le papier est mis à la masse. 2. Papier conducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fibre conductrice est présente en quantité suffisante pour établir une résistivité à sec inférieure à 1010 ohms par carré. 3. Papier conducteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la fibre conductrice est présente en quantité suffisante pour établir une résistivité à sec dans la plage d'environ 101 à 1010 ohms par carré. 4. Papier conducteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que la force du papier est comprise entre 16,3 et 1630 g/m2. 5. Papier conducteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que la, fibre conductrice est choisie dans le groupe comprenant de la fibre de carbone, de la fibre de métal et de la fibre métallisée. 6. Papier conducteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que la force du papier est inferieure à 195,5 g/m2. 7. Papier conducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que sa résistivé à sec est d'environ 10S à 1010 ohms par carré. 8. Papier conducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que sa résistivité à sec est comprise entre environ 101 et 1014 ohms par carré. 9. Papier conducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est imprégné d'une résine. 10. Papier conducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les fibres ont un titre compris entre environ 0,055 et 3,33 g/km et une longueur de 0,5 à 30 mm. 11. Stratifié décoratif, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs feuilles de papier imprégné de résine, unies solidement, au moins l'une des feuilles étant constituée d'un papier conducteur comprenant une bande de papier dans laquelle une fibre conductrice est dispersée en quantité suffisante pour décharger une charge électrique statique lorsque le papier est mis à la masse. 12. Stratifié selon la revendication 11, caractérisé en ce que le papier conducteur présente 10 une résistivité à sec inférieure à 10 ohms par carré. 13. Stratifié selon la revendication 12, caractérisé en ce que le papier conducteur présente une résistivité à sec comprise entre environ 101 et 101 ohms par carré. 14. Stratifié selon la revendication 13, caractérisé en ce que la fibre conductrice est choisie dans le groupe comprenant de la fibre de carbone, de la fibre de métal et de la fibre métallisée. 15. Stratifié selon la revendication 11, caractérisé en ce que le papier conducteur est présent dans la couche de décor du stratifié. 16. Stratifié selon la revendication 11, caractérisé en ce que le papier conducteur forme la couche de recouvrement du stratifié. 17. Stratifié selon la revendication 11, caractérisé en ce que le papier conducteur est présent dans l'âme du stratifié. 18. Stratifié selon la revendication 11, caractérisé en ce que le papier conducteur est présent dans la couche d'arrêt du stratifié. 19. Stratifié selon la revendication 11, caractérisé en ce que le papier conducteur présente S 10 une résistivité à sec comprise entre 105 et 10 ohms par carré. 20. Stratifié selon la revendication 11, caractérisé en ce que le papier conducteur présente une résistivité à sec comprise entre 101 et i04 ohms par carré.