Brevet FR2583440A1 — publié le 19861219

Feuille fibreuse obtenue par voie papetière, de stabilité dimensionnelle améliorée pour application notamment dans le domaine des affiches publicitaires. L'invention concerne l'amélioration de la stabilité dimensionnelle d'une feuille fibreuse obtenue par voie papetière. Par feuille fibreuse" on entend ici un matériau préparé par voie papetière et dont l'essentiel du mélange fibreux est constitué de fibres hydrophiles, notamment cellulosiques ; ce matériau peut le cas échéant comprendre une charge minérale et/ou organique non liante, un liant organique et un ou plusieurs adjuvants classiques en papeterie. On sait que pour certaines applications, en particulier les affiches et les papiers d'impression offset, les papetiers et les divers transformateurs recherchent une stabilité dimensionnelle élevée vis-à-vis de l'eau ou des variations de l'hygrométrie ambiante de la feuille. La mauvaise stabilité dimensionnelle des affiches et des papiers d'impression offset est essentiellement due aux fibres cellulosiques dont ils sont principalement constitués. Les fibres étant très hydrophiles, leurs dimensions varient fortement surtout en fonction de I'humidité ambiante et de façon moindre en fonction des variations de température. Les papetiers ont donc mené de nombreuses recherches afin d'améliorer la stabilité dimensionnelle de telles feuilles fibreuses. On connaît le traitement des supports cellulosiques par imprégnation avec des résines du type mélamine-formol qui peuvent quelque peu limiter la reprise en eau des fibres cellulosiques et améliorer ainsi la stabilité dimensionnelle. Cependant, l'amélioration ainsi obtenue est peu sensible (cf. "Papier cartons-films-complexes-,uin 1979 p. 14-16). On sait aussi que cette amélioration de la stabilité dimensionnelle peut etre obtenue indépendamment du taux de fibres hydrophobes, minérales et/ou organiques, par un traitement chimique de la feuille à l'aide d'agents mouillants destinés à rendre les fibres cellulosiques inertes vis-à-vis de l'eau et de l'humidité ambiante. Un produit connu pour cet usage en papeterie est le polyéthylèneglycol (PEG) qui est notamment cité dans "Papiers-cartons-films-complexes1,, juin 1979, p. 14-16. Des produits de la même famille des polyglycols et dérivés sont décrits pour le même usage dans les documents US-4291101 et EP 18961. Les traitements chimiques de la feuille impliquent l'utilisation d'une presse-encolleuse que le papetier préfère souvent réserver pour le couchage de la feuille obtenue avec des pigments permettant d'améliorer la qualité et le rendu des impressions. On sait par ailleurs que l'amélioration de la stabilité dimensionnelle peut être obtenue par le remplacement de la cellulose par des quantités croissantes de fibres hydrophobes telles que, notamment, les fibres minérales et en particulier les fibres de verre ou les laines de roche, ainsi que dans une certaine mesure les fibres synthétiques organiques. Mais le papetier sait que des quantités importantes de fibres de verre sont nuisibles entre autres - à l'épairage de la feuille lors de sa formation sur machine à papier, - à l'aspect de surface du support qui est à l'origine de défauts lors de la transformation ultérieure de ce support, tels que le peluchage et le relargage de ces fibres, chez le transformateur. La dégradation de l'épair - affecte la qualité de l'impression, en particulier des aplats, l'absorption de l'encre n'étant pas uniforme sur l'ensemble de la surface du papier, et, - est à l'origine d'un moirage par transparence pour les feuilles destinées à la réalisation d'affichages publicitaires lumineux. L'aspect de surface du support, en particulier le peluchage des fibres et la rugosité, affecte la qualité de l'impression (points blancs de défauts d'encre), et l'aptitude du papier à passer sur les machines d'imprimerie sans encrassement du matériel et/ou arrachage de la surface du papier. Un but de l'invention est d'obtenir une amélioration de la stabilité dimensionnelle des feuilles fibreuses sans détériorer les caractéristiques d'imprimabilité du papier : l'épair et l'état de surface du papier. La Demanderesse, au terme d'essais intensifs et prolongés portant sur l'introduction en masse de fibres hydrophobes, a finalement découvert avec suprise que la stabilité dimensionnelle de la feuille fibreuse vis-à-vis de variations hygrométriques et de l'eau est remarquablement améliorée, tout en conservant les caractéristiques d'imprimabilité du support, lorsque les fibres hydrophobes utilisées sont des fibres de verre particuliéres courtes (g4mm) et de faible diamètre (4 8,um). En ce qui concerne la diminution de la longueur des fibres de verre, le résultat obtenu est d'autant plus surprenant que l'on a amélioré la stabilité dimensionnelle de la feuille alors que jusqu'à présent, pour le papetier, l'amélioration de la stabilité dimensionnelle passait obligatoirement par l'augmentation de la longueur des fibres de verre d'un diamètre usuel de l'ordre de 10 à 11,um. La sélection de ces fibres de verre fines et courtes a permis par ailleurs d'améliorer l'épairage de la feuille obtenue et d'augmenter les quantités introduites dans le mélange fibreux comparativement aux fibres de verre de dimensions usuelles utilisées pour les applications où la stabilité dimensionnelle est recherchée. On préférera utiliser des fibres de verre calibrées de diamètre supérieur ou égal à 7out, du fait que la technologie actuelle et les contraintes de sécurité du travail n'autorisent pas la fabrication et l'emploi industriels de fibres de diamètre inférieur. Les contraintes de rendement technologique et de marché des fibres de verre rendent préférable l'utilisation de fibres de longueur supérieure ou égale à 2mm. La mise en oeuvre de l'invention se fait selon les techniques conventionnelles d'introduction de fibres de verre dans un milieu aqueux connues de l'Homme du métier. Les caractéristiques de l'invention seront mieux comprises à la lecture des exemples qui vont suivre. Dans le cadre de la mise au point de l'invention, des études ont été réalisées sur des feuilles fibreuses de compositions fibreuses différentes (cf. tableaux I et II). - composition purement cellulosique (essai MP18434), - mélange de fibres cellulosiques et de fibres synthétiques organiques (essai MP 18438), - mélange de fibres cellulosiques et de fibres de verre de dimensions différentes (autres essais des tableaux I et II), avec pour objectif d'obtenir un support ayant une stabilité dimensionnelle dans son sens travers telle que les allongements enregistrés soient inférieurs ou égaux à 0,7% en passant de 14% à 94% d'humidité relative. L'homme du métier sait adapter la quantité de fibres de verre à introduire en fonction du degré de raffinage du mélange de fibres cellulosiques quelle qu'elles soient pour obtenir un niveau de stabilité dimensionnelle donné. Les essais sont réalisés sur machine pilote à partir d'un même procédé papetier classique et d'une composition dont, pour le seul besoin des essais, le seul paramètre variable est la nature et la quantité de fibres hydrophobes introduites Pâte cellulosique (pâte kraft blanchie) 48 parts (en poids sec) (pâte feuillue blanchie) 52 parts (mélange cellulosique raffiné à 250SR). Fibres hydrophobes X parts Carbonate de calcium 21 parts Les résultats sont consignés dans les tableaux ci-après. On vérifie à la lecture de ces tableaux certaines connaissances papetières concernant l'influence des fibres hydrophobes sur la stabilité dimensionnelle, à savoir - que par l'introduction de fibres hydrophobes organiques ou minérales la stabilité dimensionnelle des feuilles est améliorée comparée à celle du témoin ne contenant que de la cellulose (MP 18434), - que par augmentation en poids des fibres hydrophobes la stabilité dimensionnelle est accrue (Tableaux I et II), - qu'à diamètre et poids constants l'augmentation de la longueur des fibres de verre permet d'améliorer la stabilité dimensionnelle tout en constatant que la dégradation de l'épair contrarie cette amélioration entre les essais MP 18436 et 18445 (tableau I). Constatant avec les fibres de verre traditionnellement utilisées que l'augmentation en poids de fibres de verre (MP18673 et MP1868Z tableau II) conduit au niveau de stabilité dimensionnelle recherchée mais aussi à une dégradation à la fois de l'épair et de l'état de surface de la feuille, on a recherché d'autres solutions pour obtenir le résultat. Les papetiers sachant que la stabilité dimensionnelle est d'autant meilleure que le nombre de fibres longues est important, on a utilisé à longueur et poids constants, des fibres de diamètre inférieur (MP18443 et MP18445). On a effectivement constaté une amélioration de la stabilité dimensionnelle qui est toutefois limitée par une dégradation importante de l'épair. On note cependant que l'état de surface se trouve amélioré par l'utilisation de fibres plus fines. On a découvert avec surprise que la combinaison de diamètres usuels et de longueurs réduites de fibres de verre diminue la stabilité dimensionnelle (essais MP 18435 et 18445) alors qu'avec des diamètres et des longueurs réduits de fibres de verre, la perte de stabilité dimensionnelle est négligeable, l'épair est meilleur et le bon état de surface est conservé (essais MP 18441 et 18443). Par ailleurs, de par l'utilisation des fibres fines et courtes, on a pu augmenter en poids la quantité de fibres de verre introduite dans la feuille (tableau II MP 18441 et 18677) pour obtenir le niveau de stabilité dimensionnelle recherché pour le support tout en conservant un épair et un état de surface satisfaisants, soit un résultat qui ne pouvait pas être obtenu avec les fibres de diamètre usuel de 10-11ym (tableau II MP18673 et 18682) même si ces fibres sont de faibles longueurs. Il va de soi que ces exemples, présentés pour démontrer l'intérêt d'utiliser des fibres de verre courtes et de faible diamètre, ne limitent en rien la portée de l'invention. A l'aide de ses connaissances l'Homme du métier pourra faire évoluer la composition du mélange fibreux de la feuille notamment - en remplaçant le mélange particulier de fibres cellulosiques des essais par des fibres cellulosiques différentes et dans des proportions différentes. - en remplaçant les fibres cellulosiques par d'autres fibres hydrophiles, ou - en utilisant un bain d'imprégnation lui permettant d'améliorer la stabilité dimensionnelle par voie chimique et de ce fait, à stabilité dimensionnelle équivalente, de diminuer la proportion de fibres de verre introduite dans la composition fibreuse de la feuille. Les feuilles fibreuses selon l'invention sont plus particulièrement destinées à la fahrication d'affiches publicitaires non collées qui sont utilisées dans les panneaux lumineux des abris de bus, des gares et des aéroports et dont on a pu remarquer le gondolage fréquent en fonction des variations de l'humidité ambiante et de la chaleur due aussi bien à l'éclairage qu'à l'ensoleillement. ANNEXE 1 METHODES UTILISEES POUR MESURER LES CARACTERISTIQUES PHYSIQUES Allongement à l'humidité Cette mesure a été effectuée à l'aide d'une armoire spéciale permettant d'obtenir différents degrés d'humidité relative (constructeur PRUEFSAU). Les mesures ont été effectuées conformément à la norme allemande DIN 53130. Autres tests L'état de surface et l'épair sont classés conformément à la moyenne des appréciations visuelles de quatre observateurs qualifiés. TABLEAU I ESSAIS MP 18434 MP 18435 MP 18436 MP 18445 MP 18438 Fibres hydrophobes * ** * *** Nature - Verre Verre Verre Polvester Parts en poids sec - 10 10 10 10 Dimensions (dismètre, longueur) - 11 m : 3mm 10 m;4,5mm 11 m;6mm 12,5 m;6mm Etat de surface (Rugosité, peluchage) BON MOVEN MOVEN MOVEN MAUVAIS Epair BON BON BON MOVEN MOVEN Stabilité dimensionnelle (% d'allongement sens travers) :: - de 14-65% Humidité relative 0,55 0,40 0.34 0.33 0,43 de 14-94% Humidité relstive 2,00 1,10 0.34 0.92 1.08 - appréciation de la stabilité obtenus en fonction de l'objectif de 0.7 % MAUVAIS INSUFFISANT INSUFFISANT INSUFFISANT INSUFFISANT * Fibres BT 78 Gx2 de la Société OWENS CORNING ** Fibres 09/10 de la Société VETROFIL *** Fibres polyester DRACON R D 157W de 1,7 dtex de densité 1,38 de la Société DUPONT de NEMOURS TABLEAU II ESSAIS MP 18673 MP 18682 MP 18441 MP 18677 MP 18443 Fibres * * ** ** *** Nature Verre Verre Verre Verre Verre Parts en poids sec 10 15 10 15 10 Dimensions (dismètre, longueur) 10 m;4,5mm 10 m:4,5mm 7,5 m;3mm 7,5 m;3mm 7,5 m;6mm Etat de surface (Rugosité, peluchage) MAUVAIS MAUVAIS BON BON BON Epair BON MOVEN BON BON MAUVAIS Stabilité dimensionnelle (% d'allongement sens travers) : : - de 14-65% Humidité relative 0,34 0,28 0,34 0,28 0,34 de 14-94% Humidité relative 0,94 0,69 0,92 0,68 0,69 - appréciation de la stabilité obtenue en fonction de l'objectif de 0,7% INSUFFISANT BON INSUFFISANT BON INSUFFISANT * Fibres 09/10 de la Société VETROFIL ** Fibres S 114 de la Société OWENS CORNING *** Fibres ET 78 Gx2 de la Société OWENS CORNING REVENDICATIONS 1. Feuille fibreuse obtenue par voie papetière contenant un mélange de fibres hydrophiles, notamment cellulosiques/ et de fibres hydrophobes, caractérisée en ce qu'une partie au moins des fibres hydrophobes sont des fibres de verre calibrées de diamètre inférieur ou égal à 8 micromètres et de longueur inférieure ou égale à 4mm, dans une proportion permettant d'obtenir une stabilité dimensionnelle définie par un allongement sens travers d'au plus 0-,7% lors d'un passage de 14 à 94% d'humidité relative. 2. Feuille selon la revendication 1, caractérisée en ce que les fibres de verre ont un diamètre compris entre 7 et 8 micromètres, et une longueur comprise entre 2 et 4mm.